WO2022130767A1 - 振動発電装置 - Google Patents

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WO2022130767A1
WO2022130767A1 PCT/JP2021/038217 JP2021038217W WO2022130767A1 WO 2022130767 A1 WO2022130767 A1 WO 2022130767A1 JP 2021038217 W JP2021038217 W JP 2021038217W WO 2022130767 A1 WO2022130767 A1 WO 2022130767A1
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vibration
value
power generation
acceleration
generation device
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PCT/JP2021/038217
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裕幸 三屋
久幸 芦澤
Original Assignee
株式会社鷺宮製作所
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    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
    • H02N2/186—Vibration harvesters

Definitions

  • the present invention relates to a vibration power generator.
  • a vibration power generation device whose power generation efficiency is improved by controlling the amplitude of the vibrating electrode of the vibration power generation element is known (see Patent Document 1).
  • the vibration power generation device has a vibration power generation element that generates electric power corresponding to the vibration of an electrode, and when connected to a load resistance, the power generated by the vibration power generation element is converted into the load resistance. It includes an output unit to be supplied and an adjustment unit that adjusts the input impedance of the output unit according to a signal corresponding to the acceleration of the vibration.
  • the present invention it is possible to increase the power generation efficiency of the vibration power generation device even when the vibration changes.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a vibration power generation device connected to a load resistance to be fed.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the power value of the electric power generated by the vibration power generation element and the vibration acceleration of the vibration generator which is the vibration generation source.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a process for adjusting the input impedance of the output unit of the vibration power generation device, which is performed by the adjustment unit of the vibration power generation device.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining an example of a process for adjusting the input impedance of the output unit of the vibration power generation device, which is performed by the adjustment unit of the vibration power generation device.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a vibration power generation device connected to a load resistance to be fed.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the power value of the electric power generated by the vibration power generation element and the vibration acceleration of the vibration generator which is the vibration generation source.
  • FIG. 4B is another diagram for explaining an example of the process of adjusting the input impedance of the output unit of the vibration power generation device, which is performed by the adjustment unit of the vibration power generation device.
  • FIG. 4C is another diagram for explaining an example of the process of adjusting the input impedance of the output unit of the vibration power generation device, which is performed by the adjustment unit of the vibration power generation device.
  • FIG. 5 is a diagram showing a modified example of the configuration of the vibration power generation device connected to the load resistance to be fed.
  • FIG. 6A is a diagram for explaining an example of a process for adjusting the input impedance of the output unit of the vibration power generation device, which is performed by the adjustment unit of the vibration power generation device according to the modified example.
  • FIG. 6B is another diagram for explaining an example of the process of adjusting the input impedance of the output unit of the vibration power generation device, which is performed by the adjustment unit of the vibration power generation device according to the modified example.
  • FIG. 6C is another diagram for explaining an example of the process of adjusting the input impedance of the output unit of the vibration power generation device, which is performed by the adjustment unit of the vibration power generation device according to the modified example.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a vibration power generation device 100 connected to a load resistance 200 to be fed.
  • the load resistance 200 can be, for example, a drive power source for driving detection by a sensor constituting the IOT and communication of the detection signal, but the form of the load resistance is not limited to this, of course.
  • the vibration power generation device 100 loads the power generated by the vibration power generation element 110 that generates power according to the vibration of the electrode generated by the vibration of the vibration generator, the acceleration sensor 115 that detects the vibration acceleration of the electrode, and the vibration power generation element 110. It has an output unit 120 and an adjustment unit 130 that supply the resistor 200.
  • the vibration power generation device 100 is installed in the vibration generation device 300 that causes vibration in the electrodes of the vibration power generation element 110.
  • the vibration power generation element 110 has a fixed electrode and a movable electrode, and the vibration acceleration of the fixed electrode is a value corresponding to the vibration acceleration of the vibration generator 300 which is the vibration generation source.
  • the vibration acceleration of the fixed electrode of the vibration power generation element 110 is set to a value equal to the vibration acceleration of the vibration generator 300.
  • an arrow extending from the vibration power generation element 110 to the load resistance 200 via the output unit 120 indicates a power supply direction.
  • the arrows extending from the acceleration sensor 115 and the adjusting unit 130 indicate the direction of control for adjusting the input impedance of the output unit 120, which will be described later.
  • the acceleration sensor 115 is configured by, for example, a capacitance detection method and is installed in the vibration power generation element 110 to detect the vibration acceleration of the vibration generator 300.
  • the signal corresponding to the detected vibration acceleration is transferred to the adjusting unit 130.
  • the signal transferred from the acceleration sensor 115 to the adjusting unit 130 represents the vibration acceleration of the vibration generator 300 detected by the acceleration sensor 115.
  • Such a signal can be said to be a signal corresponding to the vibration acceleration of the electrode of the vibration power generation element 110. Therefore, the signal transferred from the acceleration sensor 115 to the adjusting unit 130 represents a detected value related to the vibration acceleration of the electrode of the vibration power generation element 110.
  • the adjusting unit 130 controls, for example, a comparator that determines whether or not the vibration acceleration of the vibration generator 300 is larger than a predetermined threshold value using a signal transferred from the acceleration sensor 115, and a switching operation of the switching circuit 122 described later.
  • the input impedance of the output unit 120 is adjusted according to the determination result by the comparator including the control circuit.
  • the output unit 120 includes a first power storage circuit 121, a switching circuit 122, and a second power storage circuit 123.
  • the first storage circuit 121 is composed of, for example, a rectifier and a capacitor, and converts AC power output from the vibration power generation element 110 into DC power for storage.
  • the switching circuit 122 is composed of, for example, a transistor, and performs a switching operation for starting or stopping power transmission from the first storage circuit 121 to the second storage circuit 123.
  • the second storage circuit 123 is composed of, for example, an inductor and a capacitor, and converts and stores the voltage of the DC power transmitted from the first storage circuit 121 via the switching circuit 122.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the relationship between the electric power P of the electric power generated by the vibration power generation element 110 and the vibration acceleration A detected by the acceleration sensor based on the vibration of the vibration generator 300 which is the vibration generation source. The above relationship is shown for each different input impedance of the output unit 120.
  • the vertical axis of FIG. 2 shows the value of the electric power P, and the horizontal axis shows the value of the vibration acceleration.
  • the input impedance refers to the ratio of the input voltage input to the output unit 120 to the inflowing input current, that is, the impedance of the input portion of the output unit 120 as seen from the vibration power generation element 110.
  • the value of the input impedance is determined by the amount of electricity stored in the first storage circuit 121, and the amount of electricity stored is changed by switching the switching circuit 122.
  • the vibration acceleration A of the vibration generator 300 increases from 0 and reaches Ax.
  • the electric power Pz1 generated by the vibration power generation element 110 increases in proportion to the square of the vibration acceleration A. That is, the electric power P is expressed by the equation (1) using the proportionality coefficient C1.
  • Pz1 C1 ⁇ A 2 (0 ⁇ A ⁇ Ax) ⁇ ⁇ ⁇ (1)
  • FIG. 2 shows the inflection points X (Ax, Px) of the electric power Pz1.
  • the electric power Pz1 shows an increase in proportion to the square of the vibration acceleration A in the vibration acceleration A ⁇ Ax until the vibration acceleration A> Ax. Then, when the vibration acceleration A> Ax, the electric power Pz1 becomes substantially flat from the electric power value Px at the inflection point X, or shows a gradual increase or a gradual decrease.
  • the vibration acceleration A of the vibration generator 300 increases from 0 and reaches Ay.
  • the electric power Pz2 generated by the vibration power generation element 110 increases in proportion to the square of the vibration acceleration A. That is, the electric power Pz2 is expressed by the equation (2) using the proportionality coefficient C2.
  • Pz2 C2 ⁇ A 2 (0 ⁇ A ⁇ Ay) ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • the variation point Y (Ay, Py) of Pz2 can be represented.
  • the vibration acceleration A> Ay the power Pz2 tends to increase in proportion to the square of the vibration acceleration A at the vibration acceleration A ⁇ Ay, so that it is almost flat, gradually increasing or gradually decreasing from the power value Py at the turning point Y. It changes to the tendency to show.
  • the proportional coefficient C2 used in the equation (2) is the proportionality used in the equation (1) as shown in FIG. It is smaller than the coefficient C1 and the power value Py at the turning point Y is larger than the power value Px at the turning point X.
  • the input impedance Z of the output unit 120 is the first impedance value
  • the input impedance Z of the output unit 120 is the second impedance value. Greater power P can be obtained.
  • the vibration acceleration A of the vibration generator 300 is large, if the input impedance Z of the output unit 120 is the second impedance value, a larger power P is obtained than when the input impedance Z of the output unit 120 is the first impedance value. Be done.
  • the adjusting unit 130 adjusts the input impedance Z of the output unit 120 as follows, as the details thereof will be described later in FIG.
  • the vibration acceleration A of the vibration generator 300 is the first acceleration value A1 (0 ⁇ A1 ⁇ Ath) smaller than the predetermined threshold value Ath
  • the adjusting unit 130 sets the input impedance Z of the output unit 120 to the first impedance value Z1.
  • the vibration acceleration A of the electrode of the vibration power generation element 110 is the second acceleration value A2 (A2> Ath) larger than the predetermined threshold Ath
  • the adjusting unit 130 changes the input impedance Z of the output unit 120 to the second impedance value Z2. adjust.
  • the input impedance Z is the first impedance value Z1
  • the electric power P when the vibration acceleration A is the third acceleration value A3 is, and when the input impedance Z is the second impedance value Z2, the vibration acceleration A is the third acceleration. It is equal to the power P when the value is A3.
  • the electric power P at this time is the electric power value Px or a value close thereto.
  • the adjusting unit 130 inputs the output unit 120.
  • the impedance Z is changed from the first impedance value Z1 to the second impedance value Z2.
  • the input impedance Z is changed from the second impedance value Z2 to the first impedance value Z1.
  • a larger power P can be obtained than when it is assumed that the input impedance Z is not changed.
  • the predetermined threshold value Ath is preset in the comparator included in the adjusting unit 130.
  • the predetermined threshold value Ath is not limited to the third acceleration value A3, and other values in the vicinity of the third acceleration value A3 may be set, or a plurality of values in consideration of hysteresis may be used.
  • the change of the input impedance value of the output unit 120 is realized by changing the condition for the switching circuit 122 to perform the power transmission switching operation based on the storage voltage of the first storage circuit 121. Such an operation will be described later with reference to FIGS. 4A, 4B and 4C.
  • the change of the power-acceleration relationship between the two impedances Z1 and Z2 when the threshold Ath is the acceleration A3 has been described, but the vibration acceleration in a wider range depends on the corresponding vibration source. In some cases, it produces higher power. In such a case, the acceleration Ak (> A3) is set as the kth threshold value, and the power-acceleration relationship is changed between the two impedances Zm and Zn so that higher power is generated. May be good.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of a process for adjusting the input impedance of the output unit 120 of the vibration power generation device 100, which is performed by the adjustment unit 130 of the vibration power generation device 100.
  • This input impedance adjustment process is repeatedly executed, for example, according to the range of the detected vibration acceleration A while the vibration power generation device 100 is supplying electric power to the load resistance 200.
  • step S310 the adjusting unit 130 determines whether or not the input impedance Z of the output unit 120 is the first impedance value Z1.
  • the input impedance Z of the output unit 120 is the first impedance value Z1, and the process proceeds to step S320 corresponding to the first impedance value Z1.
  • the input impedance Z of the output unit 120 is a second impedance value Z2 different from the first impedance value Z1, and the process proceeds to step S330 corresponding to the second impedance value Z2.
  • step S320 the adjusting unit 130 determines whether or not the vibration acceleration A of the vibration generator 300 is larger than the predetermined threshold value Ath.
  • a third acceleration value A3 is preset as a predetermined threshold value Ath.
  • step S330 the adjusting unit 130 determines whether or not the vibration acceleration A of the vibration generator 300 is smaller than the predetermined threshold value Ath.
  • a third acceleration value A3 is preset as a predetermined threshold value Ath.
  • FIGS. 4A to 4C are diagrams for explaining an example of a process for adjusting the input impedance Z of the output unit 120 of the vibration power generation device 100, which is performed by the adjustment unit 130 of the vibration power generation device 100. That is, as described above in FIGS. 2 and 3, the adjusting unit 130 performs a process of changing the input impedance Z according to the vibration acceleration, and this impedance change is a direct current stored in the first power storage circuit 121. This is performed by switching the power transmission according to the value of the voltage V of the power. As described above, the adjusting unit 130 includes a control circuit that controls the switching operation of the switching circuit 122. As shown in FIG.
  • the switching circuit 122 when the voltage V of the DC power stored in the first storage circuit 121 rises to a voltage value exceeding a predetermined voltage value Vth (V> Vth), the switching circuit 122 is controlled by the adjusting unit 130. According to this, the power transmission switching operation is performed. The state of the switching circuit 122 changes from off to on, and power transmission from the first storage circuit 121 to the second storage circuit 123 is started. As shown in FIG. 4B, when the voltage V of the DC power stored in the first storage circuit 121 drops to a voltage value lower than the predetermined voltage value Vth (V ⁇ Vth), the switching circuit 122 is controlled by the adjusting unit 130. According to this, the power transmission switching operation is performed. The state of the switching circuit 122 changes from on to off, and power transmission from the first power storage circuit 121 to the second power storage circuit 123 is stopped.
  • the adjusting unit 130 changes the conditions under which the power transmission switching operation by the switching circuit 122 is performed when the input impedance Z is changed.
  • the adjusting unit 130 changes the condition for switching the power transmission by the switching circuit 122 by changing the predetermined voltage value Vth described above.
  • FIG. 4C is a diagram showing an adjustment process of the input impedance Z of the output unit 120 by the adjustment unit 130.
  • step S410 the adjusting unit 130 determines whether or not to adjust the input impedance Z of the output unit 120 to the first impedance value Z1. If an affirmative determination is obtained, the process proceeds to step S420, and if a negative determination is obtained, the process proceeds to step S430.
  • step S420 the adjusting unit 130 sets the predetermined voltage value Vth to the first voltage value V1.
  • the predetermined voltage value Vth V1
  • the input impedance Z of the output unit 120 becomes the first impedance value Z1.
  • step S420 the adjustment process of the input impedance Z of the output unit 120 is completed.
  • step S430 the adjusting unit 130 sets the predetermined voltage value Vth to the second voltage value V2, which is larger than the first voltage value V1.
  • the predetermined voltage value Vth V2
  • the input impedance Z of the output unit 120 becomes the second impedance value Z2.
  • step S430 the adjustment process of the input impedance Z of the output unit 120 is completed.
  • the process shown in FIG. 4C has the following relationship with the process shown in FIG. Steps S410 and S420 of FIG. 4C correspond to step S335 of FIG. 3, and steps S410 and S430 correspond to step S325 of FIG.
  • the vibration power generation device 100 When the vibration power generation device 100 is connected to the vibration power generation element 110 that generates electric power corresponding to the vibration of the electrode and the load resistance 200, the power generated by the vibration power generation element 110 is supplied to the load resistance 200.
  • the output unit 120 and the adjustment unit 130 are included.
  • the adjusting unit 130 adjusts the input impedance Z of the output unit 120 according to the signal transferred from the acceleration sensor 115.
  • the signal transferred from the acceleration sensor 115 to the adjusting unit 130 is a signal representing the vibration acceleration A of the vibration generator 300 detected by the acceleration sensor 115, that is, corresponds to the vibration acceleration of the vibration of the electrode of the vibration power generation element 110. It is a signal.
  • the power P supplied to the load resistance 200 by the output unit 120 of the vibration power generation device 100 can be changed according to the vibration acceleration of the vibration of the electrode of the vibration power generation element 110, and the power generation efficiency of the vibration power generation device 100 can be changed. The effect of being able to increase is obtained.
  • the signal transferred from the acceleration sensor 115 to the adjusting unit 130 represents a detection value related to the vibration acceleration of the vibration of the electrode of the vibration power generation element 110 detected by the acceleration sensor 115.
  • the detected value is the value of the vibration acceleration A of the vibration generator 300.
  • the vibration acceleration A changes from the second acceleration value A2 to the first acceleration value A1
  • the input impedance Z is changed from the second impedance value Z2 to the first impedance value Z1. Therefore, the electric power P supplied to the load resistance 200 by the output unit 120 of the vibration power generation device 100 has a larger electric power value regardless of whether the vibration acceleration A of the vibration generator 300 is small or large. The effect that the electric power P can be changed can be obtained.
  • the acceleration sensor 115 is installed in the vibration power generation element 110. Therefore, it is possible to obtain the effect that the accuracy of the vibration acceleration represented by the signal transferred from the acceleration sensor 115 to the adjusting unit 130 is high.
  • the load resistance is increased by the output unit 120.
  • the predetermined threshold Ath is the third acceleration value. Equal to A3. Therefore, there is an effect that a relatively high electric power P can be supplied to the load resistance 200 by the output unit 120 according to the vibration acceleration A of the vibration of the electrode.
  • the output unit 120 converts the AC power output from the vibration power generation element 110 into DC power and stores the first storage circuit 121, and converts the voltage of the DC power into storage. It has a second power storage circuit 123, and a switching circuit 122 that performs a switching operation to start or stop power transmission from the first power storage circuit 121 to the second power storage circuit 123.
  • the adjusting unit 130 adjusts the input impedance Z of the output unit 120 by changing the conditions under which the power transmission switching operation controlled by the control circuit included in the adjusting unit 130 is performed. The effect that the input impedance Z of the output unit 120 can be adjusted without the need to make a special change to the circuit configuration of the conventional output unit 120 can be obtained.
  • the switching circuit 122 performs a switching operation of power transmission.
  • the control circuit included in the adjusting unit 130 can change the conditions under which the power transmission switching operation is performed by the switching circuit 122 by changing the predetermined voltage value Vth. In this case, the effect that the control circuit can be configured by a relatively simple circuit can be obtained.
  • the acceleration sensor 115 of the vibration power generation device 100 is configured by a capacitance detection method and is installed in the vibration power generation element 110 included in the vibration power generation device 100.
  • the acceleration sensor 115 is not limited to the capacitance detection method, and may be configured by another method. Further, it is not always installed in the vibration power generation element 110.
  • the acceleration sensor 115 may be installed in a vibration generator 300, which is a vibration source that causes vibration in the electrode of the vibration power generation element 110, outside the vibration power generation device 100.
  • the acceleration sensor 115 generates vibration as a signal corresponding to the vibration acceleration of the electrode of the vibration power generation element 110 regardless of whether it is installed in the vibration power generation element 110 or the vibration generation device 300.
  • a signal representing the vibration acceleration A of the vibration generated in the device 300 and acting on the vibration power generation element 110 may be used.
  • the detected value detected by the acceleration sensor 115 represents the vibration acceleration A of the vibration generated by the vibration generator 300, but since the vibration generated by the vibration generator 300 is related to the vibration of the electrode of the vibration power generation element 110, the detected value. Is a value related to the vibration acceleration of the electrode of the vibration power generation element 110. Therefore, as a signal corresponding to the vibration acceleration of the electrode of the vibration power generation element 110, a signal representing the vibration acceleration A of the vibration generated by the vibration generator 300 detected by the acceleration sensor 115 is used.
  • the adjusting unit 130 of the vibration power generation device 100 represents the vibration acceleration A of the vibration generated by the vibration generation device 300 as a signal corresponding to the vibration acceleration of the electrode of the vibration power generation element 110.
  • the adjusting unit 130 may adjust the input impedance Z of the output unit 120 according to another signal obtained by the vibration generating device 300, which is a vibration generating source that causes vibration in the electrode of the vibration power generation element 110.
  • the adjusting unit 130 of the vibration power generator 100 is, for example, an operating state of a vibration switch (not shown) that operates according to the output level of the vibration generator 300, or a timer (not shown) that starts or stops the operation of the vibration generator 300.
  • a vibration switch not shown
  • a timer not shown
  • the operating state it is possible to acquire a signal representing the output level of the vibration generator 300. Since the vibration acceleration of the electrode of the vibration power generation element 110 depends on the output level of the vibration generator 300, the signal representing the output level of the vibration generator 300 is a signal corresponding to the vibration acceleration of the electrode. The higher the value of this output level, the larger the vibration acceleration.
  • the adjusting unit 130 of the vibration power generation device 100 changes the input impedance Z of the output unit 120 from the first impedance value Z1 to the first impedance value Z1. Change to the second impedance value Z2, which is larger than the 1 impedance value Z1.
  • the adjusting unit 130 of the vibration power generation device 100 changes the input impedance Z of the output unit 120 from the second impedance value Z2 to the first impedance value Z1. In this way, by setting the threshold value of the vibration acceleration instead of switching between the output levels of "LOW" and "HIGH", the input impedance can be changed according to the above-mentioned output level.
  • the output level of the vibration generator 300 may be detected based on the change in the operating state of the compressor included in the vibration generator 300. For example, when the compressor is started, it is detected that the vibration generator 300 output level is HIGH level, and when the compressor is stopped, it is detected that the vibration generator 300 output level is LOW level. ..
  • the signal used by the adjustment unit 130 to adjust the input impedance Z of the output unit 120 is a vibration generation device that causes vibration according to the vibration acceleration A to be generated in the electrode of the vibration power generation element 110.
  • the adjusting unit 130 changes the input impedance Z from the first impedance value Z1 to the second impedance value larger than the first impedance value Z1. Change to Z2.
  • the adjusting unit 130 changes the input impedance Z from the second impedance value Z2 to the first impedance value Z1. Therefore, it is not necessary to provide the acceleration sensor 115 in the vibration power generation device 100, the vibration power generation device 100 can be miniaturized, and the power required to drive the acceleration sensor 115 can be reduced.
  • two types of impedance values including a first impedance value Z1 and a second impedance value Z2 can be set for the input impedance Z of the output unit 120 of the vibration power generation device 100.
  • the input impedance Z of the output unit 120 may be set with a plurality of types of impedance values more than two types.
  • the plurality of types of impedance values may be set values that can be continuously changed.
  • the condition for switching the power transmission by the switching circuit 122 included in the output unit 120 of the vibration power generation device 100 is the voltage V of the DC power stored in the first power storage circuit 121. It depends on the relationship between the predetermined voltage value Vth and the predetermined voltage value Vth, and by changing the predetermined voltage value Vth, the conditions under which the switching operation of the power transmission is performed are changed. However, the switching circuit 122 periodically repeats the switching operation of the power transmission, and the time from the start to the stop of the power transmission and the time from the stop to the start of the power transmission are set. By changing the duty ratio based on the control circuit included in the adjusting unit 130, the conditions under which the power transmission switching operation is performed may be changed.
  • FIG. 6A, 6B and 6C are for explaining an example of the process of adjusting the input impedance Z of the output unit 120 of the vibration power generation device 100, which is performed by the adjustment unit 130 of the vibration power generation device 100 according to the modification (4). It is a figure of.
  • This input impedance adjustment process is performed by the adjustment unit 130 of the vibration power generation device 100 in this modification.
  • the adjusting unit 130 includes a control circuit that controls the switching operation of the switching circuit 122.
  • the switching circuit 122 has a switching operation that changes from an off state to an on state and a switching operation that changes from an on state to an off state in chronological order according to the control by the adjusting unit 130. And are periodically repeated in the cycle T.
  • the adjusting unit 130 has a power transmission time from the start to the stop of the power transmission from the first power storage circuit 121 to the second power storage circuit 123, and the time from the stop to the start of the power transmission.
  • the duty ratio D is changed from h1 / T based on the equation (3) to a value h2 / T based on the equation (4), which is a smaller value thereof, so that the output unit 120
  • the input impedance Z of is changed from the first impedance value Z1 to the second impedance value Z2 larger than the first impedance value Z1.
  • the adjusting unit 130 changes the condition for switching the power transmission by the switching circuit 122 depending on whether or not the vibration acceleration A of the vibration generator 300 is larger than the predetermined threshold value Ath.
  • the adjusting unit 130 changes the condition for switching the power transmission by the switching circuit 122 by changing the duty ratio D described above, and by changing the condition, the output unit 120 Adjust the input impedance Z.
  • FIG. 6C is a diagram showing the adjustment process of the input impedance Z by the adjustment unit 130.
  • the control circuit included in the adjusting unit 130 is obtained by repeatedly switching the power transmission by the switching circuit 122, from the start to the stop of the power transmission.
  • the conditions under which the power transmission switching operation is performed by the switching circuit 122 can be changed. Can be done.
  • the effect that the control circuit can easily control the switching operation of the power transmission by the switching circuit 122 can be obtained. Further, since it is not necessary to measure the voltage V of the DC power stored in the first power storage circuit 121, it is possible to obtain the effect of preventing the current loss associated with the measurement.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and configurations in each modification as long as the characteristic functions of the present invention are not impaired.
  • vibration power generator 110 vibration power generator, 115 accelerometer, 120 output unit, 121 first power storage circuit, 122 switching circuit, 123 2nd power storage circuit, 130 adjuster, 200 load resistance, 300 vibration generator

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Abstract

振動が変化した場合においても、振動発電装置の発電効率を高めることができる振動発電装置を提供する。振動発電装置は、電極の振動に応じた電力を生成する振動発電素子と、負荷抵抗に接続されると、前記振動発電素子によって生成された電力を前記負荷抵抗に供給する出力部と、前記振動の加速度に対応する信号に応じて前記出力部の入力インピーダンスを調整する調整部とを含む。

Description

振動発電装置
　本発明は、振動発電装置に関する。
　振動発電素子の振動する電極の振幅を制御することによって発電効率を高めた振動発電装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１９－２１３２９６号公報
　特許文献１に開示された振動発電装置によると、振動発電素子の電極の振動の変化次第で、出力される電力の効率が低い場合がある、という課題がある。
　本発明の一態様によると、振動発電装置は、電極の振動に応じた電力を生成する振動発電素子と、負荷抵抗に接続されると、前記振動発電素子によって生成された電力を前記負荷抵抗に供給する出力部と、前記振動の加速度に対応する信号に応じて前記出力部の入力インピーダンスを調整する調整部とを備える。
　本発明によれば、振動が変化した場合においても、振動発電装置の発電効率を高めることができる。
図１は、給電対象である負荷抵抗に接続された振動発電装置の構成の一例を示す図である。 図２は、振動発電素子によって生成された電力の電力値と、振動発生源である振動発生装置の振動加速度との関係を例示する図である。 図３は、振動発電装置の調整部によって行われる、振動発電装置の出力部の入力インピーダンスを調整する処理の一例を示す図である。 図４Ａは、振動発電装置の調整部によって行われる、振動発電装置の出力部の入力インピーダンスを調整する処理の一例を説明するための図である。 図４Ｂは、振動発電装置の調整部によって行われる、振動発電装置の出力部の入力インピーダンスを調整する処理の一例を説明するための他の図である。 図４Ｃは、振動発電装置の調整部によって行われる、振動発電装置の出力部の入力インピーダンスを調整する処理の一例を説明するための他の図である。 図５は、給電対象である負荷抵抗に接続された振動発電装置の構成の変形例を示す図である。 図６Ａは、変形例による振動発電装置の調整部によって行われる、振動発電装置の出力部の入力インピーダンスを調整する処理の一例を説明するための図である。 図６Ｂは、変形例による振動発電装置の調整部によって行われる、振動発電装置の出力部の入力インピーダンスを調整する処理の一例を説明するための他の図である。 図６Ｃは、変形例による振動発電装置の調整部によって行われる、振動発電装置の出力部の入力インピーダンスを調整する処理の一例を説明するための他の図である。
　本発明の一実施の形態における振動発電装置１００について、図１から図３までを用いて以下に説明する。図１は、給電対象である負荷抵抗２００に接続された振動発電装置１００の構成の一例を示す図である。負荷抵抗２００は、例えば、ＩＯＴを構成するセンサによる検出やその検出信号の通信を駆動するための駆動電源とすることができるが、負荷抵抗の形態はこれに限られないことはもちろんである。振動発電装置１００は、振動発生装置の振動で生じる電極の振動に応じた電力を生成する振動発電素子１１０、電極の振動加速度を検出する加速度センサ１１５、振動発電素子１１０により生成された電力を負荷抵抗２００に供給する出力部１２０および調整部１３０を有する。本実施の形態において、振動発電装置１００は、振動発電素子１１０の電極に振動を生じさせる振動発生装置３００に設置される。振動発電素子１１０は固定電極と可動電極とを有し、固定電極の振動加速度は、振動発生源である振動発生装置３００の振動加速度に応じた値となる。
　説明を分かりやすくするため、本実施の形態においては、振動発電素子１１０の固定電極の振動加速度を振動発生装置３００の振動加速度に等しい値とする。図１において、振動発電素子１１０から出力部１２０を介して負荷抵抗２００へ延びる矢印は、電力供給方向を示す。加速度センサ１１５および調整部１３０からそれぞれ延びる矢印は、後述する出力部１２０の入力インピーダンスを調整するための制御の向きを示している。
　加速度センサ１１５は、例えば静電容量検出方式によって構成され、かつ振動発電素子１１０に設置され、振動発生装置３００の振動加速度を検出する。検出された振動加速度に対応する信号は、調整部１３０へ転送される。加速度センサ１１５から調整部１３０へ転送される信号は、加速度センサ１１５によって検出された振動発生装置３００の振動加速度を表す。このような信号は、振動発電素子１１０の電極の振動加速度に対応する信号といえる。したがって、加速度センサ１１５から調整部１３０へ転送される信号は、振動発電素子１１０の電極の振動加速度に関連する検出値を表す。調整部１３０は、例えば、加速度センサ１１５から転送された信号を用いて振動発生装置３００の振動加速度が所定閾値よりも大きいか否かを判断するコンパレータと、後述するスイッチング回路１２２の切替動作を制御する制御回路とを含み、コンパレータによる判断結果に応じて出力部１２０の入力インピーダンスを調整する。
　出力部１２０は、第１蓄電回路１２１、スイッチング回路１２２および第２蓄電回路１２３を含む。第１蓄電回路１２１は、例えば整流器およびコンデンサで構成され、振動発電素子１１０から出力される交流電力を直流電力に変換して蓄電する。スイッチング回路１２２は、例えばトランジスタで構成され、第１蓄電回路１２１から第２蓄電回路１２３への電力伝送を開始または停止する切替動作を行う。第２蓄電回路１２３は、例えばインダクタおよびコンデンサで構成され、第１蓄電回路１２１からスイッチング回路１２２を介して伝送される直流電力の電圧を変換して蓄電する。
　図２は、振動発電素子１１０によって生成された電力の電力Ｐと、振動発生源である振動発生装置３００の振動に基づいて加速度センサが検出する振動加速度Ａとの関係を例示する図であり、出力部１２０の異なる入力インピーダンスごとに上記関係を示している。図２の縦軸は電力Ｐの値を示し、横軸は振動加速度の値を示す。ここで、入力インピーダンスは、出力部１２０に入力される入力電圧と、流入する入力電流の比をいい、すなわち振動発電素子１１０から見た、出力部１２０の入力部分のインピーダンスである。入力インピーダンスの値は、第１蓄電回路１２１に蓄電されている蓄電量によって決定し、蓄電量は、スイッチング回路１２２の切替によって変更される。出力部１２０の入力インピーダンスＺが第１インピーダンス値Ｚ１であるとき、振動発生装置３００の振動加速度Ａは、０から増加してＡｘに達する。このとき、振動発電素子１１０によって生成された電力Ｐｚ1は、振動加速度Ａの２乗に比例して増加する。すなわち、電力Ｐは、比例係数Ｃ１を用いて、式（１）のように表される。
Ｐｚ1＝Ｃ１×Ａ２　（０≦Ａ≦Ａｘ）　・・・（１）
　出力部１２０の入力インピーダンスＺ＝Ｚ１であるとき、式（１）に基づき、振動発生装置３００の振動加速度Ａ＝Ａｘにおいて、振動発電素子１１０によって生成された電力Ｐｚ1＝Ｐｘとなる。図２に電力Ｐｚ1の変曲点Ｘ（Ａｘ，Ｐｘ）を示す。電力Ｐｚ1は、振動加速度Ａ＞Ａｘになるまで振動加速度Ａ≦Ａｘにおける振動加速度Ａの２乗比例に応じた増加を示す。そして、電力Ｐｚ1は、振動加速度Ａ＞Ａｘになると、変曲点Ｘにおける電力値Ｐｘからほぼ横ばいになる、または漸増もしくは漸減を示すようになる。
　出力部１２０の入力インピーダンスＺが第１インピーダンス値Ｚ１とは異なる第２インピーダンス値Ｚ２であるとき、振動発生装置３００の振動加速度Ａは、０から増加してＡｙに達する。このとき、振動発電素子１１０によって生成された電力Ｐｚ2は、振動加速度Ａの２乗に比例して増加する。すなわち、電力Ｐｚ2は、比例係数Ｃ２を用いて、式（２）のように表される。
Ｐｚ2＝Ｃ２×Ａ２　（０≦Ａ≦Ａｙ）　・・・（２）
　出力部１２０の入力インピーダンスＺ＝Ｚ２であるとき、式（２）に基づき、振動発生装置３００の振動加速度Ａ＝Ａｙにおいて、振動発電素子１１０によって生成された電力Ｐｚ2＝Ｐｙとなり、図２に電力Ｐｚ2の変曲点Ｙ（Ａｙ，Ｐｙ）を表すことができる。振動加速度Ａ＞Ａｙになると、電力Ｐｚ2が、振動加速度Ａ≦Ａｙにおける振動加速度Ａの２乗比例に応じた増加を示す傾向から、変曲点Ｙにおける電力値Ｐｙからほぼ横ばい、または漸増もしくは漸減を示す傾向へ変化する。
　出力部１２０の入力インピーダンスＺの第２インピーダンス値Ｚ２が第１インピーダンス値Ｚ１よりも大きい場合、図２に示すように、式（２）に用いられる比例係数Ｃ２は式（１）に用いられる比例係数Ｃ１よりも小さく、かつ変曲点Ｙにおける電力値Ｐｙは変曲点Ｘにおける電力値Ｐｘよりも大きい。
　図２に示すように、振動発生装置３００の振動加速度Ａが小さいとき、出力部１２０の入力インピーダンスＺが第１インピーダンス値であると、出力部１２０の入力インピーダンスＺが第２インピーダンス値であるときよりも大きな電力Ｐが得られる。振動発生装置３００の振動加速度Ａが大きいとき、出力部１２０の入力インピーダンスＺが第２インピーダンス値であると、出力部１２０の入力インピーダンスＺが第１インピーダンス値であるときよも大きな電力Ｐが得られる。
　この点に着目し、本実施の形態において調整部１３０は、次のようにして、出力部１２０の入力インピーダンスＺを、その詳細が図４にて後述されるように、調整する。振動発生装置３００の振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも小さい第１加速度値Ａ１（０≦Ａ１＜Ａｔｈ）であるとき、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを第１インピーダンス値Ｚ１に調整する。振動発電素子１１０の電極の振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも大きい第２加速度値Ａ２（Ａ２＞Ａｔｈ）であるとき、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを第２インピーダンス値Ｚ２に調整する。なお、本実施の形態において、所定閾値Ａｔｈは、図２に示すように、入力インピーダンスＺ＝Ｚ１であるときの振動加速度Ａに対する電力Ｐのグラフと、入力インピーダンスＺ＝Ｚ２であるときの振動加速度Ａに対する電力Ｐのグラフとの交点Ｋにおける振動加速度Ａの値である第３加速度値Ａ３に等しい。入力インピーダンスＺが第１インピーダンス値Ｚ１である場合に振動加速度Ａが第３加速度値Ａ３であるときの電力Ｐは、入力インピーダンスＺが第２インピーダンス値Ｚ２である場合に振動加速度Ａが第３加速度値Ａ３であるときの電力Ｐと等しい。このときの電力Ｐは、電力値Ｐｘまたはその近傍値である。
　すなわち、振動発生装置３００の振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも小さい第１加速度値Ａ１から所定閾値Ａｔｈ＝Ａ３よりも大きい第２加速度値Ａ２へ変化すると、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを、第１インピーダンス値Ｚ１から第２インピーダンス値Ｚ２に変更する。これにより、振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも大きくなった際に、入力インピーダンスＺが変更されないと仮定した場合よりも大きな電力Ｐが得られるようになる。逆に、振動発生装置３００の振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも大きい第２加速度値Ａ２から所定閾値Ａｔｈ＝Ａ３よりも小さい第１加速度値Ａ１へ変化すると、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを、第２インピーダンス値Ｚ２から第１インピーダンス値Ｚ１に変更する。これにより、振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも小さくなった際に、入力インピーダンスＺが変更されないと仮定した場合よりも大きな電力Ｐが得られるようになる。
　所定閾値Ａｔｈは、調整部１３０に含まれるコンパレータに予め設定される。所定閾値Ａｔｈには、第３加速度値Ａ３に限らず第３加速度値Ａ３近傍の他の値を設定してもよいし、ヒステリシスが考慮された複数の値を用いてもよい。
　なお、出力部１２０の入力インピーダンスの値の変更は、第１蓄電回路１２１の蓄電電圧に基づいてスイッチング回路１２２が電力伝送の切替動作を行う条件を変更することによって実現される。このような動作を、図４Ａ、図４Ｂおよび図４Ｃを用いて後述する。なお、上述の例では、閾値Ａｔｈが加速度Ａ３の場合における、２つのインピーダンスＺ１とＺ２の間で電力-加速度関係の変更について説明したが、対応する振動発生源によっては、より広い範囲の振動加速度に対してより高い電力を発生する場合もある。このような場合には、第ｋの閾値として加速度Ａｋ（＞Ａ３）を設定し、２つのインピーダンスＺｍとＺｎとの間で、電力-加速度関係の変更し、より高い電力を発生するようにしてもよい。
　図３は、振動発電装置１００の調整部１３０によって行われる、振動発電装置１００の出力部１２０の入力インピーダンスを調整する処理の一例を示す図である。この入力インピーダンス調整処理は、例えば、振動発電装置１００が負荷抵抗２００に電力を供給している間、検出される振動加速度Ａの範囲に応じて繰り返し実行される。
　ステップＳ３１０において、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺが第１インピーダンス値Ｚ１であるか否かを判定する。肯定判定が得られた場合、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第１インピーダンス値Ｚ１であり、処理は第１インピーダンス値Ｚ１に対応するステップＳ３２０へ進められる。否定判定が得られた場合、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第１インピーダンス値Ｚ１とは異なる第２インピーダンス値Ｚ２であり、処理は第２インピーダンス値Ｚ２に対応するステップＳ３３０へ進められる。
　ステップＳ３２０において、調整部１３０は、振動発生装置３００の振動加速度Ａが、所定閾値Ａｔｈよりも大きいか否かを判定する。上述したように、所定閾値Ａｔｈとして、例えば第３加速度値Ａ３が予め設定されている。ステップＳ３２０で肯定判定が得られた場合、すなわち振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも大きいと判定された場合、ステップＳ３２５において、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整し、第１インピーダンス値Ｚ１から第２インピーダンス値Ｚ２に変更する。ステップＳ３２０で否定判定が得られた場合、すなわち振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも大きくないと判定された場合、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを変更しない。
　ステップＳ３３０において、調整部１３０は、振動発生装置３００の振動加速度Ａが、所定閾値Ａｔｈよりも小さいか否かを判定する。上述したように、所定閾値Ａｔｈとして、例えば第３加速度値Ａ３が予め設定されている。ステップＳ３３０で肯定判定が得られた場合、すなわち振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも小さいと判定された場合、ステップＳ３３５において、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整し、第２インピーダンス値Ｚ２から第１インピーダンス値Ｚ１に変更する。ステップＳ３３０で否定判定が得られた場合、すなわち振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも小さくないと判定された場合、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを変更しない。
　図４Ａから図４Ｃは、振動発電装置１００の調整部１３０によって行われる、振動発電装置１００の出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整する処理の一例を説明するための図である。すなわち、調整部１３０は、図２、図３にて上述したように、振動加速度に応じて入力インピーダンスＺを変更する処理を行うが、このインピーダンス変更を、第１蓄電回路１２１に蓄電される直流電力の電圧Ｖの値に応じて電力伝送の切替えを行うことによって行う。上述したように、調整部１３０は、スイッチング回路１２２の切替動作を制御する制御回路を含む。図４Ａに示すように、第１蓄電回路１２１に蓄電される直流電力の電圧Ｖが、所定電圧値Ｖｔｈを上回る電圧値に上昇すると（Ｖ＞Ｖｔｈ）、スイッチング回路１２２は、調整部１３０による制御にしたがって、電力伝送の切替動作を行う。スイッチング回路１２２の状態はオフからオンへ変化し、第１蓄電回路１２１から第２蓄電回路１２３への電力伝送が開始される。図４Ｂに示すように、第１蓄電回路１２１に蓄電される直流電力の電圧Ｖが、所定電圧値Ｖｔｈを下回る電圧値に低下すると（Ｖ＜Ｖｔｈ）、スイッチング回路１２２は、調整部１３０による制御にしたがって、電力伝送の切替動作を行う。スイッチング回路１２２の状態はオンからオフへ変化し、第１蓄電回路１２１から第２蓄電回路１２３への電力伝送が停止される。
　調整部１３０は、上述したように、入力インピーダンスＺを変更する際、スイッチング回路１２２による電力伝送の切替動作が行われる条件を変更する。本実施の形態において、調整部１３０は、上述した所定電圧値Ｖｔｈを変更することによって、スイッチング回路１２２による電力伝送の切替動作が行われる条件を変更する。図４Ｃは、こうした調整部１３０による出力部１２０の入力インピーダンスＺの調整処理を示す図である。
　図４Ｃに示す調整部１３０による出力部１２０の入力インピーダンスＺの調整処理は、例えば、振動発電装置１００が負荷抵抗２００に電力を供給している間、繰り返し実行される。ステップＳ４１０において、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを、第１インピーダンス値Ｚ１に調整するか否かを判定する。肯定判定が得られた場合、処理はステップＳ４２０へ進められ、否定判定が得られた場合、処理はステップＳ４３０へ進められる。
　ステップＳ４２０において、調整部１３０は、所定電圧値Ｖｔｈを第１電圧値Ｖ１に設定する。所定電圧値Ｖｔｈ＝Ｖ１であるとき、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第１インピーダンス値Ｚ１となる。ステップＳ４２０が完了すると、出力部１２０の入力インピーダンスＺの調整処理は終了する。
　ステップＳ４３０において、調整部１３０は、所定電圧値Ｖｔｈを第１電圧値Ｖ１よりも大きい第２電圧値Ｖ２に設定する。所定電圧値Ｖｔｈ＝Ｖ２であるとき、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第２インピーダンス値Ｚ２となる。ステップＳ４３０が完了すると、出力部１２０の入力インピーダンスＺの調整処理は終了する。以上の説明から明らかなように、図４（Ｃ）に示す工程は、図３に示す工程との関係は以下のとおりである。図４（Ｃ）のステップＳ４１０およびＳ４２０は、図３のステップＳ３３５に対応し、また、ステップＳ４１０およびＳ４３０は、図３のステップＳ３２５に対応する。
　本実施の形態における振動発電装置１００によれば、以下の作用効果が得られる。
　（１）振動発電装置１００は、電極の振動に応じた電力を生成する振動発電素子１１０と、負荷抵抗２００に接続されると、振動発電素子１１０によって生成された電力を負荷抵抗２００に供給する出力部１２０と、調整部１３０とを含む。調整部１３０は、加速度センサ１１５から転送される信号に応じて出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整する。加速度センサ１１５から調整部１３０へ転送される信号は、加速度センサ１１５によって検出された振動発生装置３００の振動加速度Ａを表す信号であり、すなわち振動発電素子１１０の電極の振動の振動加速度に対応する信号である。したがって、振動発電装置１００の出力部１２０により負荷抵抗２００に供給される電力Ｐを、振動発電素子１１０の電極の振動の振動加速度に応じて変化させることが可能となり、振動発電装置１００の発電効率を高めることができる、という効果が得られる。
　（２）振動発電装置１００において、加速度センサ１１５から調整部１３０へ転送される信号は、加速度センサ１１５によって検出された、振動発電素子１１０の電極の振動の振動加速度に関連する検出値を表す。本実施の形態において、その検出値は振動発生装置３００の振動加速度Ａの値である。調整部１３０は、振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも小さい第１加速度値Ａ１から所定閾値Ａｔｈよりも大きい第２加速度値Ａ２へ変化すると、出力部１２０の入力インピーダンスＺを第１インピーダンス値Ｚ１から第１インピーダンス値Ｚ１よりも大きい第２インピーダンス値Ｚ２へ変更する。振動加速度Ａが第２加速度値Ａ２から第１加速度値Ａ１へ変化すると、入力インピーダンスＺを第２インピーダンス値Ｚ２から第１インピーダンス値Ｚ１へ変更する。したがって、振動発電装置１００の出力部１２０により負荷抵抗２００に供給される電力Ｐが、振動発生装置３００の振動加速度Ａが小さい場合においても、大きい場合においても、より大きな電力値となるように、電力Ｐを変化させることができる、という効果が得られる。
　（３）振動発電装置１００において、加速度センサ１１５は、振動発電素子１１０に設置される。したがって、加速度センサ１１５から調整部１３０へ転送される信号が表す振動加速度の精度が高い、という効果が得られる。
　（４）振動発電装置１００において、出力部１２０の入力インピーダンスＺが第１インピーダンス値Ｚ１である場合に電極の振動の振動加速度Ａが第３加速度値Ａ３であるときの、出力部１２０により負荷抵抗２００に供給される電力Ｐと、入力インピーダンスＺが第２インピーダンス値Ｚ２である場合に振動加速度Ａが第３加速度値Ａ３であるときの電力Ｐとが等しいとき、所定閾値Ａｔｈは第３加速度値Ａ３に等しい。したがって、電極の振動の振動加速度Ａに応じて、相対的に高い電力Ｐが、出力部１２０により負荷抵抗２００に供給され得る、という効果が得られる。
　（５）振動発電装置１００において、出力部１２０は、振動発電素子１１０から出力される交流電力を直流電力に変換して蓄電する第１蓄電回路１２１と、その直流電力の電圧を変換して蓄電する第２蓄電回路１２３と、第１蓄電回路１２１から第２蓄電回路１２３への電力伝送を開始または停止する切替動作を行うスイッチング回路１２２とを有する。調整部１３０は、調整部１３０に含まれる制御回路により制御される電力伝送の切替動作が行われる条件を変更することによって、出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整する。従来の出力部１２０の回路構成に特別な変更を加える必要無く、出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整することが可能になるという効果が得られる。
　（６）振動発電装置１００において、第１蓄電回路１２１に蓄電される直流電力の電圧Ｖが、所定電圧値Ｖｔｈを上回る電圧値に上昇したとき、または所定電圧値Ｖｔｈを下回る電圧値に低下したとき、スイッチング回路１２２は電力伝送の切替動作を行う。調整部１３０に含まれる制御回路は、所定電圧値Ｖｔｈを変更することによって、スイッチング回路１２２により電力伝送の切替動作が行われる条件を変更することができる。この場合、制御回路を比較的簡易な回路で構成することができるという効果が得られる。
　次のような変形も本発明の範囲内であり、以下に示す変形例の一つ、もしくは複数を上述した実施の形態と組み合わせることも可能である。
　（１）上述した一実施の形態において、振動発電装置１００の加速度センサ１１５は、静電容量検出方式によって構成され、振動発電装置１００に含まれる振動発電素子１１０に設置されることとした。加速度センサ１１５は、静電容量検出方式に限られず他の方式によって構成されるものであってもよい。また、必ずしも振動発電素子１１０に設置されない。例えば、加速度センサ１１５が、振動発電装置１００の外部の、振動発電素子１１０の電極に振動を生じさせる振動発生源である振動発生装置３００に、設置されることとしてもよい。加速度センサ１１５は、振動発電素子１１０に設置される場合であっても、振動発生装置３００に設置される場合であっても、振動発電素子１１０の電極の振動加速度に対応する信号として、振動発生装置３００で生じて振動発電素子１１０に作用する振動の振動加速度Ａを表す信号が用いられることとしてもよい。
　加速度センサ１１５によって検出される検出値は、振動発生装置３００で生じる振動の振動加速度Ａを表すが、振動発生装置３００で生じる振動は振動発電素子１１０の電極の振動に関連するので、その検出値は振動発電素子１１０の電極の振動加速度に関連する値となる。したがって、振動発電素子１１０の電極の振動加速度に対応する信号として、加速度センサ１１５によって検出される、振動発生装置３００で生じる振動の振動加速度Ａを表す信号が用いられる。
　（２）上述した一実施の形態において、振動発電装置１００の調整部１３０は、振動発電素子１１０の電極の振動加速度に対応する信号として、振動発生装置３００で生じる振動の振動加速度Ａを表す信号を用いて、出力部１２０の入力インピーダンスを調整することとした。調整部１３０は、振動発電素子１１０の電極に振動を生じさせる振動発生源である振動発生装置３００で得られる他の信号に応じて出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整することとしてもよい。
　図５は、給電対象である負荷抵抗２００に接続された振動発電装置１００の構成の変形例（１）を示す図である。図１に示す例とは異なり、振動発電装置１００の調整部１３０は、加速度センサ１１５から転送される信号に代え、振動発生装置３００で得られる信号に応じて、出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整する。図５に示す例において、振動発生装置３００は、例えばコンプレッサを含むものとする。上述した振動発生装置３００で得られる信号とは、振動発生装置３００の出力レベルを表す信号である。振動発電装置１００の調整部１３０は、例えば、振動発生装置３００の出力レベルに応じて動作する不図示の振動スイッチの動作状態、または振動発生装置３００の運転を開始もしくは停止させる不図示のタイマの動作状態を参照することにより、振動発生装置３００の出力レベルを表す信号を取得することができる。振動発電素子１１０の電極の振動加速度は、振動発生装置３００の出力レベルに依存するため、振動発生装置３００の出力レベルを表す信号は、電極の振動加速度に対応する信号である。この出力レベルは、その値が高いほど、振動加速度が大きいものである。
　例えば、振動発生装置３００の出力レベルがＬＯＷレベルからＬＯＷレベルよりも高いＨＩＧＨレベルへ変化すると、振動発電装置１００の調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを、第１インピーダンス値Ｚ１から第１インピーダンス値Ｚ１よりも大きい第２インピーダンス値Ｚ２へ変更する。振動発生装置３００出力レベルがＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルへ変化すると、振動発電装置１００の調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを、第２インピーダンス値Ｚ２から第１インピーダンス値Ｚ１へ変更する。このように、振動加速度の閾値を、出力レベルの「ＬＯＷ」と「ＨＩＧＨ」との切替わりに設定することにより、上述した出力レベルに応じた入力インピーダンスの変更を行うことができる。
　振動発生装置３００の出力レベルは、振動発生装置３００に含まれるコンプレッサの運転状態の変化に基づいて検出されることとしてもよい。例えば、コンプレッサが起動された場合に、振動発生装置３００出力レベルがＨＩＧＨレベルであることが検出され、コンプレッサが停止された場合に、振動発生装置３００出力レベルがＬＯＷレベルであることが検出される。
　本変形例における振動発電装置１００において、調整部１３０が出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整する際に用いる信号は、振動加速度Ａに応じた振動を振動発電素子１１０の電極に生じさせる振動発生装置３００の出力レベルを表す。調整部１３０は、振動発生装置３００の出力レベルがＬＯＷレベルからＬＯＷレベルよりも大きいＨＩＧＨレベルへ変化すると、入力インピーダンスＺを、第１インピーダンス値Ｚ１から第１インピーダンス値Ｚ１よりも大きい第２インピーダンス値Ｚ２へ変更する。調整部１３０は、振動発生装置３００の出力レベルがＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルへ変化すると、入力インピーダンスＺを、第２インピーダンス値Ｚ２から第１インピーダンス値Ｚ１へ変更する。したがって、振動発電装置１００に加速度センサ１１５を設ける必要が無く、振動発電装置１００を小型化することが可能になるとともに、加速度センサ１１５の駆動に必要な電力を削減できる、という効果が得られる。
　（３）上述した一実施の形態において、振動発電装置１００の出力部１２０の入力インピーダンスＺには、第１インピーダンス値Ｚ１および第２インピーダンス値Ｚ２からなる２種類のインピーダンス値が設定され得ることとした。しかし、出力部１２０の入力インピーダンスＺには、２種類よりも多い複数種類のインピーダンス値が設定され得ることとしてもよい。それら複数種類のインピーダンス値は、連続的に変更可能な設定値であることとしてもよい。
　（４）上述した一実施の形態において、振動発電装置１００の出力部１２０が有するスイッチング回路１２２により電力伝送の切替動作が行われる条件は、第１蓄電回路１２１に蓄電される直流電力の電圧Ｖと所定電圧値Ｖｔｈとの関係に依存し、その所定電圧値Ｖｔｈを変更することによって、その電力伝送の切替動作が行われる条件が変更されることとした。しかし、スイッチング回路１２２が電力伝送の切替動作を周期的に繰り返し行うこととし、電力伝送が開始されてから停止されるまでの時間と、電力伝送が停止されてから開始されるまでの時間とに基づくデューティ比を、調整部１３０に含まれる制御回路が変更することによって、電力伝送の切替動作が行われる条件が変更されることとしてもよい。
　図６Ａ、図６Ｂおよび図６Ｃは、変形例（４）による振動発電装置１００の調整部１３０によって行われる、振動発電装置１００の出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整する処理の一例を説明するための図である。この入力インピーダンス調整処理は、本変形例における振動発電装置１００の調整部１３０によって行われる。上述したように、調整部１３０は、スイッチング回路１２２の切替動作を制御する制御回路を含む。図６Ａに示すように、スイッチング回路１２２は、調整部１３０による制御にしたがって、時系列上、オフの状態からオンの状態に変化する切替動作と、オンの状態からオフの状態に変化する切替動作とを、周期Ｔで周期的に繰り返す。スイッチング回路１２２がオンの状態に変化すると、第１蓄電回路１２１から第２蓄電回路１２３への電力伝送が開始され、スイッチング回路１２２がオフの状態に変化すると、第１蓄電回路１２１から第２蓄電回路１２３への電力伝送が停止される。
　図６Ａにおいて、当初は、周期Ｔのうち、電力伝送が開始されてから停止されるまでの電力伝送時間は第１時間ｈ１であることから、周期Ｔと第１時間ｈ１とに基づくデューティ比Ｄは、式（３）により得られる。このデューティ比Ｄは、調整部１３０によって演算される。
Ｄ＝ｈ１／Ｔ　・・・（３）
　次に、図６Ａにおいて、振動発電装置１００の調整部１３０が入力インピーダンスＺを変更した場合、その後の期間において、周期Ｔのうち、電力伝送が開始されてから停止されるまでの電力伝送時間は第１時間ｈ１よりも小さい第２時間ｈ２であることから、周期Ｔと第２時間ｈ２とに基づくデューティ比Ｄは、式（４）により得られる。
Ｄ＝ｈ２／Ｔ　・・・（４）
　すなわち、調整部１３０は、第１蓄電回路１２１から第２蓄電回路１２３への電力伝送が開始されてから停止されるまでの電力伝送時間と、その電力伝送が停止されてから開始されるまでの電力停止時間とに基づくデューティ比Ｄを変更することによって、スイッチング回路１２２による電力伝送の切替動作が行われる条件を変更する。図６Ａに示すように、デューティ比Ｄが、式（３）に基づくｈ１／Ｔから、これよりも小さな値である式（４）に基づく値ｈ２／Ｔに変更されることによって、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第１インピーダンス値Ｚ１から第１インピーダンス値Ｚ１よりも大きな第２インピーダンス値Ｚ２に変更される。
　図６Ｂに示すように、デューティ比Ｄが、上述した式（４）に基づく値ｈ２／Ｔから、これよりも大きな値である式（３）に基づく値ｈ１／Ｔに変更されることによって、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第２インピーダンス値Ｚ２から第２インピーダンス値Ｚ２よりも小さな第１インピーダンス値Ｚ１に変更される。
　調整部１３０は、振動発生装置３００の振動加速度Ａが所定閾値Ａｔｈよりも大きいか否かに応じて、スイッチング回路１２２による電力伝送の切替動作が行われる条件を変更する。本変形例において、調整部１３０は、上述したデューティ比Ｄを変更することによって、スイッチング回路１２２による電力伝送の切替動作が行われる条件を変更し、その条件を変更することによって、出力部１２０の入力インピーダンスＺを調整する。図６Ｃは、こうした調整部１３０による入力インピーダンスＺの調整処理を示す図である。
　図６Ｃに示す調整部１３０による入力インピーダンスＺの調整処理は、例えば、振動発電装置１００が負荷抵抗２００に電力を供給している間、繰り返し実行される。図６Ｃに示す入力インピーダンスＺの調整処理は、図４Ｃとは、ステップＳ４１０の処理が共通するとともに、その後、ステップＳ４２０およびＳ４３０の処理に代えて、それぞれステップＳ６２０およびＳ６３０の処理が行われる点で相違する。ステップＳ４１０において、調整部１３０は、出力部１２０の入力インピーダンスＺを、第１インピーダンス値Ｚ１に調整するか否かを判定する。肯定判定が得られた場合、処理はステップＳ６２０へ進められ、否定判定が得られた場合、処理はステップＳ６３０へ進められる。
　ステップＳ６２０において、調整部１３０は、デューティ比Ｄとして、式（３）を用いて得られる値ｈ１／Ｔを設定する。デューティ比Ｄ＝ｈ１／Ｔであるとき、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第１インピーダンス値Ｚ１となる。ステップＳ６２０が完了すると、出力部１２０の入力インピーダンスＺの調整処理は終了する。
　ステップＳ６３０において、調整部１３０は、デューティ比Ｄとして、式（４）を用いて得られる値ｈ２／Ｔを設定する。デューティ比Ｄ＝ｈ２／Ｔであるとき、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第２インピーダンス値Ｚ２となる。ステップＳ６３０が完了すると、出力部１２０の入力インピーダンスＺの調整処理は終了する。
　本変形例における振動発電装置１００において、調整部１３０に含まれる制御回路は、スイッチング回路１２２による電力伝送の切替動作が繰り返し行われることにより得られる、電力伝送が開始されてから停止されるまでの電力伝送時間と、電力伝送が停止されてから開始されるまでの電力停止時間とに基づくデューティ比Ｄを、変更することによって、スイッチング回路１２２により電力伝送の切替動作が行われる条件を変更することができる。この場合、制御回路が、スイッチング回路１２２による電力伝送の切替動作を制御しやすくなるという効果が得られる。また、第１蓄電回路１２１に蓄電される直流電力の電圧Ｖの測定が不要であるため、その測定に伴う電流損失を防止できるという効果が得られる。
　本発明の特徴的な機能を損なわない限り、本発明は、上述した実施の形態および各変形例における構成に何ら限定されない。
１００　振動発電装置、１１０　振動発電素子、１１５　加速度センサ、
１２０　出力部、１２１　第１蓄電回路、１２２　スイッチング回路、
１２３　第２蓄電回路、１３０　調整部、２００　負荷抵抗、
３００　振動発生装置

Claims (8)

  1. 　電極の振動に応じた電力を生成する振動発電素子と、
    　負荷抵抗に接続されると、前記振動発電素子によって生成された電力を前記負荷抵抗に供給する出力部と、
    　前記振動の加速度に対応する信号に応じて前記出力部の入力インピーダンスを調整する調整部と、を備える、振動発電装置。
  2. 　請求項１に記載の振動発電装置において、
    　前記信号は、加速度センサによって検出された、前記加速度に関連する検出値を表し、
    　前記調整部は、
    　　前記加速度が所定閾値よりも小さい第１加速度値から前記所定閾値よりも大きい第２加速度値へ変化すると、前記入力インピーダンスを第１インピーダンス値から前記第１インピーダンス値よりも大きい第２インピーダンス値へ変更し、
    　　前記加速度が前記第２加速度値から前記第１加速度値へ変化すると、前記入力インピーダンスを前記第２インピーダンス値から前記第１インピーダンス値へ変更する、振動発電装置。
  3. 　請求項２に記載の振動発電装置において、
    　前記加速度センサは、前記振動発電素子に設置される、振動発電装置。
  4. 　請求項２または３に記載の振動発電装置において、
    　前記入力インピーダンスが前記第１インピーダンス値である場合に前記加速度が第３加速度値であるときの前記電力と、前記入力インピーダンスが前記第２インピーダンス値である場合に前記加速度が前記第３加速度値であるときの前記電力とが等しいとき、前記所定閾値は前記第３加速度値に基づいて得られる、振動発電装置。
  5. 　請求項１に記載の振動発電装置において、
    　前記信号は、前記加速度に応じた前記振動を前記電極に生じさせる振動発生装置の出力レベルを表し、
    　前記調整部は、
    　　前記出力レベルが第１レベルから前記第１レベルよりも大きい第２レベルへ変化すると、前記入力インピーダンスを、第１インピーダンス値から前記第１インピーダンス値よりも大きい第２インピーダンス値へ変更し、
    　　前記出力レベルが前記第２レベルから前記第１レベルへ変化すると、前記入力インピーダンスを、前記第２インピーダンス値から前記第１インピーダンス値へ変更する、振動発電装置。
  6. 　請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の振動発電装置において、
    　前記出力部は、
    　　前記振動発電素子から出力される交流電力を直流電力に変換して蓄電する第１蓄電回路と、
    　　前記直流電力の電圧を変換して蓄電する第２蓄電回路と、
    　　前記第１蓄電回路から前記第２蓄電回路への電力伝送を開始または停止する切替動作を行うスイッチング回路と、を有し、
    　前記調整部は、前記切替動作が行われる条件を変更することによって、前記入力インピーダンスを調整する、振動発電装置。
  7. 　請求項６に記載の振動発電装置において、
    　前記第１蓄電回路に蓄電される前記直流電力の電圧が、所定電圧値を上回る電圧値に上昇したとき、または前記所定電圧値を下回る電圧値に低下したとき、前記スイッチング回路によって前記切替動作が行われ、
    　前記調整部は、前記所定電圧値を変更することによって、前記切替動作が行われる前記条件を変更する、振動発電装置。
  8. 　請求項６に記載の振動発電装置において、
    　前記調整部は、前記切替動作が繰り返し行われることにより得られる、前記電力伝送が開始されてから停止されるまでの時間と、前記電力伝送が停止されてから開始されるまでの時間とに基づくデューティ比を、変更することによって、前記切替動作が行われる前記条件を変更する、振動発電装置。
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