特開 2024-31637 発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024031637

(43)【公開日】2024-03-07

(54)【発明の名称】発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 1/06 20060101AFI20240229BHJP

【ＦＩ】

H02N1/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022135307

(22)【出願日】2022-08-26

(71)【出願人】

【識別番号】504145283

【氏名又は名称】国立大学法人 和歌山大学

(74)【代理人】

【識別番号】100111567

【弁理士】

【氏名又は名称】坂本 寛

(72)【発明者】

【氏名】山本 秋斗

(72)【発明者】

【氏名】長瀬 賢二

(57)【要約】

【課題】発電電力を効率的に取り出すことのできる発電装置を提供する。
【解決手段】発電装置１００は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子１と、発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返される電圧増幅回路２と、を備え、発電素子と電圧増幅回路との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じる経路上に、負荷回路７を接続するための接続端子Ｘ，Ｙが配置されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子と、
前記発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返される電圧増幅回路と、を備え、
前記発電素子と前記電圧増幅回路との間で電流の前記流入と前記流出とが繰り返し生じる経路上に、負荷回路を接続するための接続端子が配置されている
発電装置。

【請求項2】

前記発電素子は誘電エラストマーを有し、前記外部エネルギーが与えられることによって生じる前記誘電エラストマーの伸縮に伴う静電容量の増減を利用して発電する
請求項１に記載の発電装置。

【請求項3】

前記電圧増幅回路は、自己昇圧回路を含む
請求項１に記載の発電装置。

【請求項4】

前記発電素子には、周期的に変化する前記外部エネルギーが与えられ、
前記自己昇圧回路の静電容量は、前記発電素子の静電容量の前記周期における最小値より大きい
請求項３に記載の発電装置。

【請求項5】

前記自己昇圧回路の静電容量は、前記発電素子の静電容量の前記周期における最小値の１０倍以上である
請求項４に記載の発電装置。

【請求項6】

前記自己昇圧回路の静電容量は、前記発電素子の静電容量の前記周期における最小値の５０倍以上である
請求項４に記載の発電装置。

【請求項7】

前記接続端子には、整流回路が接続されている
請求項１に記載の発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、特開２０１６－１５８４８２号公報（以下、特許文献１）に開示されているように、誘電エラストマーを有する発電素子など、外部エネルギーが与えられることによって発電する発電素子が利用されている発電装置がある。このような発電装置は、環境振動発電を行う発電装置としても用いられている。誘電エラストマーを利用した場合、発電装置は、誘電エラストマーの伸縮に伴う静電容量の増減を利用して発電する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１５８４８２号公報

【特許文献2】特表２００３－５２６２１３号公報

【特許文献3】特開２００８－１４１８４０号公報

【特許文献4】特開２００９－２７３２０１号公報

【発明の概要】

【0004】

特許文献１に記載の発電装置は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子と、前記発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返されることにより回路の端子間電圧が上昇する電圧増幅回路とを備えている。特許文献１の発電装置では、発電電圧がある一定値を超えた場合に電流が出力回路に流れる。

【0005】

この場合、出力回路には発電素子の電圧が増加する過程でのみ電流が流れる。そのため、発電素子の伸縮のうち、収縮する過程でしか出力回路に電力を取り出すことができない。よって、発電電力を効率的に取り出すことのできる発電装置が望まれる。

【0006】

ある実施の形態に従うと、発電装置は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子と、発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返されることにより回路の端子間電圧が上昇する電圧増幅回路と、を備え、発電素子と電圧増幅回路との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じる経路上に、負荷回路を接続するための接続端子が配置されている。

【0007】

更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施の形態に係る発電装置の回路構成の概略図である。

【図2】図２は、発電装置での電流の流れを表した図である。

【図3】図３は、発電装置の発電素子の収縮時の電圧増幅回路の等価回路を表した図である。

【図4】図４は、発電素子の伸長時の電圧増幅回路の等価回路を表した図である。

【図5】図５は、発電素子の収縮時に負荷に供給される電荷、及び、伸長時に供給される電荷の計算方法を表した図である。

【図6】図６は、負荷への供給電荷量、発電素子の電圧の増加量、及び、発電素子並びに電圧増幅回路内の電荷の増加量の計算方法を表した図である。

【図7】図７は、発明者らによるシミュレーション結果を表した図であって、１周期あたりの負荷への供給電荷量のシミュレーション結果を表した図である。

【図8】図８は、発明者らによるシミュレーション結果を表した図であって、１周期あたりの発電素子の電圧の増加量のシミュレーション結果を表した図である。

【図9】図９は、発明者らによるシミュレーション結果を表した図であって、１周期あたりの発電素子及び電圧増幅回路の電荷の増加量のシミュレーション結果を表した図である。

【図10】図１０は、発明者らによる実験に用いた発電装置の概略図である。

【図11】図１１は、発明者らによる実験に用いた発電装置の発電素子に用いた誘電エラストマーの様子を示した図である。

【図12】図１２は、発明者らによる実験に用いた発電装置の発電素子の最大静電容量及び最小静電容量の求め方を示した図である。

【図13】図１３は、発明者らによる実験の実験結果を示す図であって、発電素子の電圧の時間応答を表した図である。

【図14】図１４は、発明者らによる実験の実験結果を示す図であって、負荷の電圧の時間応答を表した図である。

【図15】図１５は、比較例にかかる発電装置の概略構成図である。

【図16】図１６は、比較例にかかる発電装置での出力回路部に電荷を供給しない期間の計算を説明するための図である。

【図17】図１７は、初期状態の発電素子（ＤＥＧ）の電圧を１００［Ｖ］から１０００［Ｖ］まで１００［Ｖ］刻みで変化させたときの、実施の形態に係る発電装置の負荷、及び、比較例に係る発電装置の負荷それぞれで消費されるエネルギー量を表した図である。

【図18】図１８は、他の比較例にかかる発電装置の概略構成図である。

【図19】図１９は、他の比較例にかかる発電装置の概略構成図である。

【図20】図２０は、他の比較例にかかる発電装置の概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

＜１．発電装置の概要＞

【0010】

（１）実施の形態に係る発電装置は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子と、発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返されることにより回路の端子間電圧が上昇する電圧増幅回路と、を備え、発電素子と電圧増幅回路との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じる経路上に、負荷回路を接続するための接続端子が配置されている。

【0011】

発電素子と電圧増幅回路との間で電流の流入と流出とが繰り返されることにより、発電素子と電圧増幅回路との経路において交流電流が流れる。その経路上に配置された接続端子に負荷回路を接続することで、負荷回路に対して、電流の流入と流出との繰り返し、つまり、交流が与えられる。そのため、発電素子と電圧増幅回路との電圧関係が特定の関係のときのみ接続端子に接続された負荷に供給する従来の発電装置と比較して、供給可能な電荷を格段に増加させることができる。つまり、発電装置は、発電電力を効率的に取り出すことができる。特許文献１に開示された従来の発電装置に対して発電電力が格段に取り出すことができることに関しては、発明者らのシミュレーションによって実証されている。

【0012】

（２）（１）の発電装置であって、好ましくは、発電素子は誘電エラストマーを有し、外部エネルギーが与えられることによって生じる誘電エラストマーの伸縮に伴う静電容量の増減を利用して発電する。誘電エラストマーが伸縮する外部エネルギーを与えることで発電装置は発電し、伸長時も収縮時も、発電による電荷を接続端子に接続された負荷に供給することができる。

【0013】

（３）（１）または（２）の発電装置であって、好ましくは、電圧増幅回路は、自己昇圧回路を含む。これにより、昇圧しながら接続端子に接続された負荷に供給することができる。

【0014】

（４）（３）の発電装置であって、好ましくは、発電素子には、周期的に変化する外部エネルギーが与えられ、自己昇圧回路の静電容量は発電素子の静電容量の周期における最小値より大きい。自己昇圧回路の静電容量が小さすぎると、漏れ電流の影響を受けやすく、発電が維持できなくなるためである。

【0015】

（５）（４）の発電装置であって、好ましくは、自己昇圧回路の静電容量は、発電素子の静電容量の周期における最小値の１０倍以上である。発明者らによりシミュレーションの結果より、自己昇圧回路の静電容量をこの程度としておくことで、負荷への供給電荷量が適正となるためである。

【0016】

（６）（４）または（５）の発電装置であって、好ましくは、自己昇圧回路の静電容量は、発電素子の静電容量の周期における最小値の５０倍以上である。発明者らによりシミュレーションの結果より、自己昇圧回路の静電容量をこの程度としておくことで、負荷への供給電荷量が適正となるためである。

【0017】

（７）（１）～（６）のいずれか一の発電装置であって、好ましくは、接続端子には、整流回路が接続されている。これにより、発電素子にて生じる交流電流を、直流に整流して出力回路に供給することができる。

【0018】

＜２．発電装置の例＞

【0019】

図１は、本実施の形態に係る発電装置１００の回路構成を説明する図であって、Ａ部分が発電装置１００の概略ブロック図、Ｂ部分が発電装置１００の概略回路図である。発電装置１００は、発電素子１と、発電素子１に接続された電圧増幅回路２とを有する。発電素子１と電圧増幅回路２との経路上には、負荷回路７を接続するための接続端子として機能するノードＸ，Ｙが配置されている。

【0020】

発電装置１００は、出力回路３に接続可能であって、出力回路３に対して、発電によって得られた電荷Ｑを供給する。

【0021】

発電素子１は、外部エネルギーで発電する発電素子である。発電素子１は、一例として、誘電エラストマー発電器（Dielectric Elastomer Generator：ＤＥＧ）である。誘電エラストマーは、高い誘電率と弾性力とを有する高分子材料である。

【0022】

ＤＥＧは、誘電エラストマーの伸縮に伴う静電容量の増減を利用して発電する。この場合、発電素子１は、伸長変形すると静電容量が大きくなり、収縮変形すると静電容量は小さくなる。そのため、ここでの発電素子１は、可変コンデンサとしてモデル化され得る。本実施の形態においては、発電素子１はＤＥＧであるものとし、発電素子１の収縮時とはＤＥＧが収縮変形する外部エネルギーが与えられたときを指し、伸長時とはＤＥＧが伸長変形する外部エネルギーが与えられたときを指す。発電素子１は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する。

【0023】

電圧増幅回路２はコンデンサを有し、一例として、複数のダイオードとコンデンサとによって構成される自己昇圧回路（Self-Priming Circuit：ＳＰＣ）である。すなわち、電圧増幅回路２は、ノードＹとノードＺとの間に並列接続された、ダイオードＤ１，Ｄ２とコンデンサＣ_SPC，Ｃ_SPC／ｎとからなるユニット２０－１、ダイオードＤ３，Ｄ４とコンデンサＣ_SPC／２，Ｃ_SPC／（ｎ－１）とからなるユニット２０－２、…、及び、ダイオードＤ（２ｎー１），Ｄ２ｎとコンデンサＣ_SPC／ｎ，Ｃ_SPCとからなるユニット２０－ｎであるｎ個のユニットによって構成されている。コンデンサＣ_SPC／ｋ（ｋ＝１，２，…ｎ）は、静電容量がＣ_SPCである同一のコンデンサをｋ個、直列接続されていることを意味している。なお、コンデンサＣ_SPC／ｋは、同等の静電容量を与えるものであれば異なる構成としてもよい。

【0024】

ダイオードＤ２，Ｄ４，…Ｄ２ｎ、つまり、偶数番号の添え字で表されたダイオードは、各ユニットにおいて、ノードＹ側をアノード、ノードＺ側をカソードとして、直列接続されたコンデンサのいずれかの間に接続されている。具体的には、偶数番号の添え字で表されたダイオードは、ユニット２０－１からユニット２０－ｎの順に、偶数番号の添え字で表されたダイオードのノードＹ側、つまり、アノード側に直列接続されているコンデンサの数が１個，２個，…，ｎ個と増え、ノードＺ側、つまり、カソード側に直列接続されているコンデンサの数がｎ個，ｎ－１個，…，１個と減るような位置に接続されている。

【0025】

ダイオードＤ１，Ｄ３，…Ｄ２ｎ＋１、つまり、奇数番号の添え字で表されたダイオードは、各ユニットにおいて、ノードＹ側をカソード、ノードＺ側をアノードとして、偶数番号の添え字で表されたダイオードよりノードＺ側に直列接続されているコンデンサと、隣接するユニットの偶数番号の添え字で表されたダイオードよりノードＹ側に直列接続されているコンデンサとを接続している。隣接するユニットは、偶数番号の添え字で表されたダイオードよりノードＺ側に直列接続されているコンデンサの数が自ユニットより１つ少ない側のユニットとする。

【0026】

各ユニットがこのような構成であることによって、電流がノードＹからノードＺと流れたときと、ノードＺからノードＹに流れたときとで、電圧増幅回路２における電流の流れる経路が異なってくる。すなわち、発電素子１が圧縮時と伸長時とで電圧増幅回路２における電流の流れる経路が異なる。詳しい挙動については後述する。

【0027】

電圧増幅回路２は発電素子１に接続されて、発電素子１との間で、電流の流入と流出とが繰り返される。発電素子１との間で電流の流入と流出とが繰り返されることにより、電圧増幅回路２には、交流電流が流れる。

【0028】

発電素子１と電圧増幅回路２との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じる経路上に、ノードＸ，Ｙが設けられている。ノードＸ，Ｙは、負荷回路７を接続するための接続端子として機能する。

【0029】

負荷回路７は、負荷３１を有する出力回路３を含む。出力回路３は、コンデンサＣ_Charge及び負荷３１から構成されている。コンデンサＣ_Chargeは、出力回路３に流れ込んだ電力の蓄電及び平滑化を行う。出力回路３がノードＸ，Ｙを接続端子として発電装置１００に接続されることで、出力回路３には、発電装置から交流電流が与えられる。これにより、負荷３１が交流電流を要する負荷の場合に発電装置１００から電気エネルギーが供給される。この場合、コンデンサＣ_Chargeは、位相補償の役割を果たす。

【0030】

好ましくは、負荷回路７は、整流回路４を含む。整流回路４は、ノードＸ，Ｙを接続端子として発電装置１００に接続され、さらに、ノードＰ，Ｍを接続端子として出力回路３に接続される。整流回路４は、一例としてダイオードブリッジである。整流回路４は、発電装置１００からの交流電流を整流し、直流電流を出力回路３に与える。これにより、負荷３１が直流電流を要する負荷の場合にも発電装置１００から電気エネルギーが供給される。なお、整流回路４は発電装置１００に含まれていてもよい。

【0031】

ノードＸ，Ｙを接続端子として負荷回路７が発電装置１００に接続されることによって、出力回路３は、発電素子１及び電圧増幅回路２に対して直列接続される。詳しくは、出力回路３のコンデンサＣ_Chargeは、発電素子１及び電圧増幅回路２に対して直列に接続され、負荷３１はコンデンサＣ_Chargeに対して並列に接続されている。これにより、発電素子１の電圧Ｖ１と電圧増幅回路２の電圧Ｖ２との電位差により出力回路３に電流が流れる。コンデンサＣ_Chargeの静電容量は十分に大きく、負荷３１の電圧Ｖ３はほぼ一定とする。

【0032】

図２は、発電装置１００での電流の流れを表した図である。発電装置１００では、発電素子１が収縮、伸長することによって発電素子１の静電容量が変化し、発電素子１の電圧Ｖ１が変化する。図１の回路において、発電素子１の電圧Ｖ１が増加して電圧増幅回路２の電圧Ｖ２より大きくなり、その差分が負荷３１の電圧Ｖ３より大きくなると（Ｖ１－Ｖ２＞Ｖ３）、図２の流れＬ１に沿ってノードＸ→Ｐ→Ｍ→Ｙ→Ｚの方向に電流が流れる。発電素子１の電圧Ｖ１が減少して電圧増幅回路２の電圧Ｖ２より小さくなり、その差分が負荷３１の電圧Ｖ３より大きくなると（Ｖ２－Ｖ１＞Ｖ３）、図２の流れＬ２に沿ってノードＹ→Ｐ→Ｍ→Ｘ→Ｚの方向に電流が流れる。

【0033】

発電装置１００では、発電素子１が収縮、伸長を繰り返すことで、流れＬ１での電流、及び、流れＬ２での電流が繰り返し生じる。その結果、発電装置１００では、発電素子１と電圧増幅回路２との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じ、その経路上に接続された負荷回路７に交流電流が流れる。これにより、発電装置１００では、発電素子１の収縮時も伸長時も負荷３１に電荷が供給される。

【0034】

図３及び図４は、発電装置１００の動作を説明するための図であって、発電素子１の収縮時の電圧増幅回路２の等価回路、及び、発電素子１の伸長時の電圧増幅回路２の等価回路を表した図である。

【0035】

発電素子１の収縮時、すなわち、図３の流れＬ１での電流が生じて電圧増幅回路２に対してノードＹからノードＺの方向に電流が流れるとき、電圧増幅回路２は、第１の状態ＳＴ１となる。第１の状態ＳＴ１の電圧増幅回路２では、図３に示されたように、ダイオードＤ１，Ｄ３，…，Ｄ（２ｎ＋１）がＯＦＦとなり、ダイオードＤ２，Ｄ４，…，Ｄ２ｎがＯＮになる。その結果、第１の状態ＳＴ１の電圧増幅回路２は、図３の、ｎ＋１個の直列コンデンサがｎ個並列接続された回路と等価となる。

【0036】

発電素子１の伸長時、すなわち、流れＬ２での電流が生じて電圧増幅回路２に対してノードＺからノードＹの方向に電流が流れるとき、電圧増幅回路２は、第２の状態ＳＴ２となる。第２の状態ＳＴ２の電圧増幅回路２では、図４に示されたように、ダイオードＤ１，Ｄ３，…，Ｄ（２ｎ＋１）がＯＮとなり、ダイオードＤ２，Ｄ４，…，Ｄ２ｎがＯＦＦになる。その結果、第２の状態ＳＴ２の電圧増幅回路２は、図４の、ｎ個の直列コンデンサがｎ＋１個並列接続された回路と等価となる。

【0037】

発電装置１００においては、発電素子１に対して周期的に変化する外部エネルギーが与えられる。これにより、発電素子１は、収縮と伸長とを周期的に繰り返す。その結果、発電装置１００では、流れＬ１での電流、及び、流れＬ２での電流が繰り返し生じる。すなわち、発電素子１と電圧増幅回路２との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じる。発電素子１が周期Ｔで収縮と伸長とを繰り返すと、発電素子１の静電容量は、最大静電容量Ｃmaxと最小静電容量Ｃminとの間で周期Ｔに変化する。

【0038】

発明者らは、発電装置１００の特性を表す指標として、１周期あたりの、負荷３１への供給電荷量Ｑout、発電素子１の電圧Ｖ１の増加量Ｖinc、及び、発電素子１並びに電圧増幅回路２内の電荷の増加量Ｑincをシミュレーションにより計算し、それぞれの指標の理論値を得た。

【0039】

供給電荷量Ｑout、増加量Ｖinc、及び、電荷の増加量Ｑincについて、図５及び図６を用いて説明する。図５は、発電素子１の収縮時に負荷３１に供給される電荷量Ｑ１、及び、伸長時に供給される電荷量Ｑ２の計算方法を表した図である。図６は、供給電荷量Ｑout、増加量Ｖinc、及び、電荷の増加量Ｑincの計算方法を表した図である。なお、以下の説明において、発電素子１の静電容量が時刻ＴＡで最大静電容量Ｃmaxとなるとし、時刻ＴＡから時刻ＴＡ＋Ｔまでを１サイクルとする。１サイクルのうちの時刻ＴＢで最小静電容量Ｃminとなるものとする。

【0040】

発電素子１が最小静電容量Ｃminとなった時刻ＴＢ－Ｔから発電素子１が最大静電容量Ｃmaxとなる時刻ＴＡまでの期間ｔ１、つまり、ＴＢ－Ｔ≦ｔ１≦ＴＡを満たす期間ｔ１において、発電素子１の静電容量は増加し、発電素子１の電圧Ｖ１が減少する。そのため、電流はノードＹからノードＸの向きに流れる。つまり、電圧増幅回路２側から発電素子１へ電荷が供給される。

【0041】

時刻ＴＡ、つまり、発電素子１の静電容量が最大静電容量Ｃmaxとなった時刻においては、電圧増幅回路２から発電素子１へ電荷の供給が完了する。時刻ＴＡにおいて電圧増幅回路２は図３の第２の状態ＳＴ２となる。時刻ＴＡから時刻ＴＡ＋Ｔまでを１サイクルとするとき、第２の状態ＳＴ２が電圧増幅回路２の初期状態となる。

【0042】

このとき、キルヒホッフの電圧則より、図５の式（１）が成立する。式（１）において、Ｖ１（ＴＡ），Ｖ２（ＴＡ）は、それぞれ、時刻ＴＡにおける発電素子１の電圧Ｖ１及び電圧増幅回路２の電圧Ｖ２を指す。

【0043】

発電素子１が最大静電容量Ｃmaxとなった時刻ＴＡから発電素子１が最小静電容量Ｃminとなる時刻ＴＢまでの期間ｔ２、つまり、ＴＡ＜ｔ２≦ＴＢを満たす期間ｔ２において、発電素子１の静電容量は減少し、発電素子１の電圧Ｖ１が増加する。電圧Ｖ１が増加して電圧増幅回路２の電圧Ｖ２より大きくなり、その差分が負荷３１の電圧Ｖ３より大きくなると（Ｖ１－Ｖ２＞Ｖ３）、電流はノードＸからノードＹの方向に流れる。つまり、発電素子１側から電圧増幅回路２へ電荷が供給される。

【0044】

時刻ＴＢ、つまり、発電素子１の静電容量が最小静電容量Ｃminとなると、発電素子１から電圧増幅回路２へ電荷の供給が完了する。時刻ＴＢにおいて電圧増幅回路２は第２の状態ＳＴ２から第１の状態ＳＴ１となる。

【0045】

このとき、キルヒホッフの電圧則より、図５の式（２）が成立する。式（２）において、Ｖ１（ＴＢ），Ｖ２（ＴＢ）は、それぞれ、時刻ＴＢにおける発電素子１の電圧Ｖ１及び電圧増幅回路２の電圧Ｖ２を指す。

【0046】

期間ｔ２において発電素子１から負荷３１に供給された電荷量Ｑ１、すなわち、発電素子１の収縮時に負荷３１に供給された電荷量Ｑ１は、図５の式（３）で表される。発電素子１及び電圧増幅回路２は出力回路３に対して直列接続されていることから、電荷量Ｑ１は、発電素子１の電荷の時刻ＴＡからの減少量と等しく、かつ、電圧増幅回路２の電荷の時刻ＴＡからの増加量と等しいためである。

【0047】

式（１）～式（３）より、図５の式（４）が得られ、式（４）に式（３）を代入することによって図５の式（５）のように電荷量Ｑ１が求められる。

【0048】

発電素子１が最小静電容量Ｃminとなった時刻ＴＢから発電素子１が最大静電容量Ｃmaxとなる時刻ＴＡ＋Ｔまでの期間ｔ３、つまり、ＴＢ≦ｔ３≦ＴＡ＋Ｔを満たす期間ｔ３において、発電素子１の静電容量は増加し、発電素子１の電圧Ｖ１が減少する。発電素子１の電圧Ｖ１が減少して電圧増幅回路２の電圧Ｖ２より小さくなり、その差分が負荷３１の電圧Ｖ３より大きくなると（Ｖ２－Ｖ１＞Ｖ３）、電流はノードＹからノードＸの方向に流れる。時刻ＴＢ、つまり、発電素子１の静電容量が最小静電容量Ｃminとなった時刻においては、キルヒホッフの電圧則より、図５の式（６）が成立する。式（６）において、Ｖ１（ＴＡ＋Ｔ），Ｖ２（ＴＡ＋Ｔ）は、それぞれ、時刻ＴＡ＋Ｔにおける発電素子１の電圧Ｖ１及び電圧増幅回路２の電圧Ｖ２を指す。

【0049】

期間ｔ３において発電素子１から負荷３１に供給された電荷量Ｑ２、すなわち、発電素子１の伸長時に負荷３１に供給された電荷量Ｑ２は、図５の式（７）で表される。電荷量Ｑ２は、電圧増幅回路２の電荷の時刻ＴＢからの減少量と等しく、かつ、発電素子１の電荷の時刻ＴＢからの増加量と等しいためである。

【0050】

式（２），（６），（７）より、図５の式（８）が得られ、式（７）に式（８）を代入することによって図５の式（９）のように電荷量Ｑ２が求められる。

【0051】

シミュレーションにより算出する供給電荷量Ｑoutは、時刻ＴＡから時刻ＴＡ＋Ｔの１周期において負荷３１に供給された電荷量であることから、図６の式（１０）で表される。供給電荷量Ｑoutは、式（１０）に式（５）及び式（９）での計算結果を代入することによって得られる。

【0052】

なお、供給電荷量Ｑoutが正になるためには、図６の式（１１）、（１２）に表されたように、少なくとも、式（５）のＶ１（ＴＡ）の係数、及び、式（９）のＶ１（ＴＢ）の係数が、いずれも正でなくてはならない。これら係数が正である条件は、分子が正であればよく、いずれも、発電素子１の静電容量変化比γ、すなわち、最大静電容量Ｃmaxと最小静電容量Ｃminとの比率（γ＝Ｃmax／Ｃmin）を用いて、図６の式（１３）で表される。

【0053】

式（１３）より、発電のために必要な発電素子１の静電容量変化比γは電圧増幅回路２に含まれるユニット数ｎに関係していることが分かる。すなわち、ユニット数ｎが１のとき（ｎ＝１）、供給電荷量Ｑoutが正になるためには、静電容量変化比γは２より大きい（γ＞２）という条件を満たす必要がある。ユニット数ｎが増大するとともに、その条件は、静電容量変化比γが１より大きい（γ＞１）という条件に近づく。この結果より、発電素子１の伸縮が小さい場合でもユニット数ｎを大きくすることで発電装置１００での発電が得られるようになることがわかる。

【0054】

シミュレーションにより算出する１周期当たりの発電素子１の電圧Ｖ１の増加量Ｖincは図６の式（１４）によって得られる。なお、右辺二番目の等式は、負荷３１の電圧Ｖ３が一定であることによるものである。

【0055】

時刻ＴＡ＋Ｔにおいて電圧増幅回路２は第２の状態ＳＴ２であるので、電圧増幅回路２の合成静電容量はＣ_SPC／ｎ×（ｎ＋１）となる。そのため、発電素子１及び電圧増幅回路２内の電荷の増加量Ｑincは、式（１４）を用いて図６の式（１５）で得られる。

【0056】

シミュレーションでは、電圧増幅回路２に含まれるユニット数ｎ、発電素子１の最小静電容量Ｃminおよび最大静電容量Ｃmax、電圧増幅回路２に含まれるコンデンサの静電容量Ｃ_SPC、発電素子１の時刻ＴＡでの電圧Ｖ１（初期電圧）、並びに、負荷３１の電圧Ｖ３をパラメータとし、式（１０）、式（１４）、及び、式（１５）を用いて、１周期あたりの、負荷３１への供給電荷量Ｑout、発電素子１の電圧Ｖ１の増加量Ｖinc、並びに、発電素子１及び電圧増幅回路２の電荷の増加量Ｑincをシミュレーションにより計算した。

【0057】

図７～図９は、発明者らによるシミュレーション結果を表した図であって、それぞれ、１周期あたりの、負荷３１への供給電荷量Ｑout、発電素子１の電圧Ｖ１の増加量Ｖinc、及び、電荷の増加量Ｑincのシミュレーション結果を表した図である。各シミュレーションにおいては、電圧増幅回路２のユニット数ｎをｎ＝２，３，４，５とし、それぞれのｎについて、電圧増幅回路２のコンデンサＣ_SPCの静電容量を変化させた。

【0058】

発電素子１の最大静電容量Ｃmaxを４．３９［ｎＦ］、最小静電容量Ｃminを２．２６［ｎＦ］とした。この場合、発電素子１の最大静電容量Ｃmaxと最小静電容量Ｃminとの比率（γ＝Ｃmax／Ｃmin）はγ＝１．９４となるため、電圧増幅回路２のユニット数ｎを２以上（ｎ≧２）とすることで図６の式（１３）の条件、つまり、供給電荷量Ｑoutを正とする条件を満たす。また、発電素子１の初期電圧Ｖ１（ＴＡ）＝１２０［Ｖ］、負荷３１の電圧Ｖ３＝５［Ｖ］とした。

【0059】

図７の結果より、電圧増幅回路２のユニット数ｎがいずれの値の場合においても、負荷３１への供給電荷量Ｑoutは、コンデンサＣ_SPCの静電容量の増加に伴い、対数関数的に増加する。また、供給電荷量Ｑoutの変化を表す曲線は、ユニット数ｎの増加とともに上側にシフトしているため、同一の静電容量においては、ユニット数ｎの増加に伴い供給電荷量Ｑoutが増加する。供給電荷量Ｑoutの増加の幅は、ユニット数ｎの増加とともに徐々に小さくなる。

【0060】

図８の結果より、電圧増幅回路２のユニット数ｎがいずれの値の場合においても、発電素子１の電圧Ｖ１の増加量Ｖincは、比較的小さな静電容量で最大値となり、その後、指数関数的に減少していく。これにより、急速な電圧増幅が求められる従来の降圧型の発電回路では、比較的小さな静電容量が採用されているのがわかる。シミュレーションで変化させたユニット数ｎのうちでは、ユニット数ｎが３のときに全静電容量において増加量Ｖincは最大となる。

【0061】

図９の結果より、電圧増幅回路２のユニット数ｎがいずれの値の場合においても、電荷の増加量Ｑincは供給電荷量Ｑoutと同様に、コンデンサＣ_SPCの静電容量の増加に伴い、対数関数的に増加する。増加量Ｖincと同様に、シミュレーションで変化させたユニット数ｎのうちでは、ユニット数ｎが３のときに全静電容量において増加量Ｑincは最大となる。なお、増加量Ｖinc及び増加量Ｑincにおいて、最大となるユニット数ｎの値は発電素子１の最大静電容量Ｃmaxと最小静電容量Ｃminとの比率（γ＝Ｃmax／Ｃmin）の値により異なる。

【0062】

発電装置１００では、発電素子１の電圧Ｖ１と電圧増幅回路２の電圧Ｖ２との電位差により出力回路３に電荷を供給する。そのため、発電装置１００では、発電素子１の電圧Ｖ１の増加量Ｖincに極端に大きな値は不要となる。図７及び図９の結果より、電圧増幅回路２のユニット数ｎがいずれの値でも、負荷３１への供給電荷量ＱoutのコンデンサＣ_SPCの静電容量の増加に伴う変化の仕方と、電荷の増加量Ｑincの変化の仕方とは、同様に、対数関数的な変化である。

【0063】

一方で、コンデンサＣ_SPCの静電容量が発電素子１の最小静電容量Ｃminの１００倍程度に大きくなると供給電荷量Ｑoutも電荷の増加量Ｑincも上限に達する。そのため、コンデンサＣ_SPCの静電容量は、発電素子１の最小静電容量Ｃminより大きい。好ましくは、コンデンサＣ_SPCの静電容量は、発電素子１の最小静電容量Ｃminの１０倍以上である。より好ましくは、コンデンサＣ_SPCの静電容量は、発電素子１の最小静電容量Ｃminの５０倍以上である。また、図８及び図９の結果より、ユニット数ｎは、好ましくは３以上である。

【0064】

発明者らは、発電装置１００の有効性を検証する実験を行った。実験では、図１０の発電装置１００Ａを用いた。発電装置１００Ａの発電素子１Ａは、いわゆる、純伸長型ＤＥＧ発電回路である。

【0065】

誘電エラストマーには、３Ｍ社製のVHB4905（幅８［ｃｍ］、長さ１０［ｃｍ］、厚さ０．５［ｍｍ］）を用いた。発電素子１Ａは、図１１のように、誘電エラストマーを幅方向に約２倍、長さ方向に約１．３倍のプリテンションを加えて往復スライダ加振装置に取り付け、柔軟電極として両面に信越化学工業社製のシリコンカーボングリス（KS－660）を塗布した物を用いた。発電素子１Ａの振動幅は２０［ｃｍ］であり、適当な周期で正弦波加振することが可能である。

【0066】

発電素子１Ａの最大静電容量Ｃmax及び最小静電容量Ｃminは、それぞれ、４．３９［ｎＦ］、２．２６［ｎＦ］である。これらの値は、図１２のように、発電素子１Ａを周期２秒で６０秒間加振して静電容量の変化を計測し、各周期の最大値と最小値との平均より求めた。

【0067】

電圧増幅回路２のユニット数ｎは、図７及び図９のシミュレーション結果より３とした。コンデンサＣ_SPCの静電容量は、図７及び図９のシミュレーション結果より、増加量Ｑinc及び供給電荷量Ｑoutが概ね上限値に達する０．３３［μＦ］とした。コンデンサＣ_SPCには、東信工業社製のメタライズドポリエステルフィルムコンデンサ（耐圧２５０［Ｖ］）を用いた。電圧増幅回路２及び出力回路３に含まれるダイオードは、いずれも、1N4004とした。出力回路３に含まれるコンデンサＣ_Chargeは、東信工業社製の電解コンデンサ（４７［μＦ］、耐圧５０［Ｖ］）を用い、予め５［Ｖ］程度に充電（Ｖ３＝５［Ｖ］）した後に実験を開始した。

【0068】

実験に用いた発電装置１００Ａは、さらに、発電素子１及び電圧増幅回路２に初期充電を行うための充電用回路５を有する。初期充電用の直流電源は、ノードＺに対し逆流防止用のダイオードを介してノードＭに接続されている。充電用回路５のスイッチをＯＮすると、整流用のダイオードブリッジの下二つがＯＮになる。これにより、ノードＸとノードＹとに同時に電源電圧が印加される。この時の電圧増幅回路２は等価回路が第１の状態ＳＴ１となり、各コンデンサＣ_SPCに４０［Ｖ］が印加される。

【0069】

発電素子１が伸長状態となるとき（時刻ＴＡ）、電圧増幅回路２は等価回路が第２の状態ＳＴ２となる。そのため、ノードＹとノードＺとの間の電圧は１２０［Ｖ］となる。コンデンサＣ_SPCの静電容量は発電素子１の最大静電容量Ｃmax及び最小静電容量Ｃmin以上であるので、電圧増幅回路２に発電素子１が接続されていてもノードＹとノードＺとの間の電圧はほぼ変化しないと考えられる。そのため、発電素子１の初期電圧として、ノードＹとノードＺとの間の電圧からコンデンサＣ_Chargeの電圧を減じた、Ｖ１（ＴＡ）＝１１５［Ｖ］程度を与えたこととなる。なお、この電源は発電開始時のみ必要であり、初期充電の後はスイッチをＯＦＦして取り外した。

【0070】

発電のために発電素子１に加えた振動の周期Ｔは２［ｓｅｃ］とし、３００周期間の測定を行った。発電素子１の電圧Ｖ１の測定装置Ｍ１には、入力インピーダンスが大きい（２×１０¹⁴［Ω］）ADCMTデジタルエレクトロメータ8252を用いた。コンデンサＣ_Chargeの電圧Ｖ３の測定装置Ｍ２には、Keysight Technologiesデジタルマルチメータ34410Aを、入力インピーダンスが１０［ＧΩ］以上であるハイインピーダンスモードにして用いた。

【0071】

図１３及び図１４は、実験結果を示す図である。図１３は、発電素子１Ａの電圧Ｖ１の時間応答を表している。図１４は、負荷３１の電圧Ｖ３の時間応答を表している。図１３及び図１４の結果より、電圧Ｖ１及び電圧Ｖ３は、いずれも、時間経過に従って増加している。その結果、非常に長い周期Ｔ＝２［ｓｅｃ］であっても、発電装置１００は、発電に必要な電圧を維持しながら負荷３１へ電荷を供給していることが確認された。

【0072】

図１３で得られた発電素子１Ａの電圧Ｖ１の各周期における下限値より、発電素子１Ａの電圧Ｖ１の１周期あたりの増加量Ｖincを計算することができる。電圧Ｖ１の各周期における下限値は、電圧Ｖ１（ＴＡ）に相当する。図１３より、電圧Ｖ１（ＴＡ）は、初期時刻における電圧値１１４．４［Ｖ］から、最終時刻（３００周期後）における電圧値１２５．２［Ｖ］まで増加している。この変化量に基づいて１周期当たりの変化量を算出すると、発電素子１Ａの電圧Ｖ１の増加量Ｖinc＝０．０３６［Ｖ］が得られる。

【0073】

同様に、図１４で得られた負荷３１の電圧Ｖ３の各周期における下限値より、負荷３１への１周期あたりの供給電荷量Ｑoutを計算することができる。図１４より、電圧Ｖ３は、初期時刻における電圧値４．８９［Ｖ］から、最終時刻（３００周期後）における電圧値５．９１［Ｖ］まで増加している。この変化量に基づいて１周期当たりの変化量を算出すると、負荷３１への供給電荷量Ｑout＝１６５［ｎＣ］が得られる。

【0074】

発明者らは、図１３及び図１４の測定結果を検証するため、得られた測定結果である増加量Ｖinc＝０．０３６［Ｖ］及び供給電荷量Ｑout＝１６５［ｎＣ］を、上のシミュレーションによって計算された理論値である増加量Ｖinc＝０．１０３［Ｖ］及び供給電荷量Ｑout＝２７４［ｎＣ］と比較した。

【0075】

その結果、供給電荷量Ｑoutの測定値は、理論値に対しておよそ６０％であった。出力回路３の蓄電・平滑化用コンデンサＣ_Chargeや測定装置Ｍ２の漏れ電流を考慮すると、発電装置１００が出力回路３に実際に出力した電荷量はもう少し多いと考えられる。電圧の増加量Ｖincの測定値は、理論値に対しておよそ３５％であった。これより、６５％程度がコンデンサＣ_SPCの漏れ電流の補償に使われたと考えられる。従って、発電装置１００では、概ね、理論値に近い発電がなされ、電荷の供給が可能であることが検証された。

【0076】

図１５は、比較例にかかる発電装置２００の概略構成図であって、特許文献１に示されたツェナー降圧型ＤＥＧ回路の概略構成図である。発電装置１００の負荷３１への供給電荷量について、図１５の従来の発電装置２００での供給電荷量と比較する。

【0077】

比較例にかかる発電装置２００は、可変コンデンサでモデル化されるＤＥＧと自己昇圧回路（ＳＰＣ）とが接続されて構成される発電回路部１０と、逆流防止ダイオードとツェナーダイオードとで構成される降圧回路部４０とを有する。発電装置２００においては、コンデンサと負荷とで構成される出力回路部３０が、発電回路部１０に対して、並列に接続され、発電装置１００と回路構成が異なる。ＳＰＣの構成は、発電装置１００の電圧増幅回路２と同じであってよい。

【0078】

発電装置２００では、発電装置１００と同様にＤＥＧに周期的に変化する外部エネルギーを与えた場合、出力回路部３０に電荷が供給される期間と供給されない期間とが周期的に発生する。すなわち、発電装置２００では、１周期において出力回路部３０に電荷が供給されない期間が存在する。図１６は、発電装置２００での出力回路部３０に電荷を供給しない期間の計算を説明するための図である。

【0079】

発電装置２００ではＤＥＧとＳＰＣとが並列接続されているためＤＥＧの電圧Ｖ４とＳＰＣの電圧Ｖ５とは等しく、図１６の式（２１）で表される。また、発電回路部１０からの出力電荷量Ｑout'は、出力回路部３０に供給される電荷と等しい。ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖ６、及び、出力回路部３０に含まれる負荷の電圧Ｖ７を用いると、発電回路部１０から出力回路部３０に電荷が供給されるタイミング、つまり、出力電荷量Ｑout'が生じるタイミングは、Ｖ４＞Ｖ６＋Ｖ７になるタイミングである。このタイミングは、ＤＥＧの電圧Ｖ４が増加するときであって、言い換えると、ＤＥＧの最大静電容量Ｃmaxが最小静電容量Ｃminに変化する過程の、時刻ＴＡから時刻ＴＢの期間である。

【0080】

時刻ＴＡから時刻ＴＢの期間におけるＤＥＧの電荷の減少量は、ＳＰＣの電荷の増加量と出力回路部３０への出力電荷量との和に等しい。従って、図１６の式（２２）が成立する。時刻ＴＢでは、ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖ６と負荷の電圧Ｖ７の和がＤＥＧの電圧Ｖ４と等しくなる。そのため、図１６の式（２３）が成立する。式（２１），（２３）を式（２２）に代入することで、１周期あたりの出力電荷量Ｑout'が図１６の式（２４）で得られる。

【0081】

式（２４）で得られる出力電荷量Ｑout'が正であるときに、出力回路部３０に電荷が供給される。出力電荷量Ｑout'が正であることは、式（２４）より、図１６の式（２４－１）で表される。式（２４－１）より、発電装置２００では、出力回路部３０に電荷を供給するためには図１６の式（２５）を満たすようにＤＥＧの電圧Ｖ４を昇圧する必要がある。

【0082】

時刻ＴＢから時刻ＴＡの期間においては、ＤＥＧの静電容量が増加し、ＤＥＧの時刻ＴＡ＋Ｔでの電圧Ｖ４（ＴＡ＋Ｔ）は時刻ＴＢでの電圧Ｖ４（ＴＢ）より低下する。そのため、発電装置２００では、時刻ＴＢから時刻ＴＡの期間において出力回路部３０に電荷が供給されない。

【0083】

時刻ＴＢから時刻ＴＡの期間においては、ＤＥＧの電荷増加量はＳＰＣの電荷減少量と等しくなる。そのため、図１６の式（２６）が成立する。式（２６）に式（２１），（２３）を代入することで、式（２７）が得られる。

【0084】

ツェナーダイオードの降伏電圧Ｖ６、及び、負荷の電圧Ｖ７が一定であるとすると、時刻ＴＡ＋ＴのＤＥＧの電圧Ｖ４（ＴＡ＋Ｔ）も一定である。また、定常状態では、時刻ＴＡ＋ＴのＤＥＧの電圧Ｖ４（ＴＡ＋Ｔ）は時刻ＴＡのＤＥＧの電圧Ｖ４（ＴＡ）（初期状態のＤＥＧの電圧Ｖ４）と等しい。そこで、Ｖ４（ＴＡ＋Ｔ）＝Ｖ４（ＴＡ）と式（２４），（２７）より、１周期あたりの負荷への出力電荷量Ｑout'は、時刻ＴＡのＤＥＧの電圧Ｖ４（ＴＡ）を用いて図１６の式（２８）で表される。

【0085】

本実施の形態に係る発電装置１００を比較例に係る発電装置２００と比較する際、発電装置１００でのシミュレーションと同様に、発電装置１００の発電素子１及び発電装置２００のＤＥＧの最大静電容量Ｃmaxを４．３９［ｎＦ］、最小静電容量Ｃminを２．２６［ｎＦ］とした。発電装置１００の電圧増幅回路２のユニット数ｎを３とした。発電装置１００のコンデンサＣ_SPCの静電容量は出力量の上限値付近となる０．３３［μＦ］、発電装置２００のコンデンサＣ_SPCの静電容量は図８でピーク値となる３．３［ｎＦ］とした。

【0086】

図１７は、初期状態の発電素子１（ＤＥＧ）の電圧を１００［Ｖ］から１０００［Ｖ］まで１００［Ｖ］刻みで変化させたときの、発電装置１００の負荷３１、及び、発電装置２００の負荷それぞれで消費されるエネルギー量を表した図である。負荷の電圧は、いずれも５［Ｖ］とした。図１７のエネルギー量Ｒ１は発電装置１００の負荷３１でのエネルギー量、エネルギー量Ｒ２は発電装置２００の負荷でのエネルギー量を表している。

【0087】

エネルギー量Ｒ１，Ｒ２は、いずれも、発電素子１（ＤＥＧ）の電圧の増加に対して線形的に増加している。一方で、発電素子１（ＤＥＧ）の電圧がいずれのときにも、エネルギー量Ｒ１の方がエネルギー量Ｒ２よりも大きい。発電素子１（ＤＥＧ）の電圧が増加するほど、エネルギー量Ｒ１とエネルギー量Ｒ２とが大きくなる。例えば、エネルギー量Ｒ１とエネルギー量Ｒ２とを比較して、発電素子１（ＤＥＧ）の電圧が１００［Ｖ］のときに１０．８倍、１０００［Ｖ］のときに１３．２倍である。

【0088】

図１７の結果より、本実施の形態に係る発電装置１００は、従来の発電装置と比較して格段にエネルギー供給量が多いことが示された。また、発電素子１の電圧が高くなるほど、従来の発電装置よりもエネルギー供給量が多くなることが示された。つまり、本実施の形態に係る発電装置１００は、発電電力を効率的に取り出すことのできる発電装置であると言える。

【0089】

図１８は、比較例にかかる発電装置３００の概略構成図であって、特許文献２に示された回路の概略構成図である。発電装置３００は、発電素子を有するトランスデューサー６００が減少する際には、トランスデューサー６００と、昇圧回路６０２及び電池６０１で構成される電流供給源と、負荷６１８及びコンデンサ６１９で構成される出力回路とが直列接続されており、発電装置１００と回路構成が異なる。

【0090】

発電装置３００では、トランスデューサー６００の静電容量が減少するときのみ直列接続となり、静電容量が増加するときには負荷が回路から切り離される。そのため、発電装置３００でも発電装置２００と同様に、トランスデューサー６００の静電容量が減少するときのみ負荷に電荷が供給され、静電容量が増加するときには負荷に電荷が供給されない。よって、発電装置２００と同様に、発電装置１００の方が、エネルギー供給量が格段に大きいと言える。

【0091】

また、発電装置３００では、トランスデューサー６００からの漏れ電流を、電池６０１を含む昇圧回路を用いてアクティブ供給するものである。それに対して、本実施の形態に係る発電装置１００では、発電素子１の電圧Ｖ１が低下しないことから、電圧増幅回路２はスイッチング素子や電池などのアクティブ要素を不要として、発電素子１での漏れ電流以上の電流を供給可能であることが示されている。

【0092】

図１９は、比較例にかかる発電装置４００の概略構成図であって、特許文献３に示された回路の概略構成図である。発電装置４００は、電場応答性高分子（ＥＰＡＭ）１２０と発電装置１００と負荷１７０とがスイッチＳ２，Ｓ３を介して接続されており、スイッチＳ２が閉じ、スイッチＳ３が開いている場合は、これらが直列接続となり、逆の場合は、負荷は切り離された状態となる。そのため、発電装置４００でも発電装置２００と同様に、スイッチＳ２が閉じスイッチＳ３が開いている場合のみ負荷１７０に電荷が供給され、そうでないときには負荷１７０に電荷が供給されない。よって、発電装置２００と同様に、発電装置１００の方が、エネルギー供給量が格段に大きいと言える。

【0093】

図２０は、比較例にかかる発電装置５００の概略構成図であって、特許文献４に示された回路の概略構成図である。発電装置５００は、昇圧回路、発電素子、降圧回路、及び、負荷が並列接続されており、発電装置１００と回路構成が異なる。

【0094】

以上にように、本実施の形態に係る発電装置１００は、図１８～図２０に示された他の比較例に係る発電装置とも構成が異なるものである。また、そのために、本実施の形態に係る発電装置１００は、負荷に供給するエネルギー量が比較例に係る発電装置よりも多く、発電電力を効率的に取り出すことのできる発電装置である。

【0095】

＜３．付記＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

【符号の説明】

【0096】

１ ：発電素子
１Ａ ：発電素子
２ ：電圧増幅回路
３ ：出力回路
４ ：整流回路
５ ：充電用回路
７ ：負荷回路
１０ ：発電回路部
２０－１ ：ユニット
２０－２ ：ユニット
２０－ｎ ：ユニット
３０ ：出力回路部
３１ ：負荷
４０ ：降圧回路部
１００ ：発電装置
１００Ａ ：発電装置
１７０ ：負荷
２００ ：発電装置
３００ ：発電装置
４００ ：発電装置
５００ ：発電装置
６００ ：トランスデューサー
６０１ ：電池
６０２ ：昇圧回路
６１８ ：負荷
６１９ ：コンデンサ
Ｃ_SPC ：コンデンサ
Ｃmax ：最大静電容量
Ｃmin ：最小静電容量
Ｄ ：ダイオード
Ｄ１ ：ダイオード
Ｄ２ ：ダイオード
Ｄ３ ：ダイオード
Ｄ４ ：ダイオード
Ｍ ：ノード
Ｍ１ ：測定装置
Ｍ２ ：測定装置
Ｐ ：ノード
Ｑ ：電荷
Ｑ１ ：電荷量
Ｑ２ ：電荷量
Ｑinc ：増加量
Ｑout ：供給電荷量
Ｑout' ：出力電荷量
Ｒ１ ：エネルギー量
Ｒ２ ：エネルギー量
Ｓ２ ：スイッチ
Ｓ３ ：スイッチ
ＳＴ１ ：第１の状態
ＳＴ２ ：第２の状態
ＳＷ ：スイッチ
Ｔ ：周期
Ｖ１ ：電圧
Ｖ２ ：電圧
Ｖ３ ：電圧
Ｖ４ ：電圧
Ｖ５ ：電圧
Ｖ６ ：降伏電圧
Ｖ７ ：電圧
Ｖinc ：増加量
Ｘ ：ノード
Ｙ ：ノード
Ｚ ：ノード
ｎ ：ユニット数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】