特許 7395457 振動発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】振動発電装置

(51)【国際特許分類】

   H02N 1/08 20060101AFI20231204BHJP

【ＦＩ】

H02N1/08

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020210828

(22)【出願日】2020-12-18

(65)【公開番号】P2022097308

(43)【公開日】2022-06-30

【審査請求日】2022-09-26

(73)【特許権者】

【識別番号】000143949

【氏名又は名称】株式会社鷺宮製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三屋 裕幸

(72)【発明者】

【氏名】芦澤 久幸

【審査官】若林 治男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５７７２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２１３２９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｎ １／０８

Ｈ０２Ｋ ３５／００

Ｂ０６Ｂ １／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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であって、前記入力インピーダンスごとに定められた前記振動の加速度と前記電力との関係に基づいて、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、
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。

【請求項2】

請求項１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。

【請求項3】

請求項１または請求項２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。

【請求項4】

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であって、前記入力インピーダンスごとに定められた前記振動の加速度と前記電力との関係に基づいて、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、
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。

【請求項5】

請求項１から請求項４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。

【請求項6】

請求項５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。

【請求項7】

請求項５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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、振動発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－２１３２９６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【課題を解決するための手段】

【0005】

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であって、前記入力インピーダンスごとに定められた前記振動の加速度と前記電力との関係に基づいて、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、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。

【発明の効果】

【0006】

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。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】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】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】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4】図４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5】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6】図６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。

【発明を実施するための形態】

【0008】

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。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源である不図示の振動発生装置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は、振動発生装置３００の振動加速度に等しい値であるものとする。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。

【0009】

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と、その検出した振動加速度に対応する信号を、調整部１３０へ転送する。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の振動加速度を表すのであるから、振動発電素子１１０の電極の振動加速度に対応する信号ともいえる。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。

【0010】

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。

【0011】

図２は、振動発電素子１１０によって生成された電力の電力値Ｐと、振動発生源である振動発生装置３００の振動加速度Ａとの関係を例示する図である。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が０から増加してＡｘに達するまで、振動発電素子１１０によって生成された電力Ｐは振動加速度Ａの２乗に比例して増加する。すなわち、比例係数Ｃ１を用いて、式（１）のように表される。
Ｐ＝Ｃ１×Ａ^２ （０≦Ａ≦Ａｘ） ・・・（１）

【0012】

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Ｐ＝Ｐｘとなり、図２に変曲点Ｘ（Ａｘ，Ｐｘ）を表すことができる。振動加速度Ａ＞Ａｘになると、電力Ｐが、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傾向から、変曲点Ｘにおける電力値Ｐｘ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。

【0013】

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が０から増加してＡｙに達するまで、振動発電素子１１０によって生成された電力Ｐは振動加速度Ａの２乗に比例して増加する。すなわち、比例係数Ｃ２を用いて、式（２）のように表される。
Ｐ＝Ｃ２×Ａ^２ （０≦Ａ≦Ａｙ） ・・・（２）

【0014】

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Ｐ＝Ｐｙとなり、図２に変曲点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Ｐ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。

【0015】

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。

【0016】

図２に示されるように、振動発生装置３００の振動加速度Ａが小さいとき、調整部１３０によって、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第１インピーダンス値に調整されると、出力部１２０の入力インピーダンスＺが第２インピーダンス値に調整され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、調整部１３０によって、出力部１２０の入力インピーダンスＺは第２インピーダンス値に調整されると、出力部１２０の入力インピーダンスＺが第１インピーダンス値に調整されるときよりも大きな電力Ｐが得られる。

【0017】

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とは等しく、電力値Ｐｘまたはその近傍値である。

【0018】

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が、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が、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。

【0019】

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近傍の他の値が設定されることとしてもよいし、ヒステリシスが考慮された複数の値が用いられることとしてもよい。

【0020】

なお、出力部１２０の入力インピーダンスの値の変更は、図４を用いて後述するように、第１蓄電回路１２１の蓄電電圧に基づく、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、変更することによって実現される。

【0021】

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、繰り返し実行される。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

図４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。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４（Ａ）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４（Ｂ）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。

【0026】

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。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、図４（Ｃ）に示す。

【0027】

図４（Ｃ）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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

（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。

【0032】

（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。

【0033】

（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。

【0034】

（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。

【0035】

（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。

【0036】

（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。

【0037】

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。

【0038】

（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うえ、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。

【0039】

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。

【0040】

（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。

【0041】

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１２０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１２０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。

【0042】

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１２０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１２０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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

（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。

【0046】

（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。

【0047】

図６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６（Ａ）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。

【0048】

図６（Ａ）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）

【0049】

次に、図６（Ａ）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）

【0050】

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６（Ａ）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。

【0051】

図６（Ｂ）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。

【0052】

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。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、図６（Ｃ）に示す。

【0053】

図６（Ｃ）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６（Ｃ）に示す入力インピーダンスＺの調整処理は、図４（Ｃ）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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【符号の説明】

【0058】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】