(57)【要約】【課題】可動部を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供する。【解決手段】エネルギ変換装置１は、振動発電装置ＥＨと整流回路７１とを備える。振動発電装置ＥＨは、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位可能であり、磁石ブロック３を備えた可動部１２を外部から作動させ可動部１２を減衰振動させることが可能である。振動発電装置ＥＨは、可動部１２と支持部１４と弾性体部１５とを備える。弾性体部１５は、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。可動部１２の両側それぞれには、複数の弾性体部１５が並んで設けられる。整流回路７１は、振動発電装置ＥＨから出力される交流電圧の極性が正のときと負のときとで互いに異なるコンデンサＣ11，Ｃ12が充電される倍電圧整流回路である。【選択図】図１
2014036462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁石ブロックとコイルブロックとが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する電磁誘導型の振動発電装置と、前記振動発電装置から出力される交流電圧を整流する整流回路とを備え、前記振動発電装置は、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとの一方を備えた可動部を外部から作動させ前記可動部を減衰振動させることが可能なものであり、前記可動部と、支持部と、前記可動部と前記支持部とを接続している弾性体部とを備え、前記弾性体部は、前記規定方向における剛性が前記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記規定方向における前記可動部の両側それぞれには、複数の前記弾性体部が並んで設けられており、前記整流回路は、前記振動発電装置から出力される交流電圧の極性が正のときと負のときとで互いに異なるコンデンサが充電される倍電圧整流回路であることを特徴とするエネルギ変換装置。
【請求項２】
前記弾性体部は、ばねであることを特徴とする請求項１記載のエネルギ変換装置。
【請求項３】
前記倍電圧整流回路は、両波倍電圧整流回路であることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギ変換装置。
【請求項４】
前記倍電圧整流回路は、コッククロフト−ウォルトン回路であることを特徴とする請求項１又は２記載のエネルギ変換装置。
【請求項５】
前記整流回路の出力電圧を定電圧化するＤＣ−ＤＣコンバータを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエネルギ変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エネルギ変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギ変換装置として、電磁誘導作用により運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ変換装置が提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００３】
特許文献１には、エネルギ変換装置として、図１６〜図１８に示す構成の発電装置１００が記載されている。
【０００４】
この発電装置１００は、収納部１１０ａが設けられた支持体１１０と、収納部１１０ａに配置された永久磁石１２０およびコイルバネ１３０とを備えている。
【０００５】
支持体１１０は、３枚のプリント基板１１１〜１１３により構成されている。この支持体１１０は、２枚のプリント基板１１１、１１３間に配置されたプリント板１１２の矩形状の開口部１１２ａにより、収納部１１０ａが形成されている。
【０００６】
ここで、発電装置１００は、プリント基板１１３の下面に、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂが形成されている。この平面コイル１１４ａおよび１１４ｂは、図１８に示すように、下面側から見て、市松模様状に配置されている。平面コイル１１４ａおよび１１４ｂの各々は、渦巻状に形成されている。なお、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂは、巻き方向が互いに逆になるように形成されている。
【０００７】
また、プリント基板１１３には、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂの中央部と対応する領域に、開口部１１３ａが形成されている。この開口部１１３ａには、ＦｅおよびＣｏなどからなる磁心（コア）１１５が埋め込まれている。また、磁心１１５は、プリント基板１１３の下面から突出するように形成されており、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂの中央部に配置されている。
【０００８】
永久磁石１２０は、図１６および図１７に示すように、収納部１１０ａの内部に矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）に移動可能に配置されている。また、永久磁石１２０は、図１７に示すように、矢印Ｙ１方向（矢印Ｙ２方向）に対する移動が規制されている。また、永久磁石１２０は、図１６に示すように、板状に形成されるとともに、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂと所定の間隔を隔てて対向配置されている。また、永久磁石１２０は、磁化方向が矢印Ｚ１方向である部分（磁区）１２０ａと、磁化方向が矢印Ｚ２方向である部分１２０ｂとを含んでおり、多極磁石として構成されている。このため、プリント基板１１３近傍では、図１６中に破線で示した磁力線で表される磁界が形成されている。また、部分１２０ａおよび１２０ｂは、図１７に示すように、平面的に見て、交互に隣接した状態（市松模様状）で配置されている。また、図１６に示すように、永久磁石１２０が基準位置に配置されている場合に、部分１２０ａが平面コイル１１４ａと対応する領域に配置されるとともに、部分１２０ｂが平面コイル１１４ｂと対応する領域に配置されている。
【０００９】
コイルバネ１３０は、図１６および図１７に示すように、開口部１１２ａの側面１１２ｂと永久磁石１２０の端部１２０ｃとの間に配置されるとともに、開口部１１２ａの側面１１２ｃと永久磁石１２０の端部１２０ｄとの間に配置されている。この一対のコイルバネ１３０は、支持体１１０に対して永久磁石１２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）において所定の基準位置に配置されるように付勢する機能を有する。
【００１０】
発電装置１００では、永久磁石１２０が所定の基準位置に配置されるように付勢するコイルバネ１３０を設けてあるので、発電装置１００に力が加えられた際に、容易に、永久磁石１２０を支持体１１０に対して振動させることができる。
【００１１】
発電装置１００は、プリント基板１１３の上面に、平面コイル１１４ａおよび１１４ｂにおいて発生する誘導起電力を制御するとともに、出力するための回路部１１６が設けられている。
【００１２】
発電装置１００に力が加えられることにより、永久磁石１２０が支持体１１０に対して矢印Ｘ１方向に移動したとき、平面コイル１１４ａでは、電磁誘導により図１８に示すように矢印Ａ方向の誘導電流が発生し、平面コイル１１４ｂでは、電磁誘導により図１８に示すように矢印Ｂ方向の誘導電流が発生する。このため、回路部１１６には、図１８に示すようにＣ方向の誘導電流が供給される。また、永久磁石１２０が支持体１１０に対して矢印Ｘ２方向に移動したとき、平面コイル１１４ａでは、電磁誘導により矢印Ｂ方向の誘導電流が発生し、平面コイル１１４ｂでは、電磁誘導により矢印Ａ方向の誘導電流が発生する。このため、回路部１１６には、Ｃ方向とは反対方向の誘導電流が供給される。
【００１３】
また、特許文献２には、電磁誘導型の発電装置（power generator）を備えたワイヤレススイッチ（wireless switch）が記載されている。
【００１４】
特許文献２には、図１９に示すように、多極磁石（multipole magnet）２０２と、電磁誘導により誘電電流が発生する導体（conductor）２０４を含む多層プリント基板（multilayer circuitboard）２０６と、サスペンションシート（suspension sheet）２００とを備えた発電装置（power generator）が記載されている。サスペンションシート２００は、４つのたわみ部（flexures）２０８に結合されており、ばね−マス系構造（spring-massstructure）が形成されている。なお、図１９中の矢印２１０は、サスペンションシート２００の振動方向を示している。
【００１５】
また、特許文献２には、図２０に示す構造が記載されている。この構造は、基板（substrate）１２０２と、２つのサスペンション（suspension）１２１０によって基板１２０２から浮かせたプルーフマス（proofmass）１２０８と、２つのサスペンション（suspension）１２１０と、基板１２０２に固定された回転ダイヤル（rotary dial）１２００とを備えている。また、この構造は、回転ダイヤル１２００が回転したときに回転する多葉カム（multi-lobed cam）１２０４と、多葉カム１２０４により押されるフォロア（follower）１２０６とを備えている。フォロア１２０６は、プルーフマス１２０８に結合されている。サスペンション１２１０は、中央部１２１２でフォロア１２０６とプルーフマス１２０８とに結合されている。また、サスペンション１２１０は、端部１２１４が基板１２０２に結合されている。多葉カム１２０４は、フォロア１２０６を変位させ当該変位させた後でプルーフマス１２０８を作動させる。これにより、この構造は、回転ダイヤル１２００を使ってプルーフマス１２０８を作動させることができる。
【００１６】
特許文献２に記載された発電装置では、例えば、サスペンションシート２００と４つのたわみ部２０８との代わりに、図２０の構造のプルーフマス１２０８と２つのサスペンション１２１０とを採用し、回転ダイヤル１２００、多葉カム１２０４、フォロア１２０６を設けることが考えられる。
【００１７】
また、特許文献２には、図２１に示すような電力マネジメント回路（powermanagement circuit）７００が記載されている。この電力マネジメント回路７００は、ダイオード整流器（diode rectifier）７０２と、コンデンサ７０４と、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０６と、バッテリ７０８と、電子負荷（electronic load）７１０とからなる。
【００１８】
また、特許文献２には、図２２に示すように、プルーフマスを作動させた後に発生する電圧と時間との関係のグラフが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開２００９−１１１４９号公報
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１１／００６３０５７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
上述の発電装置１００は、永久磁石１２０と平面コイル１１４ａおよび１１４ｂとが支持体１１０の厚み方向において間隔を隔てて対向配置されている。また、発電装置１００は、一対のコイルバネ１３０により、支持体１１０に対して永久磁石１２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）において所定の基準位置に配置されるように付勢されている。しかしながら、このような発電装置１００では、矢印Ｚ１方向へコイルバネ１３０の中間部が変位可能であると推考される。このため、発電装置１００では、永久磁石１２０の厚み方向の振動に起因して上述の間隔が変動し、発電特性が不安定となったり、発電効率が低下する懸念がある。つまり、発電装置１００のようなエネルギ変換装置では、エネルギ変換特性が不安定となったり、エネルギ変換効率が低下する懸念がある。また、発電装置１００は、上述の間隔を狭くすると、永久磁石１２０が平面コイル１１４ａおよび１１４ｂに接触してしまう懸念がある。
【００２１】
また、上述の発電装置１００は、プリント基板１１２の開口部１１２ａの側面１１２ｂと永久磁石１２０とが接することで矢印Ｙ１方向（矢印Ｙ２方向）に対する永久磁石１２０の移動が規制されているものと推考される。しかしながら、このような場合には、永久磁石１２０が矢印Ｘ１方向（矢印Ｘ２方向）に振動する際に摺動抵抗が生じて発電効率が低下してしまうものと考えられる。
【００２２】
また、特許文献２に記載された発電装置では、上述のように、回転ダイヤル１２００を使ってプルーフマス１２０８を作動させることができる。しかしながら、上述のパワーマネジメント回路７００では、発電装置のプルーフマス１２０８が減衰振動するので出力電圧が時間経過とともに減衰する一方で、ダイオード整流器７０２の２個のダイオードＤ１，Ｄ４又はＤ２，Ｄ３での電圧損失（順方向電圧降下）が生じる。このため、上述のパワーマネジメント回路７００では、ＤＣ−ＤＣコンバータ７０６の入力電圧が低くなりすぎることが考えられる。
【００２３】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、可動部を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能なエネルギ変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明のエネルギ変換装置は、磁石ブロックとコイルブロックとが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する電磁誘導型の振動発電装置と、前記振動発電装置から出力される交流電圧を整流する整流回路とを備え、前記振動発電装置は、前記磁石ブロックと前記コイルブロックとの一方を備えた可動部を外部から作動させ前記可動部を減衰振動させることが可能なものであり、前記可動部と、支持部と、前記可動部と前記支持部とを接続している弾性体部とを備え、前記弾性体部は、前記規定方向における剛性が前記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さく、前記規定方向における前記可動部の両側それぞれには、複数の前記弾性体部が並んで設けられており、前記整流回路は、前記振動発電装置から出力される交流電圧の極性が正のときと負のときとで互いに異なるコンデンサが充電される倍電圧整流回路であることを特徴とする。
【００２５】
このエネルギ変換装置において、前記弾性体部は、ばねであることが好ましい。
【００２６】
このエネルギ変換装置において、前記倍電圧整流回路は、両波倍電圧整流回路であることが好ましい。
【００２７】
このエネルギ変換装置において、前記倍電圧整流回路は、コッククロフト−ウォルトン回路であることが好ましい。
【００２８】
このエネルギ変換装置において、前記整流回路の出力電圧を定電圧化するＤＣ−ＤＣコンバータを備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明のエネルギ変換装置においては、可動部を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】（ａ）は実施形態１のエネルギ変換装置の回路図、（ｂ）は実施形態１のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略断面図、（ｃ）は実施形態１のエネルギ変換装置の要部概略平面図である。
【図２】実施形態１のエネルギ変換装置における振動発電装置の要部拡大図である。
【図３】実施形態１のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略斜視図である。
【図４】実施形態１のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略分解斜視図である。
【図５】実施形態１のエネルギ変換装置における振動発電装置の動作説明図である。
【図６】実施形態１のエネルギ変換装置における振動発電装置の出力電圧の波形図である。
【図７】実施形態１のエネルギ変換装置の動作説明図である。
【図８】実施形態１のエネルギ変換装置における整流回路の他の構成例を示す回路図である。
【図９】実施形態１のエネルギ変換装置における整流回路の別の構成例を示す回路図である。
【図１０】実施形態１のエネルギ変換装置の他の構成例を示す回路図である。
【図１１】（ａ）は実施形態２のエネルギ変換装置の回路図、（ｂ）は実施形態２のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略断面図、（ｃ）は実施形態２のエネルギ変換装置の要部概略平面図である。
【図１２】実施形態２のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略斜視図である。
【図１３】実施形態２のエネルギ変換装置における振動発電装置の概略分解斜視図である。
【図１４】実施形態２のエネルギ変換装置における入力機構の構成例の説明図である。
【図１５】実施形態２のエネルギ変換装置の動作説明図である。
【図１６】従来例の発電装置の構造を示した断面図である。
【図１７】図１６に示した発電装置の構造を説明するための平面図である。
【図１８】図１６に示した発電装置の構造を説明するための図である。
【図１９】他の従来例の発電装置の概略分解斜視図である。
【図２０】他の従来例の回転ダイヤルを使ってプルーフマスを作動させるための構造の説明図である。
【図２１】他の従来例における電力マネジメント回路の回路図である。
【図２２】他の従来例におけるプルーフマスを作動させた後に発生する電圧と時間との関係のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（実施形態１）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１について図１〜図７に基づいて説明する。
【００３２】
エネルギ変換装置１は、電磁誘導型の振動発電装置ＥＨと、整流回路７１とを備えている。
【００３３】
振動発電装置ＥＨは、磁石２を備えた磁石ブロック３と、コイル４ａを備えたコイルブロック４とを有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向配置されている。この振動発電装置ＥＨは、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向方向に直交する規定方向において相対的に変位することで生じる電磁誘導により運動エネルギを電気エネルギに変換する。なお、本実施形態における振動発電装置ＥＨでは、図１（ｂ）の上下方向が上記対向方向であり、図１（ｂ）の左右方向を規定方向である。
【００３４】
振動発電装置ＥＨは、磁石ブロック３を備えた可動部１２を外部から作動させ可動部１２を減衰振動させることが可能なものである。振動発電装置ＥＨは、可動部１２と、支持部１４と、可動部１２と支持部１４とを接続している弾性体部１５とを備えている。これにより、振動発電装置ＥＨは、可動部１２が上記規定方向に振動可能となっている。弾性体部１５は、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２の振動方向を上記規定方向に単方向化することが可能となる。
【００３５】
振動発電装置ＥＨは、上述の可動部１２と支持部１４と各弾性体部１５とを有する振動ブロック１１を備えている。ここで、振動ブロック１１は、可動部１２の重心を原点とする直交座標を仮定し、上記規定方向に沿ってｘ軸の正方向を決め、振動ブロック１１の平面視において上記規定方向に直交する方向に沿ってｙ軸の正方向を決め、可動部１２の厚み方向に沿って上記規定方向に直交するｚ軸の正方向を決めれば、可動部１２の振動方向をｘ軸の正負方向に単方向化することが可能となり、ｙ軸の正負方向やｚ軸の正負方向への振動成分を抑制することが可能となる。
【００３６】
したがって、振動発電装置ＥＨは、図１（ｃ）でみれば、可動部１２の振動方向が上記規定方向である左右方向に単方向化され、図１（ｃ）の上下方向や可動部１２の厚み方向（図１（ｃ）の紙面に直交する方向）などへの振動が抑制される。よって、振動発電装置ＥＨは、不要な振動成分の発生を抑制することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００３７】
また、振動発電装置ＥＨは、振動ブロック１１の厚み方向の一面側に配置される第１キャップ２１と、振動ブロック１１の厚み方向の他面側に配置される第２キャップ３１とを備えている。振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１および第２キャップ３1の各々に、上述のコイルブロック４が保持されている。また、振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と振動ブロック１１との間に配置された第１スペーサ４１と、第２キャップ３１と振動ブロック１１との間に配置された第２スペーサ４２とを備えている。
【００３８】
整流回路７１は、振動発電装置ＥＨから出力される交流電圧を整流する。整流回路７１は、振動発電装置ＥＨから出力される交流電圧の極性が正のときと負のときとで互いに異なるコンデンサ（ここでは、コンデンサＣ11，Ｃ12）が充電される倍電圧整流回路である。本実施形態における整流回路７１は、両波倍電圧整流回路であり、ダイオードＤ11とコンデンサＣ11との組み合わせにより、振動発電装置ＥＨから出力される交流電圧の極性が正のときにコンデンサＣ11を充電することが可能となる。また、本実施形態にお整流回路７１は、ダイオードＤ12とコンデンサＣ12との組み合わせにより、振動発電装置ＥＨから出力される交流電圧の極性が負のときにコンデンサＣ12を充電することが可能となる。
【００３９】
次に、エネルギ変換装置１の各構成要素について詳細に説明する。
【００４０】
振動ブロック１１は、支持部１４の平面視形状を枠状としてある。また、振動ブロック１１は、支持部１４の内側に可動部本体１３が配置されている。この可動部本体１３は、支持部１４の内側面から離れて配置されている。また、振動ブロック１１は、上記規定方向において可動部本体１３の両側に弾性体部１５が配置されている。また、振動ブロック１１は、可動部本体１３の平面視形状を枠状としてあり、可動部本体１３の内側に磁石ブロック３が配置されている。磁石ブロック３は、可動部本体１３に固定されている。
【００４１】
可動部本体１３の内周形状は、矩形状である。磁石ブロック３の外周形状は、可動部本体１３の内周形状よりも若干小さな矩形状としてある。磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法としては、例えば、接着剤により固定する方法を採用することができる。この場合には、磁石ブロック３の外周面と可動部本体１３の内側面との間に接着剤からなる接合部が介在することになる。磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法は、これに限らず、例えば、磁石ブロック３と可動部本体１３との間の隙間に別部材を圧入することで固定する方法などを採用することができる。また、磁石ブロック３を可動部本体１３に固定する方法は、可動部本体１３の外側面側から螺子により固定する方法を採用することもできる。
【００４２】
可動部本体１３と磁石ブロック３とで構成される可動部１２の平面視形状は、八角形状としてある。可動部１２の平面視形状は、八角形状に限らず、例えば、矩形状の形状としてもよい。振動ブロック１１では、可動部本体１３の外周形状および内周形状それぞれが大きさの異なる矩形状となっていてもよい。また、可動部１２の平面視形状は、例えば、円形状や正多角形状としてもよい。
【００４３】
磁石ブロック３は、複数個（例えば、４個）の磁石２を備えており、これら複数個の磁石２が上記規定方向に並んで配置されている。つまり、磁石ブロック３は、複数個の磁石２がアレイ状に配置されている。磁石２は、永久磁石により構成することが好ましい。永久磁石の材料としては、例えば、ネオジム（ＮｄＦｅＢ）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ）、アルニコ（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ）、フェライトなどを採用することができる。
【００４４】
磁石２は、短冊状に形成されている。また、磁石２は、厚み方向の一面側がＮ極、他面側がＳ極となるように着磁されている。磁石２を構成する永久磁石は、例えば、磁石材料を切削、研磨などで整形加工した後、パルス着磁法などによって着磁することにより、形成することができる。
【００４５】
上述の複数個の磁石２は、各磁石２の幅方向が上記規定方向に一致するように配置されている。また、磁石ブロック３は、この磁石ブロック３の厚み方向の両面側それぞれで、上記規定方向においてＮ極とＳ極とが交互に並ぶように、複数個の磁石２が配置されている。要するに、磁石ブロック３は、上記規定方向において隣り合う磁石２同士の磁化の向きを逆向きとしてある。なお、磁石ブロック３は、複数個の磁石２が１次元のアレイ状に配置されているが、これに限らず、例えば、２次元のアレイ状に配置された構成としてもよい。
【００４６】
振動ブロック１１は、可動部本体１３と支持部１４と各弾性体部１５とを、例えば、基板１０から形成することができる。この基板１０としては、磁力線に対して低減衰で且つ電気絶縁性を有する絶縁性基板が好ましく、例えば、高抵抗率のシリコン基板を用いることができる。これにより、振動ブロック１１は、可動部本体１３、支持部１４および各弾性体部１５の材料がシリコンとなる。このような振動ブロック１１は、例えば、ＭＥＭＳ（micro electro mechanical systems）の製造技術を利用して製造することができる。この場合、振動ブロック１１では、可動部本体１３、支持部１４および各弾性体部１５を一体に形成することができる。要するに、振動ブロック１１は、可動部本体１３と支持部１４と各弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成とすることができる。これにより、振動発電装置ＥＨの製造時には、振動ブロック１１を形成する際に、可動部本体１３、支持部１４および各弾性体部１５のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。また、各弾性体部１５と可動部本体１３および支持部１４とが接着用の樹脂からなる接続部で接続されている場合には、振動時に振動エネルギが接続部において熱エネルギとなって損なわれる。これに対して、可動部本体１３と支持部１４と各弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成では、各弾性体部１５と可動部本体１３および支持部１４とが低減衰材料であるシリコンにより一体に形成されているので、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。なお、基板１０の材料に関して、磁力線に対して影響を及ぼさないという点では、比透磁率が低いほうが好ましい。高抵抗率のシリコン基板は、例えば、抵抗率が１００Ωｃｍ以上であることが好ましく、１０００Ωｃｍ以上であることがより好ましい。
【００４７】
基板１０は、高抵抗率のシリコン基板に限らず、例えば、高抵抗率のＳＯＩ（Siliconon Insulator）基板などを用いることができる。また、振動ブロック１１は、基板１０の材料や抵抗率に応じて、適宜の絶縁膜を設けてもよい。
【００４８】
弾性体部１５は、ばねであることが好ましい。これにより、振動発電装置ＥＨは、弾性体部１５の１個当たりの蓄積エネルギを大きくすることが可能となり、振動発電装置ＥＨの小型化を図ることが可能となる。
【００４９】
弾性体部１５は、上記規定方向における可動部１２の両側の各々に、複数個（例えば、５個）ずつ並んで設けられていることが好ましい。これにより、振動発電装置ＥＨは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、振動発電装置ＥＨは、個々の弾性体部１５にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。可動部１２の両側の弾性体部１５の数は、特に５個に限定するものではない。
【００５０】
弾性体部１５を構成するばねの材料は、半導体であるシリコンや金属などを採用することができるが、金属よりもシリコンであることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、弾性体部１５を構成するばねの材料が金属である場合に比べて、弾性体部１５での振動減衰に起因した運動エネルギの損失を低減することが可能となるから、エネルギ変換効率の向上を図れる。
【００５１】
弾性体部１５の材料としては、シリコンに限らず、例えば、ステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４など）、鋼、銅、銅合金（真鍮、ベリリウム銅）、Ｔｉ合金、Ａｌ合金などを採用することができる。弾性体部１５の材料は、対数減衰率の低い材料が好ましく、例えば、対数減衰率が０．０４以下の材料が好ましい。
【００５２】
また、振動発電装置ＥＨは、弾性体部１５を構成するばねの材料がシリコンであれば、金属である場合に比べて、弾性体部１５の耐久性を向上させることが可能となる。また、振動発電装置ＥＨは、弾性体部１５を構成するばねの材料が、シリコンであることにより、上述の基板１０としてシリコン基板を採用し、ＭＥＭＳなどの製造技術を利用して各々が基板１０の一部からなる各弾性体部１５を形成することが可能となる。これにより、振動発電装置ＥＨは、ばねの形状の弾性体部１５において厚み寸法Ｗ１（図２参照）に対する幅寸法Ｈ１（図１（ｂ）参照）の比で表されるアスペクト比を大きくすることが可能となる。ＭＥＭＳなどの製造技術を利用する場合には、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して基板１０をバルクマイクロマシニングすることにより、ばね形状の弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を高精度に制御することが可能となり、且つ、ばね形状の弾性体部１５の幅寸法Ｈ１を基板１０の厚みと同じ値とすることが可能となるから、アスペクト比の大きなばね形状の弾性体部１５を寸法精度良く形成することが可能となる。なお、図１に示した振動発電装置ＥＨでは、弾性体部１５の形状として、つづら折れ状のばねの形状を採用しており、ばね形状の弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を０．４ｍｍ、幅寸法Ｈ１を１ｍｍとしてある。この場合のアスペクト比は、２．５である。また、この一例の場合には、ｘ軸方向の剛性が約２７５４Ｎ／ｍ、ｙ軸方向の剛性が約３２６７Ｎ／ｍ、ｚ軸方向の剛性が約３１４６Ｎ／ｍである。つまり、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。ただし、これらの数値例は、図２に示すように、つづら折れ状のばね形状の弾性体部１５自身において、折り返し箇所を２箇所だけ増やし、また、隣り合う部位同士の間隔をＷ３、ｘ軸方向における弾性体部１５全体の長さをＸ１１、ｙ軸方向における弾性体部１５全体の長さをＹ１１と規定し、Ｗ３＝０．１２ｍｍ、Ｘ１１＝７ｍｍ、Ｙ１１＝７ｍｍとした場合の値である。なお、剛性の測定に関しては、例えば、支持部１４を冶具で固定した後、微小引張試験機、あるいはフォースゲージとμメータとを組み合わせたものを用い、可動部１２に対してｘ軸方向、ｙ軸方向およびｚ軸方向それぞれの力を加えたときの変位を測定することで、ばね定数を算出することができる。
【００５３】
振動発電装置ＥＨは、弾性体部１５が上記規定方向における可動部１２の両側の各々に、複数個ずつ並んで設けられている場合、各複数個ずつの弾性体部１５の全ての材料をシリコンとすることができる。振動ブロック１１は、各複数個ずつの弾性体部１５のうち少なくとも１個ずつの材料がシリコンであればよく、他の弾性体部１５の材料を金属としてもよい。
【００５４】
弾性体部１５を構成するばねの形状は、例えば、つづら折れ状であることが好ましい。この場合、弾性体部１５は、平面視形状において折り返し部分に角のないＵ字状に形成された形状のほうが、平面視形状において折り返し部分に角のあるＵ字状に形成された形状よりも好ましい。振動発電装置ＥＨは、弾性体部１５の折り返し部分に角のない形状を採用することにより、弾性体部１５の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生などを抑制することが可能となる。
【００５５】
また、つづら折れ状の弾性体部１５としては、平面視において折り返し部分の厚み寸法を他の部位の厚み寸法よりも大きくした形状としてもよく、弾性体部１５の折り返し部分での応力集中に起因した破損やクラックの発生などを抑制することが可能となる。
【００５６】
また、つづら折れ状の弾性体部１５としては、平面視において折り返し部分間の距離が徐々に短くなる形状としてもよい。
【００５７】
また、弾性体部１５は、平面視において蛇行した形状であれば、つづら折れ状の形状に限らず、例えば、波形状（平面視で正弦波状）の形状でもよい。
【００５８】
また、弾性体部１５を構成するばねの形状は、つづら折れ状や波形状などの蛇行した形状に限らず、他の形状でもよい。
【００５９】
可動部本体１３の厚み寸法は、各弾性体部１５の厚み寸法と同じに設定してあるが、これに限らず、可動部１２の所望の質量などに基づいて各弾性体部１５の厚みよりも大きくしてもよい。また、可動部本体１３の厚み寸法は、各弾性体部１５の厚み寸法よりも小さくしてもよい。この場合は、弾性体部１５の上記対向方向の剛性を高くすることが可能となる。
【００６０】
ところで、振動発電装置ＥＨは、弾性体部１５を構成するばねの平面視の形状を、蛇行した形状とした場合、上記規定方向において可動部１２と支持部１４との間に生じるデッドスペースの面積をより小さくすることが好ましい。これにより、振動発電装置ＥＨは、歪みエネルギとして蓄えられるエネルギ量を増加させることが可能となる。よって、振動発電装置ＥＨは、歪みエネルギとして蓄えるエネルギ量が同じであれば、弾性体部１５の小型化および低背化を図ることが可能となる。金属などの機械加工では、弾性体部１５の小型化に関し、弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を２００〜３００μｍ程度、折り返した部位間の寸法Ｗ３を２００〜３００μｍ程度よりも小型化するのが難しい。これに対して、マイクロマシニング技術を利用して弾性体部１５を形成するようにした場合には、弾性体部１５のより一層の小型化を図ることが可能となり、デッドスペースの面積を小さくすることが可能となる。デッドスペースの面積を小さくする設計例としては、例えば、弾性体部１５の厚み寸法Ｗ１を１０μｍ程度とし、折り返した部位間の寸法Ｗ３を１０μｍ程度とすればよく、マイクロマシニング技術を利用して弾性体部１５を形成することで実現できる。
【００６１】
また、振動ブロック１１は、弾性体部１５が、側面視で波板状（コルゲート板状）の形状でもよい。
【００６２】
第１スペーサ４１および第２スペーサ４２は、枠状に形成されている。
【００６３】
振動発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１の形状と第２スペーサ４２の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、振動発電装置ＥＨは、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。
【００６４】
また、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。
【００６５】
第１スペーサ４１および第２スペーサ４２の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネートなど）などの樹脂、セラミック、シリコンなどを採用することができる。第１スペーサ４１および第２スペーサ４２の各々の材料としてシリコンを採用した場合、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２の各々と振動ブロック１１の支持部１４との接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法などを採用することができる。
【００６６】
第１キャップ２１および第２キャップ３１の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。
【００６７】
振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１の形状と第２キャップ３１の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、振動発電装置ＥＨは、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。
【００６８】
第１キャップ２１および第２キャップ３１の各々の材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネートなど）などの樹脂、セラミック、シリコンなどを採用することができる。第１キャップ２１および第２キャップ３１の各々の材料としてシリコンを採用した場合には、第１キャップ２１および第２キャップ３１の各々をシリコン基板から形成することができる。これにより、第１キャップ２１および第２キャップ３１と、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２それぞれとの接合方法としては、例えば、表面活性化接合法や、共晶接合法や、樹脂接合法などを採用することができる。また、振動発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２を設けずに、第１キャップ２１および第２キャップ３１を振動ブロック１１に固定した構成としてもよい。
【００６９】
振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と第１スペーサ４１と振動ブロック１１と第２スペーサ４２と第２キャップ３１とを、複数個（例えば、４個）のねじ（図示せず）により固定するようにしてもよいし、接着剤により固定するようにしてもよいし、固定部材として、ねじと接着剤とを併用してもよい。また、振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１、第１スペーサ４１、振動ブロック１１、第２スペーサ４２および第２キャップ３１それぞれからなる部材のうち、振動発電装置ＥＨの厚み方向において隣り合う部材同士に、相互に嵌合可能な構造を設けて嵌合させることで固定するようにしてもよい。
【００７０】
図４に示した振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１、第１スペーサ４１、振動ブロック１１、第２スペーサ４２および第２キャップ３１それぞれの四隅に、固定用のねじを挿通可能な貫通孔２１ａ、４１ａ、１１ａ、４２ａおよび３１ａをそれぞれ形成してある。各貫通孔２１ａ、４１ａ、１１ａ、４２ａおよび３１ａの平面視での開口形状は、円形状としてある。これらの開口形状は、円形状以外の形状でもよい。
【００７１】
また、振動ブロック１１は、可動部本体１３から平面視において上記規定方向に直交する方向に突出する２つの突部１３ｂを一体に設けてある。各突部１３ｂの各々は、平面視矩形状に形成されている。また、振動ブロック１１は、枠状の支持部１４の内側面に、各突部１３ｂの各々を上記規定方向に変位可能とする２つの第１切欠部１４ｂが形成されている。そして、第１キャップ２１および第２キャップ３１には、各第１切欠部１４ｂの各々の投影領域に、矩形状の貫通孔２１ｂ，３１ｂがそれぞれ形成されている。また、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２の内側面には、各第１切欠部１４ｂの各々の投影領域に、第２切欠部４１ｂ，４２ｂがそれぞれ形成されている。したがって、本実施形態における振動発電装置ＥＨでは、外部から貫通孔２１ｂ，３１ｂおよび第２切欠部４１ｂ，４２ｂを通して、両突部１３ｂに対して適宜の冶具により外力を与えて可動部１２を上記規定方向へ変位させることが可能となっている。これにより、振動発電装置ＥＨでは、両突部１３ｂを変位させた後に冶具を引き抜けば、可動部１２が上記規定方向に振動することとなる。要するに、振動発電装置ＥＨは、可動部１２を変位させて作動させることが可能である。この場合の可動部１２の振動は、減衰振動である。これにより、振動発電装置ＥＨの出力電圧の波形は、例えば、図６に示すように時間の経過とともに減衰する波形となる。なお、冶具としては、例えば、二股のフォーク状の形状のものを採用することができる。
【００７２】
振動ブロック１１は、図１（ｃ）および図５に示すように、支持部１４に、上記規定方向への可動部１２の変位量を制限するテーパ状のストッパ部１４ｃを設けてある。一方、可動部１２の外周面（可動部本体１３の外側面）には、ストッパ部１４ｃと略平行な傾斜面１２ｃを設けてある。支持部１４に設けられたストッパ部１４ｃは、支持部１４の内側面において上記規定方向に平行な面に対して傾斜している。可動部１２に設けられた傾斜面１２ｃは、可動部１２の外周面において上記規定方向に平行な面に対して傾斜している。
【００７３】
振動発電装置ＥＨでは、上述のように両突部１３ｂに対して適宜の冶具により外力を与えて可動部１２を上記規定方向へ変位させる際に、傾斜面１２ｃがストッパ部１４ｃに接触することで可動部１２の変位が制限される。これにより、振動発電装置ＥＨは、可動部１２を作動させる際に可動部１２の変位量（可動部１２の初期変位）を略一定値とすることが可能となる。また、振動発電装置ＥＨでは、上記規定方向とは異なる方向への可動部１２の変位を抑制することが可能となる。これらにより、振動発電装置ＥＨでは、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となり、また、外力を与える際に弾性体部１５に上記規定方向以外の方向への力が作用するのを抑制することが可能となり信頼性の向上を図ることが可能となる。なお、図５（ａ）中の矢印は、可動部１２を変位させる向きの一例を示している。振動発電装置ＥＨは、図５（ａ）中の矢印とは逆向きへ変位させることも可能である。
【００７４】
コイルブロック４は、複数個（例えば、５個）のコイル４ａを備えている。これら複数個のコイル４ａは、上記規定方向に並んで配置され接着剤によりブロック化されている。要するに、コイルブロック４は、コイル４ａがアレイ状に配置されたコイルアレイにより構成されている。また、磁石ブロック３は、磁石２がアレイ状に配置された磁石アレイにより構成されている。コイルブロック４のコイル４ａの数は、磁石ブロック３の磁石２の数より１だけ多いほうが好ましい。要するに、磁石ブロック３の磁石２の数をｍ（ｍは自然数）とすれば、コイルブロック４のコイル４ａの数は、ｍ＋１とすることが好ましい。また、コイルブロック４におけるコイル４ａのピッチと、磁石ブロック３における磁石２のピッチとは同じであることが好ましい。また、コイルブロック４は、対向する磁石ブロック３において隣り合う磁石２同士の境界とコイル４ａの中心線（口軸）とが同一平面上に揃うように各コイル４ａが配置されていることが好ましい。これにより、振動発電装置ＥＨは、エネルギ変換効率を向上させることが可能となる。
【００７５】
コイル４ａは、芯材４ｂに巻回されたコイル線材により構成されている。コイル線材としては、絶縁被覆付きの銅線を採用することができる。コイル線材は、巻線機により芯材４ｂに巻き付けて接着剤などにより固定されている。芯材４ｂの材料としては、例えば、エンジニヤリングプラスチック（例えば、ポリカーボネートなど）などの樹脂や、セラミックなどの絶縁性材料を採用することが好ましい。銅線を被覆する絶縁膜の材料としては、例えば、ウレタン、ホルマール、ポリエステル、ポリエステルイミド、ポリアミドイミドなどを採用することができる。
【００７６】
芯材４ｂは、短冊状に形成されている。芯材４ｂは、厚み方向が上記規定方向に一致し、幅方向が振動ブロック１１の厚み方向に一致し、長手方向が平面視において上記規定方向に直交する方向に一致するように配置されている。
【００７７】
コイルブロック４は、磁石ブロック３との対向面側が平坦化されるように、各コイル４ａを各芯材４ｂの幅方向において磁石ブロック３側の一端部に巻回してある。第１キャップ２１に保持されるコイルブロック４は、各芯材４ｂの幅方向の他端部を、第１キャップ２１に形成された複数の位置決め用の貫通孔２１ｃの各々に挿入し固定してある。第１キャップ２１にコイルブロック４を組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材（組立用の冶具）の平坦面に、磁石ブロック３との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材４ｂを第１キャップ２１に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、コイルブロック４では、複数のコイル４ａのコイル面が揃うこととなり磁石ブロック３との対向面側が略平坦となる。
【００７８】
また、第２キャップ３１に保持されるコイルブロック４は、各芯材４ｂの幅方向の他端部を、第２キャップ３１に形成された複数の位置決め用の貫通孔３１ｃの各々に挿入し固定してある。第２キャップ３１にコイルブロック４を組み込む際には、例えば、別途に用意したダミー部材（組立用の冶具）の平坦面に、磁石ブロック３との対向面となる側を突き当てた状態で、各芯材４ｂを第２キャップ３１に固定し、その後、ダミー部材を取り去ればよい。これにより、コイルブロック４では、複数のコイル４ａのコイル面が揃うこととなり磁石ブロック３との対向面側が略平坦となる。
【００７９】
コイルブロック４において隣り合うコイル４ａ同士は、第１の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第１の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペーストなどを採用することができる。ここで、隣り合うコイル４ａ同士は、それぞれ逆巻き方向となるように直列接続されている。また、第１キャップ２１および第２キャップ３１には、コイルブロック４の両端のコイル４ａそれぞれにおいて隣り合うコイル４ａに接続されていない側の線端部が電気的に接続される電極（図示せず）が設けられている。線端部と電極とは、第２の導電性接合材で接合され電気的に接続されている。第２の導電性接合材の材料としては、例えば、半田や銀ペーストなどを採用することができる。第２の導電性接合材としては、金属製ねじなどを用いてもよい。
【００８０】
本実施形態における振動発電装置ＥＨでは、各コイル４ａの各々が芯材４ｂを備えている（つまり、各コイル４ａの各々は、いわゆる有芯コイルである）が、芯材４ｂを備えていないもの（いわゆる空芯コイル）でもよい。芯材４ｂを備えない構成とする場合には、例えば、第１キャップ２１および第２キャップ３１の各々に各コイル４ａを各別に位置決めするリブを設ければよい。この場合には、例えばリブにコイル４ａが巻装された状態で、リブとコイル４ａとを接着剤などで接着すればよい。
【００８１】
また、各コイル４ａの各々は、例えば、平面コイルにより構成してもよい。この場合には、例えば、第１キャップ２１および第２キャップ３１の各々に平面コイルを形成すればよい。
【００８２】
平面コイルの材料としては、例えば、銅、金、銀などを採用することができる。また、平面コイルの材料としては、パーマロイ、コバルト基アモルファス合金、フェライトなどを採用してもよい。平面コイルは、蒸着法、スパッタ法などの薄膜形成技術、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成することができる。
【００８３】
以上説明した振動発電装置ＥＨでは、磁石ブロック３と、コイルブロック４とを有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向配置されている。そして、振動発電装置ＥＨは、磁石ブロック３を備えた可動部１２と、支持部１４と、可動部１２と支持部１４とを接続している弾性体部１５とを有している。また、弾性体部１５は、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。しかして、振動発電装置ＥＨは、可動部１２の振動方向を、磁石ブロック３とコイルブロック４との対向方向に直交する上記規定方向に単方向化することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００８４】
また、振動発電装置ＥＨは、上記規定方向における可動部１２の両側それぞれに複数の弾性体部１５が設けられている。これにより、振動発電装置ＥＨは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。
【００８５】
また、振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１および第２キャップ３1の各々に、コイルブロック４が保持されている。これにより、振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と第２キャップ３１との一方のみにコイルブロック４が保持されている場合に比べて、エネルギ変換効率の向上を図れる。
【００８６】
また、振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１に保持されたコイルブロック４における複数個のコイル４ａの直列回路と、第２キャップ３１に保持されたコイルブロック４における複数個のコイル４ａの直列回路とを直列接続することで、出力を高めることも可能となる。
【００８７】
また、振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１と振動ブロック１１との間に配置された枠状の第１スペーサ４１を備えている。これにより、振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１のコイルブロック４と振動ブロック１１の磁石ブロック３との間のギャップ長を第１スペーサ４１の厚みで規定することが可能となる。したがって、振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１のコイルブロック４と振動ブロック１１の磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第１キャップ２１のコイルブロック４と振動ブロック１１の磁石ブロック３との接触を防止することが可能となる。振動発電装置ＥＨは、第１キャップ２１のコイルブロック４と振動ブロック１１の磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００８８】
また、振動発電装置ＥＨは、第２キャップ３１と振動ブロック１１との間に配置された枠状の第２スペーサ４２を備えている。これにより、振動発電装置ＥＨは、第２キャップ３１のコイルブロック４と振動ブロック１１の磁石ブロック３との間のギャップ長を第２スペーサ４２の厚みで規定することが可能となる。したがって、振動発電装置ＥＨは、第２キャップ３１のコイルブロック４と振動ブロック１１の磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化を図りながらも、第２キャップ３１のコイルブロック４と振動ブロック１１の磁石ブロック３との接触を防止することが可能となる。振動発電装置ＥＨは、第２キャップ３１のコイルブロック４と振動ブロック１１の磁石ブロック３との間のギャップの狭ギャップ化により、磁束の利用効率の向上を図ることが可能となって、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００８９】
振動発電装置ＥＨは、可動部１２の上記規定方向への振動に伴って発生する電磁誘導によって、交流の誘導起電力が発生する。この場合、振動発電装置ＥＨの開放電圧は、可動部１２の振動に応じた交流電圧となる。ここで、振動発電装置ＥＨは、上述のように両突部１３ｂに冶具などにより外力を与え後に冶具を引き抜けば、可動部１２が減衰振動するので、この減衰振動に応じた交流電圧を発生する。
【００９０】
本実施形態における整流回路７１は、図１（ａ）に示すように、２個のダイオードＤ11，Ｄ12と２個のコンデンサＣ11，Ｃ12とを備えた両波倍電圧整流回路である。
【００９１】
両波倍電圧整流回路は、２個のダイオードＤ11，Ｄ12の直列回路と２個のコンデンサＣ11，Ｃ12の直列回路とが並列接続されている。要するに、両波倍電圧整流回路は、２個ダイオードＤ11，Ｄ12と２個のコンデンサＣ11，Ｃ12とがブリッジ接続されている。ここで、エネルギ変換装置１は、振動発電装置ＥＨの一方の出力端が、２個のダイオードＤ11，Ｄ12の直列回路における両ダイオードＤ11，Ｄ12の接続点に接続され、振動発電装置ＥＨの他方の出力端が、２個のコンデンサＣ11，Ｃ12の直列回路における両コンデンサＣ11，Ｃ12の接続点に接続されている。エネルギ変換装置１は、２個のコンデンサＣ11，Ｃ12の直列回路の両端間に、負荷（図示せず）を接続すれば、負荷の電源として機能することとなる。負荷としては、例えば、センサ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、無線回路などを用いることが可能である。
【００９２】
ダイオードＤ11とダイオードＤ12とは、仕様の同じものを用いており、同じ特性を有している。なお、各ダイオードＤ11，Ｄ12は、シリコンダイオードであり、順方向電圧降下が０．６〜０．７Ｖ程度である。各ダイオードＤ11，Ｄ12は、ショットキーバリアダイオードでもよく、これにより、順方向電圧降下をより小さくすることが可能となる。
【００９３】
また、コンデンサＣ11とコンデンサＣ12とは、仕様の同じものを用いており、同じ特性を有している。
【００９４】
以下、エネルギ変換装置１の回路動作について図７に基づいて簡単に説明する。
【００９５】
振動発電装置ＥＨの出力電圧の極性が正のときには、図７（ａ）中に破線で示す経路で電流が流れてコンデンサＣ11が充電される。すなわち、振動発電装置ＥＨ→ダイオードＤ11→コンデンサＣ11→振動発電装置ＥＨの経路で電流が流れてコンデンサＣ11が充電される。
【００９６】
振動発電装置ＥＨの出力電圧の極性が負のときには、図７（ｂ）中に一点鎖線で示す経路で電流が流れてコンデンサＣ12が充電される。すなわち、振動発電装置ＥＨ→コンデンサＣ12→ダイオードＤ12→振動発電装置ＥＨの経路で電流が流れてコンデンサＣ12が充電される。
【００９７】
要するに、整流回路７１を構成する両波倍電圧整流回路では、振動発電装置ＥＨの出力電圧の電圧波形の半サイクルごとに各コンデンサＣ11，Ｃ12がそれぞれ充電される。したがって、エネルギ変換装置１における整流回路７１の出力電圧は、振動発電装置ＥＨの出力電圧のピーク値の略２倍になる。
【００９８】
エネルギ変換装置１は、整流回路７１として両波倍電圧整流回路を備えていることにより、図２１のようなダイオード整流器７０２を採用する場合に比べて、整流回路７１の出力電圧の高出力化を図ることが可能となる。要するに、エネルギ変換装置１は、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【００９９】
以上説明した本実施形態のエネルギ変換装置１においては、可動部１２を変位させて作動させることが可能であり、且つ、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。
【０１００】
整流回路７１を構成する倍電圧整流回路は、例えば、図８に示すようなコッククロフト−ウォルトン回路（Cockcroft-Walton circuit）でもよい。図８に示したコッククロフト−ウォルトン回路は、４個のダイオードＤ21〜Ｄ24と４個のコンデンサＣ21〜Ｃ24とを備えており、振動発電装置ＥＨの出力電圧のピーク値の略４倍の出力電圧を得ることが可能である。なお、図８では、ダイオードＤ21とコンデンサＣ21とが組をなし、ダイオードＤ22とコンデンサＣ22とが組をなし、ダイオードＤ23とコンデンサＣ23とが組をなし、ダイオードＤ24とコンデンサＣ24とが組をなしている。要するに、図８では、組ごとに符号の下付き数字を同じ数字としてある。
【０１０１】
整流回路７１を構成する倍電圧整流回路は、例えば、図９に示すようなコッククロフト−ウォルトン回路でもよい。図９に示したコッククロフト−ウォルトン回路は、ｎ個（図示例では、ｎ≧６）のダイオードＤ21〜Ｄ2nとｎ個のコンデンサＣ21〜Ｃ2nとを備えており、振動発電装置ＥＨの出力電圧のピーク値の略ｎ倍の出力電圧を得ることが可能である。なお、図９では、組ごとに符号の下付き数字を同じ数字としてある。
【０１０２】
エネルギ変換装置１は、倍電圧整流回路としてコッククロフト−ウォルトン回路を採用することにより、両波倍電圧整流回路を採用する場合よりも、出力電圧の更なる高出力化を図ることが可能となる。
【０１０３】
エネルギ変換装置１は、図１０に示すように、整流回路７１の後段に、整流回路７１の出力電圧を定電圧化するＤＣ−ＤＣコンバータ７２を備える構成としてもよい。これにより、エネルギ変換装置１は、負荷をより安定して動作させることが可能となる。なお、ＤＣ−ＤＣコンバータ７２の前段は、コッククロフト−ウォルトン回路に限らず、倍電圧整流回路であればよく、図１（ａ）における整流回路７１を構成している両波倍電圧整流回路でもよい。
【０１０４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ７２は、例えば、昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータ用の集積回路、昇圧用インダクタ、整流回路７１の出力端間に接続される第１のコンデンサ、集積回路の出力端子とＧＮＤ端子との間に接続される第２のコンデンサなどを備えた構成を採用することができる。集積回路としては、例えば、Microchip Technology社のＭＣＰ１６４０／Ｂ／Ｃ／Ｄや、TEXASINSTRUMENT社のＴＰＳ６１０９７−３３などを用いることができる。
【０１０５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ７２の構成は特に限定するものではなく、例えば、昇圧用トランスを備えた昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータや、図２１のＤＣ−ＤＣコンバータ７０６のような昇圧チョッパでもよい。
【０１０６】
なお、本実施形態における振動発電装置ＥＨは、この振動発電装置ＥＨの共振周波数と一致する環境振動（外部振動）を利用して発電させることもできる。環境振動としては、例えば、稼動中のＦＡ機器で発生する振動、車両の走行によって発生する振動、人の歩行によって発生する振動など、種々の環境振動がある。振動発電装置ＥＨで発生する交流電圧の周波数は、環境振動の周波数がエネルギ変換装置１の共振周波数と一致する場合、振動発電装置ＥＨの共振周波数と同じになる。
【０１０７】
（実施形態２）
以下では、本実施形態のエネルギ変換装置１について図１１〜図１５に基づいて説明する。なお、実施形態１のエネルギ変換装置１と同様の構成要素については同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【０１０８】
本実施形態のエネルギ変換装置１は、可動部１２を上記規定方向に沿って変位させるための入力機構５を備えている。また、本実施形態のエネルギ変換装置１は、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５に接続された第２磁性材料部６とを備え、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力により可動部１２を変位可能である。
【０１０９】
第１磁性材料部７は、第１磁石もしくは第１磁性体のいずれかにより構成することができる。また、第２磁性材料部６は、第２磁石もしくは第２磁性体のいずれかにより構成することができる。
【０１１０】
本実施形態における振動ブロック１１は、支持部１４の平面視形状をＣ字状としてある。また、可動部１２は、可動部本体１３の外側面から上記規定方向に沿って突出する１つの突出部１８を備えている。突出部１８の先端面には、上述の第１磁性材料部７が接続されている。突出部１８と第１磁性材料部７とは接着剤により接続されている。突出部１８の平面視形状は、上記規定方向を長手方向とする長方形状としてある。ここで、突出部１８の短手方向の寸法は、支持部１４の両端面間の寸法よりもやや小さな寸法に設定してある。第１磁性材料部７の平面視形状は、矩形状としてある。
【０１１１】
第１磁性材料部７は、第１磁性体により構成してあるが、これに限らず、第１磁石により構成してもよい。第１磁性材料部７を第１磁性体により構成する場合の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどを採用することができる。また、第１磁性材料部７を第１磁石により構成する場合の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライトなどを採用することができる。
【０１１２】
振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各弾性体部１５とを、例えば、基板１０から形成することができる。この場合、振動ブロック１１では、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４および各弾性体部１５を一体に形成することができる。要するに、振動ブロック１１は、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成とすることができる。これにより、振動発電装置ＥＨの製造時には、振動ブロック１１を形成する際に、可動部本体１３、突出部１８、支持部１４および各弾性体部１５のアセンブリ工程が不要となり、製造が容易になる。また、可動部本体１３と突出部１８と支持部１４と各弾性体部１５とが、１枚のシリコン基板から一体に形成された構成では、各弾性体部１５と可動部本体１３、突出部１８および支持部１４とが低減衰材料であるシリコンにより一体に形成されているので、振動時のエネルギ損失を低減することが可能となり、エネルギ変換効率を向上することが可能となる。
【０１１３】
振動ブロック１１は、上記規定方向における可動部１２の両側それぞれに、複数の弾性体部１５が並んで設けられていることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。更に、エネルギ変換装置１は、個々の弾性体部１５にかかる応力を低減することが可能となり、耐久性の向上を図ることが可能となる。可動部１２の両側それぞれの弾性体部１５の数は、特に限定するものではない。
【０１１４】
第１スペーサ４１および第２スペーサ４２は、平面視形状がＣ字状の形状である。
【０１１５】
振動発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１の形状と第２スペーサ４２の形状とを同じ形状に設定してあることが好ましい。これにより、エネルギ変換装置１は、部品共通化による低コスト化を図ることが可能となる。
【０１１６】
また、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２の外形寸法は、振動ブロック１１の外形寸法に合わせてあることが好ましい。
【０１１７】
また、振動発電装置ＥＨは、第１スペーサ４１および第２スペーサ４２を設けずに、第１キャップ２１および第２キャップ３１を振動ブロック１１に固定した構成としてもよい。
【０１１８】
以上説明した振動発電装置ＥＨでは、磁石ブロック３と、コイルブロック４とを有し、磁石ブロック３とコイルブロック４とが対向配置されている。そして、振動発電装置ＥＨは、磁石ブロック３を備えた可動部１２と、支持部１４と、可動部１２と支持部１４とを接続している弾性体部１５とを有している。また、弾性体部１５は、上記規定方向における剛性が上記規定方向に直交する方向の剛性に比べて小さい。しかして、振動発電装置ＥＨは、可動部１２の振動方向を、磁石ブロック３とコイルブロック４との対向方向に直交する上記規定方向に単方向化することが可能となり、エネルギ変換効率の向上を図ることが可能となる。また、振動発電装置ＥＨは、上記規定方向における可動部１２の両側それぞれに複数の弾性体部１５が設けられている。これにより、振動発電装置ＥＨは、可動部１２の両側の各々に弾性体部１５が１個ずつ設けられている場合に比べて、可動部１２の振動方向の更なる単方向化が可能となり、エネルギ変換効率の更なる向上を図ることが可能となる。
【０１１９】
振動発電装置ＥＨは、可動部１２の上記規定方向への振動に伴って発生する電磁誘導によって、交流の誘導起電力が発生する。振動発電装置ＥＨの開放電圧は、可動部１２の振動に応じた交流電圧となる。ここで、エネルギ変換装置１は、上述の入力機構５に外力を与えることで可動部１２を上記規定方向に沿って変位させた後で、第２磁性材料部６が第１磁性材料部７から離れれば、可動部１２が減衰振動するので、この減衰振動に応じた交流電圧を発生する。要するに、振動発電装置ＥＨは、可動部１２を変位させて作動させることが可能である。
【０１２０】
ところで、エネルギ変換装置１は、振動発電装置ＥＨが実装される実装基板８を備えている。実装基板８としては、例えば、プリント配線板などの回路基板を採用することができる。そして、入力機構５は、実装基板８に固定されている。これにより、エネルギ変換装置１は、振動発電装置ＥＨと入力機構５との相対的な位置関係を規定することができる。
【０１２１】
入力機構５は、回路基板８に固定される円柱状の回動軸５１と、この回動軸５１に回動自在に保持された回動部本体５２と、回動部本体５２から突出された操作部５３と、回動部本体５２から操作部５３とは反対側に突出された突出部５４とを備えている。操作部５３は、例えば、エネルギ変換装置１の使用者などが指などで操作可能な大きさに形成されている。操作部５３と回動部本体５２と突出部５４とは、例えば、樹脂により形成することができる。第２磁性材料部６は、突出部５４の先端面に接続されている。突出部５４と第２磁性材料部６とは接着剤により接続されている。第２磁性材料部６の平面視形状は、矩形状としてある。
【０１２２】
第２磁性材料部６は、第２磁石により構成されているが、これに限らず、第２磁性体により構成してもよい。第２磁性材料部６を第２磁石により構成する場合の材料としては、例えば、ネオジム、サマリウムコバルト、アルニコ、フェライトなどを採用することができる。また、第２磁性材料部６を第２磁性体により構成する場合の材料としては、例えば、鉄−コバルト合金、電磁軟鉄、電磁ステンレス、パーマロイなどを採用することができる。
【０１２３】
第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向は、吸引する方向であるが、これに限らず、反発する方向でもよい。例えば、第１磁性材料部７を第１磁石により構成し、第２磁性材料部６を第２磁石により構成し、第１磁石と第２磁石との同極同士が対向するように第１磁石と第２磁石とを配置すれば、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向は、反発する方向となる。
【０１２４】
入力機構５は、操作部５３と突出部５４と第２磁性材料部６とが一直線上に配置されており、操作部５３と突出部５４と第２磁性材料部６とを結ぶ直線が上記規定方向と略直交するように配置されている。
【０１２５】
ここにおいて、入力機構５は、例えば、図１４に示すように、ねじりコイルばねからなる復帰ばね５５を備えている。復帰ばね５５は、回動部本体５２内で回動軸５１を囲むように配置されており、一端部５５ａが実装基板８に固定され、他端部５５ｂが操作部５３に固定されている。
【０１２６】
図１４に示した入力機構５は、初期位置にある操作部５３に対して復帰ばね５５のばね力に抗して外力を与えることにより、上記規定方向に沿って突出部５４が突出部１８から離れる向きへ変位する。そして、入力機構５は、操作部５３へ与えられていた外力がなくなると、復帰ばね５５のばね力によって、操作部５３が初期位置に戻るようになっている。なお、入力機構５は、図１４の構成に限定するものではなく、他の構成でもよい。
【０１２７】
第１磁性材料部７が第１磁性体であり且つ第２磁性材料部６が第２磁性体である場合には、入力機構５が、第２磁性材料部６を磁化可能な磁石（以下、磁化用磁石と称する）を備えるようにすればよい。入力機構５は、磁化用磁石を第２磁性材料部６に接触させて第２磁性材料部６を磁化することにより第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間に磁力を発生させ、第２磁性材料部６から磁化用磁石を離すことにより第２磁性材料部６の磁気を消失させ第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間の磁力を消失させるようにすればよい。
【０１２８】
振動ブロック１１は、支持部１４に、上記規定方向への可動部１２の変位量を規定値に制限するストッパ部１４ｃを設けてある。ストッパ部１４ｃは、支持部１４の内側面において上記規定方向に平行な面に対して傾斜したテーパ状である。これに対し、可動部１２の外周面（可動部本体１３の外側面）には、ストッパ部１４ｃと略平行な傾斜面１２ｃを設けてある。可動部１２に設けられた傾斜面１２ｃは、可動部１２の外周面において上記規定方向に平行な面に対して傾斜している。エネルギ変換装置１では、上述の入力機構５に外力を与えて可動部１２を上記規定方向へ変位させる際に、傾斜面１２ｃがストッパ部１４ｃに接触することで可動部１２の変位量が規定値に制限されるから、可動部１２の変位量を略一定値とすることが可能となる。また、エネルギ変換装置１では、上記規定方向とは異なる方向への可動部１２の変位を抑制することが可能となる。これらにより、エネルギ変換装置１では、外力を与える度に発電出力がばらつくのを抑制することが可能となり、また、外力を与える際に弾性体部１５に上記規定方向以外の方向へ過大な力が作用するのを抑制することが可能となり信頼性の向上を図ることが可能となる。
【０１２９】
エネルギ変換装置１の動作の一例について図１５に基づいて説明するが、図１５は、第２磁性材料部６が第２磁石により構成され、第１磁性材料部７が第１磁性体により構成されている場合の動作例を説明するためのものである。
【０１３０】
エネルギ変換装置１は、図１５（ａ）に示すように操作部５３が初期位置にある状態では、第２磁性材料部６と第１磁性材料部７との間に発生している磁力により第２磁性材料部６に第１磁性材料部７が吸着されている。エネルギ変換装置１は、初期位置にある操作部５３に対して、操作部５３が振動発電装置ＥＨに近づく向き（図１５（ａ）中の矢印の向き）の外力が与えられると、図１５（ｂ）の矢印で示すように、操作部５３および突出部５４が反時計回りに回動する。この際、エネルギ変換装置１は、可動部１２が図１５（ｂ）の右側の弾性体部１５の弾性力に抗して移動し、第１磁性材料部７が第２磁性材料部６に吸着された状態が維持される。なお、図１５（ｂ）において入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
【０１３１】
そして、エネルギ変換装置１は、操作部５３が更に回動され弾性体部１５のばね力が第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間の磁力よりも大きくなると、図１５（ｃ）に示すように第１磁性材料部７が第２磁性材料部６から離れ、可動部１２が上記規定方向に沿って振動する。この振動は、減衰振動である。なお、図１５（ｃ）において、可動部１２に付した矢印は、可動部１２の振動方向を示し、入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
【０１３２】
その後、入力機構５へ外力を与えるのを止めると、入力機構５は、復帰ばね５５のばね力によって初期位置に戻る。なお、図１５（ｄ）において入力機構５に付した矢印は、入力機構５の回動方向を示している。
【０１３３】
本実施形態のエネルギ変換装置１は、操作部５３を初期位置から第１所定角（例えば、５°）だけ回動させたときに可動部１２が上記規定値だけ変位してストッパ部１４ｃに接触し、操作部５３を初期位置から第２所定角（例えば、１０°）だけ回動させたときに弾性体部１５のばね力が第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間の磁力よりも大きくなるように、弾性体部１５のばね力を設計してある。第１所定角および第２所定角は、特に限定するものでないが、第２磁性材料部６が上記規定方向に沿った一直線上で変位するように設計することが好ましい。
【０１３４】
ところで、特許文献２に記載された発電装置では、図２０を参酌すれば分かるように、多葉カム１２０４がサスペンション１２１０に対して不要な方向にも力を与えてしまうため、エネルギ変換効率の向上が難しいと考えられる。
【０１３５】
また、特許文献２に記載された発電装置では、多葉カム１２０４がサスペンション１２１０に対して不要な方向にも力を与えてしまうため、サスペンション１２１０に過大な負荷がかかり、サスペンション１２１０の構造破壊を引き起こしてしまうことが考えられる。
【０１３６】
さらに、特許文献２に記載された発電装置では、多葉カム１２０４の各葉部（lobes）の各々の先端部とフォロア１２０６の先端部とにそれぞれの他の部位に比べて大きな応力がかかるため、摩耗による構造劣化が起こり、発電性能が低下してしまうことが考えられる。
【０１３７】
これに対して、本実施形態のエネルギ変換装置１は、可動部１２を上記規定方向に沿って変位させるための入力機構５と、可動部１２に接続された第１磁性材料部７と、入力機構５に接続された第２磁性材料部６とを備え、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力により可動部１２を変位可能である。これにより、エネルギ変換装置１は、入力機構５へ外力を適宜与えることで可動部１２を変位させて作動させることが可能であり、且つ、可動部１２へ上記規定方向とは異なる方向の力が作用するのを抑制することが可能となり、エネルギ変換効率（発電効率）および信頼性の向上を図ることが可能となる。エネルギ変換装置１は、入力機構５と第２磁性材料部６と第１磁性材料部７とで可動部１２を変位させるアクチュエータを構成している。
【０１３８】
エネルギ変換装置１は、第１磁性材料部７が、第１磁性体もしくは第１磁石のいずれかからなり、第２磁性材料部２が、第２磁性体もしくは第２磁石のいずれかからなるので、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力を適宜設定することが可能となる。
【０１３９】
また、エネルギ変換装置１は、第１磁性材料部７と第２磁性材料部６との間に発生する磁力の方向が、吸引する方向なので、磁力の方向が反発する方向である場合に比べて、可動部１２を上記規定方向に沿って安定して変位させることが可能となる。
【０１４０】
整流回路７１を構成する倍電圧整流回路は、図１１（ａ）の両波倍電圧整流回路に限らず、例えば、図８や図９のようなコッククロフト−ウォルトン回路を採用してもよい。また、整流回路７１の後段に、図１０のようなＤＣ−ＤＣコンバータ７２を備える構成としてもよい。これにより、エネルギ変換装置１は、負荷をより安定して動作させることが可能となる。
【０１４１】
ところで、上述の各実施形態１，２では、可動部１２が磁石ブロック３を備え、第１キャップ２１および第２キャップ３１の各々がコイルブロック４を備えているが、これらに限らず、可動部１２がコイルブロック４を備え、第１キャップ２１および第２キャップ３１の少なくとも一方が磁石ブロック３を備えた構成としてもよい。また、弾性体部１５は、ゴムや樹脂などにより形成してもよい。
【符号の説明】
【０１４２】
１  エネルギ変換装置
３  磁石ブロック
４  コイルブロック
１２  可動部
１４  支持部
１５  弾性体部
７１  整流回路
７２  ＤＣ−ＤＣコンバータ
Ｃ11  コンデンサ
Ｃ12  コンデンサ
ＥＨ  振動発電装置
【図１】
2014036462.tif 000003
【図２】
2014036462.tif 000004
【図３】
2014036462.tif 000005
【図４】
2014036462.tif 000006
【図５】
2014036462.tif 000007
【図６】
2014036462.tif 000008
【図７】
2014036462.tif 000009
【図８】
2014036462.tif 000010
【図９】
2014036462.tif 000011
【図１０】
2014036462.tif 000012
【図１１】
2014036462.tif 000013
【図１２】
2014036462.tif 000014
【図１３】
2014036462.tif 000015
【図１４】
2014036462.tif 000016
【図１５】
2014036462.tif 000017
【図１６】
2014036462.tif 000018
【図１７】
2014036462.tif 000019
【図１８】
2014036462.tif 000020
【図１９】
2014036462.tif 000021
【図２０】
2014036462.tif 000022
【図２１】
2014036462.tif 000023
【図２２】
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