(57)【要約】【課題】広範囲な自然風の機械エネルギーに対応して、圧電素子のもつ発電特性に適合させこのエネルギーを効率よく圧電素子に与え、電源として利用したうえ、無線送信システム及び風速監視システムを実現することを目的とする。【解決手段】風力圧電発電手段１と、前記発電手段１で発電された電気エネルギーを蓄える蓄電手段２と、蓄電された電圧の上限及び下限電圧をモニターする電圧モニタリングＩＣ部３が、前記電圧が上限値以上となるとＯＮし、下限値以下となるとＯＦＦするスイッチ４によって、所定電圧で蓄電手段２からの電力を供給する電気回路と、を有し、所定電圧、所定電流の電力を間欠的に供給することを特徴とする圧電発電モジュール、を提供する。【選択図】図２３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力圧電発電手段と、
前記発電手段で発電された電気エネルギーを蓄える蓄電手段と、
蓄電された電圧の上限及び下限電圧の電圧モニタリングＩＣ部が、
前記電圧が上限値以上となるとＯＮし、下限値以下となるとＯＦＦするスイッチによって、
所定電圧で蓄電手段からの電力を供給する電気回路と、
を有し、所定電圧、所定電流の電力を間欠的に供給することを特徴とする圧電発電モジュール。
【請求項２】
請求項１の圧電発電モジュールからの電力を供給されて、間欠的に風速のデータ送信を行う無線送信モジュールを含むことを特徴とする無線送信システム。
【請求項３】
請求項２の無線送信システムと送信シグナルの受信機を含む風速監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電された電気エネルギーを利用して動作する圧電発電モジュール及びこれを用いた無線送信システム、風速監視システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電発電手段によって造り出された電気エネルギーを利用して動作する電子機器としては様々のものが実用化されている。ところが、小型の風力圧電発電など発生電力が小さい発電手段を用いた電子機器は、発電電圧を駆動モジュールが必要とする条件を満たさないため、駆動モジュールが動作しない、変動等によって電子機器が誤動作しやすく、動作が安定しないと言う問題がある。
【０００３】
一方で、モバイル機器などの電子デバイスを駆動させることや、二次電池の放電電力を補うなど、商用電源の利用が難しい場所で電力を回収し利用しようとする試みがなされている。このような例として、竹内らのアクティブＲＦＩＤ用の電源に利用した事例（非特許文献）があり，無線通信用の電源として利用する事が検討されている．無線モジュールは比較的省電力で駆動し、また、圧電発電を用いることで電池の交換メンテナンスを不要とすることが可能となるため、電源として有用になると考えられる．
【０００４】
【非特許文献１】「圧電発電によるＲＦＩＤタグの電源供給とその応用」                    ，Ｐｒｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｕｌｔｒａｓｏｎ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．，Ｖｏｌ．２７，ｐ．８５−８６，２００６
【０００５】
しかし、微小風力から比較的大きな風力まで、広範囲な自然風の機械エネルギーに対応して、圧電素子のもつ発電特性に適合させこのエネルギーを効率よく圧電素子に与えることが難しいため、電源として利用するまでには至ってない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、広範囲な自然風の機械エネルギーに対応して、圧電素子のもつ発電特性に適合させこのエネルギーを効率よく圧電素子に与え、電源として利用したうえ、無線送信システム及び風速監視システムを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
風力圧電発電手段１と、前記発電手段１で発電された電気エネルギーを蓄える蓄電手段２と、蓄電された電圧の上限及び下限電圧をモニターする電圧モニタリングＩＣ部３が、前記電圧が上限値以上となるとＯＮし、下限値以下となるとＯＦＦするスイッチ４によって、所定電圧で蓄電手段２からの電力を供給する電気回路と、を有し、所定電圧、所定電流の電力を間欠的に供給することを特徴とする圧電発電モジュール、を提供する。
【０００８】
前記圧電発電モジュールからの電力を供給されて、間欠的に風速のデータ送信を行う無線送信モジュールを含むことを特徴とする無線送信システム、を提供する。
【０００９】
無線送信システムと送信シグナルの受信機を含む風速監視システム、を提供する。
【００１０】
圧電発電手段は、風力によって圧電素子を振動させるシンプルな方式とすることで、振動周波数変換によるエネルギーロスを抑えることとした。また、圧電発電手段は、センサーネットワークを構築するために必要な無線モジュールに調和したものとするために、圧電発電手段とともに一時的な蓄電条件による電力供給方式を採用した。圧電発電手段は同時に風速検知のセンサーとしての利用し、特に強風領域において安定性が得られるものとした。さらに、さらに、１ｋｍの長距離通信を可能とし、風速の広域モニタリングに適用可能なものとした。
【００１１】
（風力圧電発電に適した圧電素子）
まず、風力発電に使用した圧電素子を図１に示した。使用した圧電素子は日本セラテック社製で、０．１ｍｍ厚のステンレスのシム板を６０ｍｍ×２０ｍｍ×０．２ｍｍｔのＰＺＴ系セラミックス板２枚で挟んだバイモルフタイプと呼ばれる構造であり、圧電セラミックスは図中の矢印に示す同一の分極方向に配置されパラレル接続で配線されている。
【００１２】
発電特性は図２に示す機器を用いて行った．測定方法は，圧電バイモルフ素子の長手方向の一方を片持ち梁方式で固定し、加振機によりもう一方の先端に一定の正弦波振動を連続的に与え，負荷抵抗Ｒ１間に発生する電圧をオシロスコープにて測定した。圧電バイモルフ素子の変位量は２ｍｍＰ−Ｐになるようレーザー変位計で確認し、負荷抵抗Ｒ１と振動周波数とをそれぞれ変えて発生する単位時間あたりの平均発生電力を算出した．
【００１３】
結果を図３に示す．発生電力は、何れの振動周波数においても負荷抵抗によって大きく影響を受けることが分かる．この結果は、素子の内部抵抗が高いためと考えられる。この特性から、圧電発電は電流源の電源モデルに分類できる．一方，振動周波数については、周波数が高くなるほど、負荷抵抗を変えた時の最も大きな発生電力（以下、最大発生電力）は大きくなった。また、周波数が高くなるほど、最大発生電力を示す時の負荷抵抗値は低下する結果となった．振動周波数と最大発生電力との関係として図４に再プロットすると、振動周波数と最大発生電力とは、ほぼ比例関係にあることがわかる．
【００１４】
これらの結果より，圧電素子による発電は、振動周波数が高くなるほど発電電力が高く，最大発生電力を示す負荷抵抗値が低下する。負荷抵抗が小さいことは、換言すると低い電圧で電流を多く流せることである。従って、高い周波数として圧電素子に機械的エネルギーを与える発電は、圧電素子、駆動させたい機器、およびそのインターフェース回路を繋ぐインピーダンス整合の面においても、効率的かつ取り扱いやすい特性となると考えられる。
【００１５】
（圧電素子の高出力化）
ついで、自然エネルギー、特に風力をエネルギー源とした電力回収において、数十Ｈｚ以上の振動として圧電素子に与える場合の素子構造と振動周波数が、発生電圧と付加抵抗に与える影響を検討した。
【００１６】
風力で得られる振動を想定したうえで，圧電素子自体の発電能力の向上を素子構造から検討した。検討した圧電素子は、前項で評価したバイモルフ型圧電素子と同じサイズ、容積とし，構造を積層型とすることにより素子自体の内部抵抗を低下させ、低負荷抵抗領域での発生電力の向上を目指した。また，圧電素子の発生電圧は一層あたりの厚みに比例することから、一定の発生電圧が確保できるよう向かい合う圧電セラミックスを直列に接続したタイプも検討に加えた。
【００１７】
表１に検討した各圧電素子の種類を、図５に積層素子の構造概念図を示す。なお，測定方法は前述と同様である．
【００１８】
【表１】
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【００１９】
図６に各素子の最大発生電圧を、図７に発生電圧から計算した発電電力を示す．どの素子においても、負荷抵抗値によって発生電圧が変化し，発電電力の最大値を示す負荷抵抗値が異なる結果を示した．積層型素子の発電特性は、積層数が多くなるほど最大発生電力を示す負荷抵抗値は低下し，最大発生電圧も低下した．この結果は，各層が並列接続で積層されることにより積層数が多くなるほど内部抵抗が低下し，さらに一層あたりの厚みが薄くなることから，厚みに比例して発生電圧も低下したと考えられる．
【００２０】
一方、図７の表１中タイプＥのように素子構造を工夫することで、振動周波数３０Ｈｚ程度以下においても数ｋΩの低負荷領域で高出力が得ることも可能である。圧電素子に与える振動周波数は、回収するエネルギーの起源によって異なる。そこで、電力を供給する電子デバイスの電気的特性に合わせて、圧電素子の構造や内部接続方法を選択する事で、インピーダンス調整や出力電圧の調整が可能となり、利用する電子デバイスに併せた発電用圧電素子の提供ができる。
【００２１】
（風力圧電発電手段の発電特性）
図８に風力圧電発電手段の一例の外観を示す。この機構は中心部の軸に放射状にＡタイプの圧電バイモルフ素子８個を配置し，各素子の先端部に受風板が取り付けたものであるので全方位からの風を受けることができる．圧電バイモルフ素子は強風を受けても破壊に至らないように各素子の先端部には過剰な変位を抑制するストッパーを取り付けている．
【００２２】
各圧電素子は全波整流回路を介し、集積化による内部抵抗低下を目的に全ての圧電素子の出力を並列接続している．なお、この機構は外観上「箒」にように見えることから、以下、ブルーム型圧電発電手段とした。
【００２３】
図９に室内風洞を用いて、日常的に得られる風速６．５ｍ／ｓの平均風速を与えた際の、本機構内の１つの圧電素子における発生電圧波形を一例として示した。受風板に風を受けることで素子は細かく振動し、電力を発生させた。周波数解析では、この振動数はおよそ１１Ｈｚであった。
【００２４】
図１０に６．５ｍ／ｓの平均風速での本機構としての発電電力を、負荷抵抗を変化させて測定した結果を示した。圧電バイモルフ素子単体での出力と比較すると、最大発生電力を示す負荷抵抗値１０ｋΩにおいて１８倍近い発生電力である３ｍＷを示した．３ｍＷの出力は、後述する無線モジュールに、間欠的なデータを送信するのに、十分な電力であった。
【００２５】
一方で、素子数が８個に対して、発生電力が１８倍となった理由は、機構内に集積化された圧電素子は全て並列接続されているため機構全体としての内部抵抗が低下し、最大発生電力を示す負荷抵抗値も素子単体に比べ低下したことによると考えられる．従って、圧電素子自体の積層化とともに、複数の素子の集積化は、発電特性に大きく影響し、機構設計の上で重要な要素となると言える。また、実際の電力回収における素子間や機構間の回路構成は、発電効率に大きく影響するためと考えられる。
【００２６】
このように、ブルーム型圧電発電手段に限定せず、１ｍＷ以上の出力が得られる圧電発電手段については、本発明に使用可能である。
【００２７】
（風速検知機能）
風力圧電発電手段の発電出力が風速に応じて鋭敏に変化すれば、風害の防災センサーネットワークにおける風速センサーの役割も兼ね備えることができると考えられる。そこで，およそ３週間、実フィールドにブルーム型圧電発電手段を設置し、その発生電力の風速による変化を、同時に設置した市販の風車型風向風速計が捉えた風速と比較検討した。
【００２８】
図１２に風車型風向風速計から得られた平均風速と、ブルーム型圧電発電手段の出力電圧を示す．およそ風速５ｍ／ｓ以上において圧電発電手段からの出力が認められ、また、風速１０ｍ／ｓの強風領域の出力傾向は風速計とよく一致していた。
【００２９】
防災における風速検知は、最大瞬間風速を検知することが重要であるが、市販の風速計においても、風速検知には回転部があるために慣性力が生じ、瞬間的な風速を捉えることは難しい。本圧電発電手段の受風構造は単純かつ軽量であり、風速変化による追従性も高いので、風速センサーを兼ね備えた圧電発電手段としても期待される。
【００３０】
（蓄電電源変換回路）
本ブルーム型圧電発電手段の発生電力は１０ｋΩの時に３ｍＷ程度であるため，風速６．５ｍ／ｓにおいて連続的に無線モジュールを直接動作させることは困難である。
【００３１】
そこで，圧電発電手段からの電力を一時的にキャパシタへ蓄電し、無線モジュールを駆動させた。蓄電による送信の回路構成を含む電力供給制御の概略を図１１に示す．圧電発電による電力では供給可能な電流が少なく、キャパシタへ蓄電する際にも、キャパシタに負荷となる電子回路や無線モジュールが直接接続されていると、蓄電初期に必要な電流成分が全て負荷側で消費され、キャパシタへの蓄電が進まない現象がみられる。従って、一定の電圧がキャパシタへ蓄電されるまでは、キャパシタと負荷を機械的もしくは電気的に切り離されていなければならない。
【００３２】
圧電発電手段から出力された電力は，キャパシタが一定電圧に到達されるまで蓄電し，送信に必要な電力がスイッチ回路によってキャパシタから無線モジュールに供給する．キャパシタの電圧変化は電圧モニタリングＩＣで行い、キャパシタと無線モジュール間のスイッチ回路を制御する。
【００３３】
開発したブルーム型圧電発電手段によるキャパシタへの蓄電性能を評価した結果を図１３に示した．風速は６．５ｍ／ｓとしている．蓄電電圧が無線モジュールの駆動に必要な電圧である４Ｖに到達する時間は，キャパシタ容量が大きくなるほど長い時間を要した．
【００３４】
実際の回路では、スイッチング回路での電力消費、キャパシタ効率、センサインターフェース回路での電力消費の影響もあるが、現在のところ、風洞実験で数秒毎に発信できることを確認しており、センサーネットワークにおける監視場所での電源として、圧電発電は十分に適用できた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について、さらに、詳しく説明する。
【００３６】
まず、圧電素子として、図１、表１のＡタイプのバイモルフ型圧電素子（シム板一枚に対して、上下に一枚ずつの圧電素子を、図５のパラレルに接続したタイプ）を用いた。
【００３７】
（発電部の基本構成）
前記発電手段１の基本構成の一例を図１４示す。受風翼２０は、その幅は長手方向において変化している。すなわち、受風翼２０は、対向する短辺の長さがそれぞれ２Ｌ１、２Ｌ２で互いに異なり（Ｌ１＞Ｌ２とする）、受風翼２０の長さＬ３が短辺の長さよりも極端に長い（Ｌ３＞＞Ｌ１）略台形状の板部材が、所定の角度θ（以下、「内角θ」という）で幅方向に二つ折りにされた構造を有している。保持部材３０は受風翼２０の短辺のうちの短い方の端部側を保持している。
【００３８】
（受風翼）
受風翼２０としては、剛性を有する金属材料または樹脂材料等が好適に用いられる。ここでは、受風翼２０は樹脂材料で構成されているとする。受風翼２０の長さＬ３に制限はなく、例えば、数センチメートル、数十センチメートル、数メートル、数十メートルと、設置場所および設置目的によって任意に設定することができる。受風翼２０の形状（つまり、各辺の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３）と厚み、内角θは、使用される材料特性を考慮して、後述する受風翼２０の振動が効率的に発生するように、適宜、設定される。
【００３９】
なお、図１５では、受風翼２０として１枚の板部材を二つ折りにした形態を示したが、例えば、短辺の長さがＬ１、Ｌ２（Ｌ１＞Ｌ２）で、長さがＬ３の２枚の板部材をその長辺で接合することにより、受風翼２０を形成してもよい。受風翼２０はその厚みが薄い場合には、折り曲げ板金加工により二つ折りにすることができるが、厚みが厚いものの場合には、鋳造等により製造することができる。また、受風翼として樹脂製のものを用いる場合には、その厚みが薄い場合には、弾性フィルムを折り曲げ加工することにより、一方、その厚みが厚い場合には射出成形や押し出し成形等により、所望の受風翼を製造することができる。
【００４０】
（圧電素子）
圧電素子１０は、シム板１２とこの両面に接着された２枚の圧電板１１を含む。圧電板１１は、主面に図示しない電極膜を備えており、厚み方向に分極されている。
【００４１】
（保持体）
シム板１２若しくは、圧電板１１は、その一端で、前記受風翼２０のＬ２側に接続体３０を介して固着され、他端は、振動がフリーに行われる状態で保持体４０に固着されている。
【００４２】
（接続体）
接続体３０は、受風翼２０を圧電素子に接続して、
受風翼の振動運動等を圧電素子の伝達するものである。従って、両者に接合可能で、その形態を保持することができる所定の硬さを有していればよく、例えば、金属材料、樹脂材料、セラミックス材料、これらの材料からなる複合材料等を用いることができる。
【００４３】
図１６に受風翼２０の振動形態を模式的に示す説明図を示す。図１６の右手方向から風が受風した場合、右側に設置された受風翼は直接風を受け、圧電素子１０に大きな変位を与える。風は受風翼を抜けた時点（中心の支持体付近）でカルマン渦を発生させ、風上方向へ受風翼を押し戻す力となり、その繰り返しにより圧電素子へ持続した振動を与える。
さらに、中心の支持体から左側の受風翼に風が抜ける場合にも同様にカルマン渦の発生により、風下側の受風翼へ持続した振動を与える。カルマン渦の発生は受風翼を中心として発生するだけでなく図１７に示す構造全体の風下方向でも発生する。また、自然風で得られる風は直線的な風向が持続するものではなく、絶えず風向に変化が生ずる。従って、一方向の受風翼のみが前記振動を得られるわけではなく、振動量に差異はあるものの設置された全ての受風翼が持続的な振動を得られる。
【００４４】
図１６は、図１４に示す８個の構成部分が、一個の保持体４０に取り付けられた例示の模式図である。保持部分が、正八角形形状であり、正八角形の各辺に、圧電素子のシム板１０が振動自在に装着されている。圧電素子を上方とし、受風翼が前記受風翼の二つ折りにしてなす鋭角が、同一円周上の時計回りまたは、反時計回りの同一方向に開くように矩形状圧電素子を保持している。圧電素子の個数は、８個以上でも８個以下でも良い。また、保持体４０は、圧電素子の個数に応じて保持部の形状を変化させても良い。例えば、６個の圧電素子を装着する保持体形状は、正六角形とする等である。
【００４５】
図１７には、図１６の構成部分を下方からみた底面図である。受風翼２０は、時計方向に二つ折りにしたなる鋭角が開くように配置されている。このように配置すると八方向からの風に対して、ひとつの受風翼が、一番、風を受けやすい。しかも、該当する受風翼は、その風の方向が、その圧電素子シム板に対して垂直ではなく、シム板に水平成分を持つため、連続的な定常風に対しても、シム板は、一方向に押されっぱなしになることなく、振動を持続させることができる。従って、定常的にふく風にたいしても、風向が変動する風にたいしても、効率よく、圧電素子に振動を伝えることができる。保持体４０の中心の棒６０は、風防５０の取り付け体となるとともに、風防５０も受風翼２０が強風で過度に変位して破損しないためのストッパーとなる。
【００４６】
このような集電回路９０によれば、整流回路９１により整流された電力のうち負荷９２へ必要な電力をリアルタイムに送ることができる。一方、負荷９２で必要とされない余剰電力を電力貯蔵体９５に貯蔵することができるために、例えば、受風翼２０が動作しない無風時等には、この電力貯蔵体９５に貯蔵された電力を用いて負荷９２を動作させることができる。なお、発電電力が大きい場合には、例えば、電力会社へ給電することができる。
【００４７】
８個の発電部からの電圧の取り出しの回路図は、図２０のとおりである。
【００４８】
平均風速７ｍ／ｓ程度までは、急速に発生電圧が増加する。これを超えると前記保持体のストッパー、互いの受風翼で接触して、動作が抑制されること等により漸次発生電圧は減少する。これらは、発電板の材質、形状、羽の材質、長尺／短尺比等の形状、シム板の材質、形状によって、本発明の設置場所、取り出し電圧等に応じて、設定することができる。
【００４９】
図２２は、図１４に示す８個の構成部分が、一個の保持体４０に取り付けられた別の例示の下方からみた底面図である。保持部分が、正八角形形状であり、正八角形の各辺に、保持部の延長部４１が伸ばされ、ここに、圧電板の板面が、等間隔で、支持体の中心軸を中心とする同一円の半径方向に一致するように圧電素子のシム板１０が片持ちで、振動自在に装着されている。圧電素子を上方とし、受風翼が前記受風翼の二つ折りにしてなす鋭角が、同一円周上の半径方向に開くように矩形状圧電素子を保持している。
【００５０】
このように配置すると八方向からの風に対して、ひとつの受風翼が、一番風を受けやすい。しかも、該当する受風翼は、その風の方向が、その圧電素子に対して垂直となるように設置しているので、受風翼が風向に対して横揺れを生じ、風向に対して垂直の振動成分の力を圧電素子に伝達することができる。また、受風翼を抜けた風により発生するカルマン渦により風下方向から風上方向へ受風翼を押し戻す力がはたらくことで持続した振動を得ることができる。カルマン渦の発生は受風翼を中心として発生するだけでなく図２２に示す構造全体の風下方向でも発生する。従って、一方向からの定常的にふく風にたいしても、風向が変動する風にたいしても、効率よく、圧電素子に振動を伝えることができる。保持体４０の中心の棒６０は、風防５０の取り付け体となるとともに、風防５０も受風翼２０が強風で過度に変位して圧電素子から受風翼が外れないためのストッパーとなるのは、図１８の例示の通りである。
【００５１】
（蓄電電源変換回路）
前記発電手段１で風力発電された電気エネルギーを蓄える蓄電手段２と、蓄電された電圧の上限及び下限電圧をモニターする電圧モニタリングＩＣ部３が、前記電圧が上限値以上となるとＯＮし、下限値以下となるとＯＦＦするスイッチ４によって、キャパシタからの放電を制御して、所定電圧で蓄電手段２からの電力を供給し、所定の電圧で、回路スイッチをＯＦＦとする電気回路の処理の流れ図（図２３）を示す。
【００５２】
（蓄電放電によるキャパシタ蓄電電圧と供給電圧の変化）
図２４に、前記回路と前記ブルーム型圧電発電手段を使用し、風速６．５ｍ／秒の風力で得られる電力の本回路によるキャパシタ蓄電電圧と供給電圧の時間変化の一例を示した。前記蓄電手段２として、５７０μＦのキャパシタを用い、蓄電された電圧の上限値を４．２Ｖ、下限電圧を２．５Ｖとして、モニターする電圧モニタリングＩＣ部３が、前記電圧が上限値以上となるとＯＮし、下限値以下となるとＯＦＦするスイッチ４によって、２．５〜４．５Ｖの電圧で蓄電手段２からの電力を供給する。これにより、所定電圧、所定電流の電力を２．５〜３．５秒の間隔で、間欠的に供給する圧電発電モジュールが構成できた。
【００５３】
図２６には、ツェナーダイオードによる電圧モニターによる比較例を示した。本発明の回路によると、より小さい電圧で、より頻度の高い電力供給が可能である。
【００５４】
図２５に、本圧電発電モジュールと無線送信モジュールを含む無線送信システムから得られた通信波形を示す。必要な駆動電圧が供給され初めて、約１００ｍ秒間は駆動電圧以上の電圧が供給され続ける必要があり、これによって通信が可能となることと対応する。
【００５５】
無線送信機の種類は、数多くあり各国の電波法の規制に準じたものが利用されている。各国の電波法はそれぞれの基準が異なり、国内では概ね、出力および周波数、利用目的によって定められている。従って、国内で広く一般的に利用できる無線機を例にとれば、微弱無線帯か特定小電力無線帯となり、本実施例では特定小電力無線機を用い実施した。
実施例で用いた特定小電力無線機は、消費電流１１ｍＡ、２．１Ｖ以上の電圧で駆動するものを用いた。
【００５６】
また、風速データの情報を送る処理のため、１６ビットマイコンを搭載し、制御した。特定小電力無線機は主に数ｍから数１００ｍまでが送信限界とされているが、高利得なアンテナを受信機に用いる事で通信距離１ｋｍを達成することが確認できた。
【００５７】
圧電発電機で利用する無線機は、本実施例で挙げた規格以外でも省電力で駆動することが可能であれば用いる事ができこの限りではない。特に微弱無線帯の無線機やＲＦＩＤ、Ｚｉｇｂｅｅのように短距離通信を行う無線機は本実施例で用いた無線機より省電力で駆動するものが多く、圧電発電機を適用することが容易であるといえる。
【００５８】
（風速のデータ送信）
さらに、本データ送信には、風力圧電発電手段で電力源となった風速データを併送信できる。図２７に風速データも送信する場合のブロック図を示す。風力圧電発電手段１は、蓄電手段２に電力を供給するとともに、入力手段によって、発生電圧データをＣＰＵに入力する。ＣＰＵで時系列のデータとして処理された風速データは、出力手段によって、無線送信モジュールに出力され、本データは、無線送信モジュールによって送信される。
【００５９】
送信されたデータはパソコンや表示機に接続された受信機のアンテナを介し、受信し、データを確認できる仕組みとなっている。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
広範囲な自然風の機械エネルギーに対応して、圧電素子のもつ発電特性に適合させ、このエネルギーを効率よく圧電素子に与える圧電モジュール、これを電源として利用した無線送信システム及び風速監視システムが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】試験に用いた圧電素子の模式図。
【図２】圧電素子の評価に用いた測定装置の構成を示す模式図。
【図３】各振動周波数による出力電力と負荷抵抗との関係を示す模式図。
【図４】最適負荷抵抗における最大発生電力と振動周波数との関係を示す模式図。
【図５】積層型圧電素子の概略構造を示す模式図。
【図６】各素子構造と各振動周波数による発生電圧と負荷抵抗との関係を示す模式図。
【図７】各素子構造と各振動周波数による出力電力と負荷抵抗との関係を示す模式図。
【図８】ブルーム型の圧電発電手段を示す模式図。
【図９】圧電発電手段の出力電圧波形を示す模式図。
【図１０】圧電発電手段の出力における負荷抵抗の依存性を示す模式図。
【図１１】センサーネットワーク端末における電源供給制御の構成を示す模式図。
【図１２】屋外試験におけるブルーム型風力圧電発電手段の電圧と平均風速との比較を示す模式図。
【図１３】圧電発電手段によるキャパシタへの蓄電を示す模式図。
【図１４】受風翼、圧電素子と接続部の概略構造を示す模式図。
【図１５】受風翼の斜視図。
【図１６】本発明の構成を模式的に示す説明図。
【図１７】本発明の受風翼の取り付けを示す説明図。
【図１８】本発明の風防をつけた実施形態を示す斜視図。
【図１９】圧電素子から配線例示す回路図。
【図２０】本発明品の起電力測定に用いた回路を模式的に示す説明図。
【図２１】本発明品の起電力の風速依存性の一例を示す説明図。
【図２２】本発明の別の形態の受風翼と圧電板の取り付けを示す説明図。
【図２３】前記発電手段１、蓄電手段２、モニタリングＩＣ部３、スイッチ４によって、キャパシタからの放電を制御して、所定電圧で蓄電手段２からの電力を供給し、所定の電圧で、回路スイッチをＯＦＦとする電気回路の処理の流れ図。
【図２４】前記回路と前記ブルーム型圧電発電手段を使用し、風速６．５ｍ／秒の風力で得られる電力の本回路によるキャパシタ蓄電電圧と供給電圧の時間変化を示す図。
【図２５】本圧電発電モジュールと無線送信モジュールを含む無線送信システムから得られた通信波形を示す図。
【図２６】ツェナーダイオードによる電圧モニターによる比較例を示す図。
【図２７】風力圧電発電手段で電力源となった風速データを併送信するブロック図。
【符号の説明】
【００６２】
１；風力発電装置
１０；圧電素子
１２；シム板
１１；圧電板
２０；受風翼
３０；接続部
４０；保持体
５０；風防
６０；保持体の棒
９０；集電回路
９１；整流回路
９２；負荷
９３；充放電回路
９４；ダイオード
９５；電力貯蔵体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図５】
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