(57)【要約】発電装置（１０００）は、振動を受けて電力を発電する発電器（１００）と、発電器（１００）の出力を変換する電力変換部（２２０）とを備える。発電器（１００）は第１の系統および第２の系統で電力を出力し、電力変換部（２２０）は、発電器（１００）の第２の系統の出力を受けて駆動され、発電器（１００）の第１の系統の出力を別の電力に変換する。
2013136691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を受けて電力を発電する発電器と、
前記発電器の出力を変換する電力変換部と
を備え、
前記発電器は第１の系統および第２の系統で電力を出力し、
前記電力変換部は、前記発電器の前記第２の系統の出力を受けて駆動され、前記発電器の前記第１の系統の出力を別の電力に変換する、
発電装置。
【請求項２】
前記発電器は、
第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板および前記第２基板の間に配置され、前記発電器内部で移動可能な可動基板と
を備え、
前記第１基板および前記第２基板の一方の、前記可動基板に対向する側の表面に、前記第１の系統に接続された複数の第１の電極が設置され、
前記第１の電極に対向する側の前記可動基板の表面に複数の第１のエレクトレットが配置され、
前記第１基板および前記第２基板の他方の、前記可動基板に対向する側の表面に、前記第２の系統に接続された複数の第２の電極が設置され、
前記第２の電極に対向する側の前記可動基板の表面に複数の第２のエレクトレットが配置される、
請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記発電器は、
第１基板と、
前記第１基板に対向して配置され、移動可能な可動基板と
を備え、
前記可動基板に対向する側の前記第１基板の表面に、前記第１の系統に接続された複数の第１の電極および前記第２の系統に接続された複数の第２の電極が交互に配置され、
前記第１および前記第２の電極に対向する側の前記可動基板の表面に複数のエレクトレットが配置される、
請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電器の前記第１の電極および前記第２の電極は互いに絶縁され、前記発電器は前記第１の電極および前記第２の電極のそれぞれから電力を出力する、
請求項２または３記載の発電装置。
【請求項５】
前記電力変換部は、直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路を含み、
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記発電器の前記第２の系統の出力を受けて駆動される、
請求項１記載の発電装置。
【請求項６】
前記電力変換部は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路と、
直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路と
を含み、
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記発電器の前記第２の系統の出力を受けて駆動される、
請求項１記載の発電装置。
【請求項７】
さらに、前記電力変換部を制御するＭＰＰＴ回路を備え、
前記電力変換部は、前記発電器の前記第１の系統の出力を別の電力に変換し、
前記ＭＰＰＴ回路は、前記発電器の前記第２の系統の出力に基づいて、前記電力変換部を制御する、
発電装置。
【請求項８】
前記ＭＰＰＴ回路は、前記電力変換部の出力が最大になるように前記電力変換部を制御する、
請求項７記載の発電装置。
【請求項９】
前記発電器は、
第１基板と、
第２基板と、
前記第１基板および前記第２基板の間に配置され、前記発電器内部で移動可能な可動基板と
を備え、
前記第１基板および前記第２基板の一方において、前記可動基板に対向する側の表面に、前記第１の系統に接続された複数の第１の電極が設置され、
前記第１の電極に対向する側の前記可動基板の表面に複数の第１のエレクトレットが配置され、
前記第１基板および前記第２基板の他方において、前記可動基板に対向する側の表面に、前記第２の系統に接続された複数の第２の電極が設置され、
前記第２の電極に対向する側の前記可動基板の表面に複数の第２のエレクトレットが配置される、
請求項７記載の発電装置。
【請求項１０】
前記発電器は、
基板と、
前記基板に対向して配置され、移動可能な可動基板と
を備え、
前記可動基板に対向する側の前記基板の表面に、前記第１の系統に接続された複数の第１の電極および前記第２の系統に接続された複数の第２の電極が交互に配置され、
前記第１の電極および前記第２の電極に対向する側の前記可動基板の表面に複数のエレクトレットが配置される、
請求項７記載の発電装置。
【請求項１１】
前記発電器の前記第１の電極と前記第２の電極とは絶縁され、前記発電器は前記第１の電極および前記第２の電極のそれぞれから出力する、
請求項９または１０記載の発電装置。
【請求項１２】
前記電力変換部は、
直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路
を含み、
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記ＭＰＰＴ回路によって制御される、
請求項７記載の発電装置。
【請求項１３】
前記電力変換部は、
交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路と、
直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路と
を含み、
前記ＤＣ／ＤＣ変換回路は、前記ＭＰＰＴ回路によって制御される、
請求項７記載の発電装置。
【請求項１４】
振動を受けて発電する発電器と、
前記発電器の出力を変換する電力変換部と
を備え、
前記発電器の出力に基づいて前記電力変換部の電力変換の有無が切り替わる
発電装置。
【請求項１５】
前記発電器の出力に関する情報を検出する検出部と、
前記電力変換部の電力変換の有無を切り替える制御部と
をさらに備え、
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電装置の出力が前記発電装置の消費電力以下になったと判断したとき、前記電力変換部の前記電力変換を停止する、
請求項１４記載の発電装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電器の出力が所定値以上になったと判断した場合、前記発電器から前記電力変換部への入力を遮断する、
請求項１５記載の発電装置。
【請求項１７】
前記検出部によって検出される前記情報は、前記発電器の前記出力電力である、
請求項１５記載の発電装置。
【請求項１８】
前記発電器は振動可能な振動体を有し、
前記検出部によって検出される前記情報は、前記振動体の振動振幅である、
請求項１５記載の発電装置。
【請求項１９】
さらに、前記電力変換部を制御するＭＰＰＴ回路を備え、
前記ＭＰＰＴ回路は前記検出部が検出した前記振動体の振動振幅に基づいて前記電力変換部を制御する、
請求項１８記載の発電装置。
【請求項２０】
さらに受動式スイッチを備え、
前記受動式スイッチは、前記発電器による出力電力の大きさに従って、前記発電器から前記電力変換部への電力の入力を、遮断または許可する、
請求項１４記載の発電装置。
【請求項２１】
前記受動式スイッチは入力電極、出力電極、可動電極を備え、入力電極に入力された電力の電圧に従って可動電極が湾曲することにより、入力電極および出力電極の導通／非導通を切り替える、
請求項２０記載の発電装置。
【請求項２２】
さらにスイッチを備え、
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電器から前記電力変換部への電力の入力を前記スイッチが遮断または許可するよう前記スイッチを制御する、
請求項１５記載の発電装置。
【請求項２３】
前記電力変換部は、
入力された直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部
を含み、
前記制御部は前記情報に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部の電圧変換の有無を切り替える、
請求項１５記載の発電装置。
【請求項２４】
前記電力変換部は、
前記発電器によって出力された交流電流を直流電流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部によって出力された直流電流を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と
を含み、
前記制御部は前記情報に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部の電圧変換の有無を切り替える、
請求項１５記載の発電装置。
【請求項２５】
請求項１ないし２４いずれか１つに記載された発電装置を備える
電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野は振動を受けて発電する発電装置およびそれを用いた電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小電気機械素子（ＭＥＭＳ素子、ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）は、無線、光、加速度センサ、バイオおよび発電など、多くの分野に応用されている。その中で、発電の分野にＭＥＭＳ技術を応用したデバイスとして、光、熱および振動といった形で環境中に散逸されたエネルギーを集めて活用する環境発電器（Energy Harvester）の開発が進められている。この環境発電器は、例えば低電力無線機の電源に適用されて、電源ケーブルや電池を必要としない無線センサ・ネットワークなどを実現する。また、ＭＥＭＳ技術を環境発電器に適用することにより、環境発電器の小型化が期待される。【０００３】
光および熱の散逸量が比較的小さい環境においては、外部環境から加えられる力を利用して、素子を構成する部材の振動によって発電する振動型発電器が有用である。振動型発電器には、圧電式、電磁式および静電式がある。特に静電式振動型発電器は、圧電材料および磁性材料を必要とせず、簡単な方法で製造できるという利点を有する。【０００４】
また、このような振動型発電器は発電電力が微小であるので、発電効率のより高い発電装置が望まれる。これに関連する技術として例えば特許文献１に開示された技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４６２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のようなタイプの発電装置では、その信頼性や発電効率に改善の余地がある。そこで、発電装置の信頼性および発電効率の少なくともいずれか一方を一層向上させることにより、発電品質がより一層向上された発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の態様による発電装置は、振動を受けて電力を発電する発電器と、発電器の出力を変換する電力変換部（パワー・マネージメント回路）とを備える。発電器は第１の系統および第２の系統で電力を出力し、電力変換部は、発電器の第２の系統の出力を受けて駆動され、発電器の第１の系統の出力を別の電力に変換する。【０００８】
第２の態様による発電装置は、振動を受けて発電する発電器と、発電器の出力を変換する電力変換部とを備え、発電器の出力に基づいて電力変換部の電力変換の有無が切り替わる。
【発明の効果】
【０００９】
各態様による発電装置によれば、信頼性および発電効率の少なくともいずれか一方が向上され、よって、発電品質が向上された発電装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１による発電装置のブロック図
【図２】実施形態１の発電器の断面図
【図３】発電器の電極の配置と可動電極の振動方向との関係を説明するための図
【図４】発電器の可動基板の振動と発電器の発電との関係を説明するための図
【図５】実施形態２による発電装置のブロック図
【図６】実施形態３による発電装置のブロック図
【図７】受動式スイッチの平面図
【図８】図７のＡ−Ａ’線に沿った受動式スイッチの断面図
【図９】別の受動式スイッチの平面図
【図１０】図９のＡ−Ａ’線に沿った別の受動式スイッチの断面図
【図１１】実施形態４による発電装置のブロック図
【図１２】実施形態４の発電器の断面図
【図１３】実施形態５による発電装置のブロック図
【図１４】実施形態６による発電装置のブロック図
【図１５】実施形態６の発電器の断面図
【図１６】発電器の可動基板の振動と発電器の発電との関係を説明するための図
【図１７】実施形態７による発電装置のブロック図
【図１８】実施形態７の発電器の断面図
【図１９】実施形態８による発電装置のブロック図
【図２０】実施形態９による発電装置のブロック図
【図２１】実施形態１０による発電装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
振動型発電器は、環境中に発生した振動をエネルギー源として発電を行うので、出力が不安定になることがあり、よって、信頼性が低くなることがある。例えば、振動が過大な場合には、発電によって生じた電圧が高すぎることによって、該振動型発電器を備える発電装置が故障する恐れもある。また、振動が過小な場合には、電力変換効率が低下し、場合によって発電器の発電電力が発電装置の消費電力を下回り、発電装置の後段の蓄電池等に蓄えられた電力を減少させる恐れもある。以下に示す各実施形態によれば、信頼性および発電効率の少なくともいずれか一方が向上されより安定的に電力を供給できる、発電品質が向上された発電装置の提供が可能となる。
【００１２】
以下、実施形態について添付の図面を参照して説明する。
【００１３】
＜１．実施形態１＞
＜１−１．構成＞
＜１−１−１．全体の構成＞
図１は、本実施形態による発電装置のブロック図である。図１で示すように、本実施形態の発電装置１０００ａは、発電器１００ａと、パワー・マネージメント回路２００ａとを備える。パワー・マネージメント回路２００ａは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０と、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａと、電力検出部２３０ａと、制御部２４０ａとで構成される。発電器１００ａは、例えば、ＭＥＭＳ（微小電気機械素子）技術によって製造された振動型発電器でよい。発電器１００ａは、エレクトレット１０１や、電極１０２などを含む。パワー・マネージメント回路２００ａのＡＣ／ＤＣ変換回路２１０は、４つのダイオードによって構成されるブリッジ整流回路２１２およびキャパシタ２１３で構成される平滑回路と、負荷抵抗２１４とを含む。
【００１４】
発電器１００ａはＡＣ／ＤＣ変換回路２１０に接続される。ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０はＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａに接続される。電力検出部２３０ａはＡＣ／ＤＣ変換回路２１０とＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの間に接続される。制御部２４０ａは電力検出部２３０ａとＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａに接続される。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａは外部の負荷（例えば蓄電池）９００に接続される。さらに蓄電池９００は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａと、電力検出部２３０ａと、制御部２４０ａと、外部のセンサ等（符号なし）とに、電力を供給できるように接続される。
【００１５】
発電器１００ａは、外力によって生じた内部の振動によって発電し、交流電流を出力する。
【００１６】
ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０は、発電器１００ａによって出力された交流電流（電圧）を直流電流（電圧）に変換する。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された直流電流によって生じた直流電圧を、別の電圧値の直流電圧に変換する。そしてＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａは、外部の蓄電池９００に電力を供給する。
【００１８】
電力検出部２３０ａは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された直流電流の電力を検出する。
【００１９】
制御部２４０ａは内部に電力下限値を記憶している。「電力下限値」は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの変換動作の実行／停止を判断する基準となる電力値である。
【００２０】
電力下限値は、例えば、発電器１００ａの通常的な発電の中で生じうるＤＣ／ＤＣ変換回路２２０への入力電力の最大値の、１／１０に設定されてよい。例えば、通常的なＤＣ／ＤＣ変換回路２２０への入力電力の最大値が１００μＷである場合、電力下限値は１０μＷに設定される。つまり、入力電力が１００μＷから１０μＷに低下して電力変換効率が８５％から７０％に低下するような場合に、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの変換動作を停止させるための規準となるように電力下限値は設定される。
【００２１】
あるいは、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの出力電力とパワー・マネージメント回路２００ａの消費電力とが等しくなると想定されるときのＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａへの入力電力が、電力下限値として設定されてもよい。
【００２２】
制御部２４０ａは、電力検出部２３０ａが検出した電力値に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの電圧変換動作の実行／停止を切り替える。
【００２３】
蓄電池９００は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａによって供給された電力を蓄える。そして蓄えた電力の一部をＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａと、電力検出部２３０ａと、制御部２４０ａと、外部のセンサ等に供給して、これらの装置を動作可能な状態にする。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａ、電力検出部２３０ａおよび制御部２４０ａはそれぞれ、動作するために、蓄電池９００から供給された電力を消費してよい。
【００２４】
＜１−１−２．発電器の構成＞
図２を参照して発電器１００ａの構造について説明する。後述するように発電器１００ａは内部で振動する振動体（可動基板１１０）を備えている。図２（ａ）は、可動基板１１０が振動の中心にいる状態を示す。図２（ｂ）は、可動基板１１０が振幅の端にいる状態を示す。
【００２５】
発電器１００ａは下部基板（第１基板）１１１と、上部基板（第２基板）１０９と、可動基板（可動部、重り、振動体）１１０と、バネ（弾性構造体）１１２と、固定構造体１０８と、上部接合部１０７と、下部接合部１０６と、エレクトレット１０１と、電極１０２と、パッド１０５とを備える。
【００２６】
上部基板１０９および下部基板１１１は、可動基板１１０とバネ１１２と固定構造体（中間基板）１０８とから所定の距離をとりつつ、互いに平行に対向するように、上部接合部１０７および下部接合部１０６によって固定される。
【００２７】
固定構造体１０８、可動基板１１０およびバネ１１２は、例えば、１枚の基板が加工されて形成される。よって、固定構造体１０８、可動基板１１０およびバネ１１２は、「可動基板１１０が弾性構造体１１２によって接続されている中間基板１０８」または「弾性構造体１１２によって可動な重り１１０を有する中間基板１０８」といってもよい。
【００２８】
可動基板１１０は、上部基板１０９または下部基板１１１と平行な、少なくとも一軸方向（例えば、図２における両矢印方向）に動けるよう構成される。よって可動基板１１０は、外部から加えられた振動に追従して、図２（ｂ）に示すように、上部基板１０９と平行な方向に振動（往復運動）することが可能である。
【００２９】
上部基板１０９の下部基板１１１に対向する面を下部表面という。下部基板１１１の上部基板１０９に対向する面を上部表面という。下部基板１１１の上部表面および上部基板１０９の下部表面が、それぞれ第１基板表面および第２基板表面に相当する。
【００３０】
下部基板１１１の上部表面には、複数の電極１０２が設けられる。これらの電極１０２を接続する配線は下部基板１１１内を通って、パッド１０５に接続される。発電器１００ａはパッド１０５を通じて、発電した電流を出力する。また、下部基板１１１に対向する側の可動基板１１０表面に、複数のエレクトレット１０１が設けられる。エレクトレット１０１は、エレクトレット１０１の中心を通る電気力線が下部基板１１１の上部表面に対して垂直になるように設けられる。電気力線の向きは、可動基板１１０から下部基板１１１への方向でもよく、その反対方向でもよい。以下では、電気力線の向きは、可動基板１１０から下部基板１１１への方向とする。
【００３１】
電極１０２と第１のエレクトレット１０１との間に所定の間隙が設けられるよう、下部基板１１１と固定構造体１０８は、下部接合部１０６により接合される。同様に、上部基板１０９と固定構造体１０８は、上部接合部１０７により接合される。
【００３２】
図３を参照して電極１０２およびエレクトレット１０１の配置について説明する。図３は、下部基板１１１の上部表面を、下部基板１１１の上部表面に対して垂直な方向から見たときの図である。
【００３３】
図３に示すように電極１０２は、可動基板１１０の振動可能な方向に対して垂直な方向で、かつ下部基板１１１の上部表面と平行な方向に、延長して配置される。図３のＰは、隣接する電極１０２の中心線間の距離を示す。複数の電極１０２は、互いに平行に、かつ中心線間隔Ｐを設けて等間隔になるように、配置される。例えば、電極１０２の幅（可動基板１１０の振動可能方向の寸法）は１００μｍであり、距離Ｐは２００μｍである。
【００３４】
複数のエレクトレット１０１は可動基板１１０の下部基板１１１側の表面に、下部基板１１１の上部表面に対して垂直な方向から見たときに電極１０２と一致するように配置されてよい。つまり、エレクトレット１０１は電極１０２と同じ大きさで、かつ中心線間隔Ｐを設けて等間隔に配置されてよい。なお、エレクトレット１０１の幅は、電極１０２の幅と異なってもよい。その場合は、エレクトレット１０１の中心線が電極１０２の中心線と重なるように、かつ同じ中心線間隔Ｐを設けて配置される。
【００３５】
このように、複数の電極１０２と複数のエレクトレット１０１は、可動基板１１０の振動可能方向に等間隔に配置される。
【００３６】
＜１−２．動作＞
＜１−２−１．発電器の発電動作＞
再び図２を参照して、発電器１００ａの発電動作について説明する。発電器１００ａでは、外部環境から受けた力（例えば振動）に追従して可動基板１１０が振動する。弾性構造体１１２のバネ定数および共振周波数は、想定される外部環境（例えば、自動車の走行中の振動）の振動周波数に対して最大振幅が発生するよう最適化される。
【００３７】
可動基板１１０は振動時、図２（ａ）が示すような電極１０２とエレクトレット１０１の対向面積が最大になる状態と、図２（ｂ）に示すような電極１０２とエレクトレット１０１の対向面積が小さくなる状態とを、交互に繰り返す。
【００３８】
電極１０２とエレクトレット１０１の対向面積が大きくなるほど、エレクトレット１０１の電気力線は可動基板１１０から下部基板１１１への方向を向いているので、電極１０２に引き寄せられる電荷が多くなる（給電）。逆に、対向面積が小さくなるほど、電極１０２に引き寄せられる電荷が少なくなる、つまり解放される電荷が多くなる（放電）。すなわち、電極１０２とエレクトレット１０１の対向面積が大きくなるほど電極１０２とエレクトレット１０１間の静電容量値が大きくなり、対向面積が小さくなるほど静電容量値が小さくなる。
【００３９】
電極１０２とエレクトレット１０１の対向面積が大きくなって電極１０２に電荷が引き寄せられることにより、パッド１０５からＡＣ／ＤＣ変換回路２１０へ電流が流れる。一方、電極１０２に引き寄せられていた電荷がこの対向面積の減少によって解放されることにより、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０からパッド１０５へ電流が流れる。このような発電器１００ａの動作によって、交流電流が発電される。
【００４０】
次に、外部環境による振動と発電器１００ａの発電の関係について説明する。発電器１００ａが使用される振動環境には、連続的で一定の振動が発生する振動環境と、単発的な衝撃が発生する振動環境とがある。図４に示す例では、単発的な衝撃が発電器１００ａに加えられる。
【００４１】
図４（ａ）は、外部環境によって発電器１００ａに加えられた力（加速度）の時間変化を示す。（ｂ）は、加えられた力に従って発電器１００ａの出力電圧の時間変化を示す。（ｃ）、（ｄ）については後述する。発電器１００ａに単発的な衝撃が加えられたとき（図４（ａ））、発電器１００ａの可動基板１１０は自由振動し、時間とともに振動が減衰する。その減衰振動に従って発電器１００ａの出力は減衰する（図４（ｂ））。
【００４２】
＜１−２−２．パワー・マネージメント回路の動作＞
（１）正常発電時
図４を参照して、発電器１００ａが交流電流を発電したときのパワー・マネージメント回路２００ａの動作を説明する。図４（ｃ）は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力され、そしてＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａに入力される電力の時間変化を示す。Ｐｔｈは電力下限値を示す。図４（ｄ）は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａにおける電力変換動作のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す。
【００４３】
ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０は、前述のように、発電器１００ａによって出力された交流電圧（図４（ａ））を直流電圧に変換し、出力する。パワー・マネージメント回路２００ａの電力検出部２３０ａは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０の出力電力を検出する。なお、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０の出力端における電圧の高さは変換前の交流電圧の振幅に比例し、直流電圧の電力は直流電圧の高さに比例する。よってＡＣ／ＤＣ変換回路２１０の出力電力は、発電器１００ａによって出力された交流電圧の振幅に比例する（図４（ｃ））。よって、電力検出部２３０ａは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０の出力電力を検出することにより発電器１００ａによって出力された交流電圧の振幅を検出する。電力検出部２３０ａは、検出した電力に基づく情報を制御部２４０ａに入力する。
【００４４】
制御部２４０ａは、入力された電力情報に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａに入力された電力を把握し、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの電力変換動作の有無を切り替える。制御部２４０ａは、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａに入力された電力が、電力下限値を上回ったと判断したとき、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの変換動作を実行させ（つづけ）る（図４（ｄ）における「ＯＮ状態」）。よって、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａは後段に接続された蓄電池９００にとって好適な電圧を印加して、蓄電池９００に電力を供給する。
【００４５】
（２）振動（発電電力）が過小なとき
一方、発電器１００ａの発電電力が低下して、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａに入力される電力が低下する場合がある。以下、この場合のパワー・マネージメント回路２００ａの動作について説明する。パワー・マネージメント回路２００ａは、振動エネルギーによって発電された電力が有効に使用されるように、この電力を後段の負荷（装置、蓄電池）にとって好適な電流値および電圧値の電力に変換する。しかしパワー・マネージメント回路２００ａにおいて電力変換に伴う電力損失が生じる。この電力損失は、パワー・マネージメント回路２００ａ自体の電力消費に起因する。
【００４６】
前述のとおり、発電器１００ａに加えられた力が単発的な衝撃であった場合、発電出力は徐々に減少していく。出力の低下に伴って、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａによって出力される電力が減少する。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａによって出力される電力が減少すると、やがてＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａによって出力される電力が、パワー・マネージメント回路２００ａによって消費される電力以下になる状況が起こる。
【００４７】
例えば、図４（ａ）に示すように、発電器１００ａに、単発的な衝撃が一定期間Ｓ毎に加えられる場合を考える。蓄電池９００に蓄えられる電力がパワー・マネージメント回路２００ａの消費電力以下である時間は、この例では、期間Ｓの３０％である（図４（ｃ））。つまり、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの電力変換動作によって消費される電力の３０％は、発電効率の向上に寄与しないばかりか、むしろパワー・マネージメント回路２００ａから出力される電力以上になっている。したがって、この３０％の期間にＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａが変換動作を実行することは無駄である。
【００４８】
このような状況では、パワー・マネージメント回路２００ａは後段の蓄電池９００に充分な電力を供給できず、むしろ蓄電池９００に蓄えられた電力が、外部のセンサ等への電力供給がなくとも、減少することになる。これは、安定的に電力を供給するべき発電装置１０００ａとしては問題である。
【００４９】
このような問題を防止するために制御部２４０ａは、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａに入力された電力が、電力下限値以下であると判断したとき、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの変換動作を停止する（図４（ｄ）における「ＯＦＦ状態」）。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの電力消費をゼロにする。つまり、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａを動作させつづけた場合に比べて、電力消費を削減できる。本例であれば、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａに入力された電力が電力下限値以下になる時間が期間Ｓの３０％であるので、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａを動作させつづけた場合に比べて、消費電力を３０％削減できる。
【００５０】
＜１−３．本実施形態のまとめ＞
以上のとおり、本実施形態の発電装置１０００ａは、振動を受けて発電する発電器１００ａと、発電器１００ａの出力を変換するＡＣ／ＤＣ変換回路２１０およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａと、発電器１００ａの出力電力を検出する電力検出部２３０ａと、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの電力変換の有無を切り替える制御部２４０ａとを備える。制御部２４０ａは、電力検出部２３０ａによって検出されて出力された電力情報に基づいて、例えば発電装置１０００ａの出力が発電装置１０００ａの消費電力以下になったと判断したとき、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの電力変換動作を停止させる。
【００５１】
この構成によって本実施形態の発電装置１０００ａは、発電装置１０００ａの出力が所定値以下、例えば、発電装置１０００ａの消費電力以下になったとき、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ａの電力消費をゼロにする。これにより、発電装置１０００ａはより効率良く電力を供給することが可能になるので発電装置１０００ａの信頼性がより向上する。
【００５２】
＜２．実施形態２＞
以下、第２の実施形態について説明する。
【００５３】
振動型発電器に強い衝撃が加わった場合、出力が急激に増大する。このため、高い電力（電圧）の信号がパワー・マネージメント回路に入力され、パワー・マネージメント回路が故障するおそれがある。例えば、ＤＣ／ＤＣ変換器に、ＤＣ／ＤＣ変換器の規定値を超える高い電圧が入力された場合等である。本実施形態の発電装置は、このような強い衝撃に起因するパワー・マネージメント回路の故障の発生を少なくとも低減させる。
【００５４】
＜２−１．発電装置の構成および動作＞
本実施形態は、図５に示すような構成を有する。ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０とＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂとの間にスイッチ３００が直列に接続され、制御部２４０ｂとスイッチ３００が接続される。これ以外は、実施形態１の構成と同様でよい。図５においては、負荷９００や外部センサ等は省略されている。
【００５５】
本実施形態において、実施形態１と同様に、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された電力を、電力検出部２３０ｂが検出する。制御部２４０ｂは電力検出部２３０ｂによって検出された電力に基づいて、スイッチ３００のＯＮ／ＯＦＦ状態を切り替える。
【００５６】
本実施形態の制御部２４０ｂは、電力上限値を記憶している。「電力上限値」は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂに入力できる電力の上限に対応する値である。
【００５７】
制御部２４０ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された電力が電力上限値を下回っていると判断した場合、スイッチ３００およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂをＯＮ状態にし（あるいはＯＮ状態を維持し）、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂに電力の変換および出力を実行させる。
【００５８】
一方、制御部２４０ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された電力が電力上限値以上であると判断した場合、スイッチ３００およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂをＯＦＦ状態に切り替える。これにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂへの入力が遮断される。
【００５９】
例えば、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂの規定電圧が４０Ｖである場合に、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された電力の電圧が６０Ｖであったとき、制御部２４０ｂはスイッチ３００をＯＦＦ状態に切り替え、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂへの６０Ｖの電圧印加を阻止する。
【００６０】
＜２−２．本実施形態のまとめ＞
以上のとおり、本実施形態の発電装置１０００ｂは、振動を受けて発電する発電器１００ａと、発電器１００ａの出力を変換するＡＣ／ＤＣ変換回路２１０およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂと、発電器１００ａの出力電力を検出する電力検出部２３０ｂと、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂの間に直列に接続されたスイッチ３００と、スイッチ３００の導通／非導通を切り替える制御部２４０ｂとを備える。制御部２４０ｂは、電力検出部２３０ｂによって出力された電力情報に基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０の出力電力が電力上限値以上であると判断したとき、スイッチ３００を非導通状態にする。
【００６１】
この構成によって本実施形態の発電装置１０００ｂは、発電器１００ａの出力が過大になった場合に、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂへの入力を遮断する。これにより、発電器１００ａの過大な発電出力に起因するＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂの故障を防止できるので、発電装置１０００ｂの信頼性が向上する。
【００６２】
なお、本実施形態のパワー・マネージメント回路２００ｂは、実施形態１と同様に、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂへの入力電力が電力下限値以下になった場合に、制御部２４０ｂがＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｂを停止するという構成を有してもよい。これにより、本実施形態によっても、パワー・マネージメント回路２００ｂが外部機器に対しより効率良く電力を供給できるようになりので、発電装置１０００ｂの信頼性がより向上する。
【００６３】
＜３．実施形態３＞
以下、第３の実施形態について説明する。
【００６４】
実施形態２では制御部２４０ｂがスイッチ３００を切り替える構成であった。本実施形態は、スイッチ自体がＤＣ／ＤＣ変換回路への入力に従って、ＤＣ／ＤＣ変換回路への電力の遮断／供給を受動的に切り替える。
【００６５】
＜３−１．発電装置の構成および動作＞
本実施形態は、図６に示すような構成を有する。本実施形態の構成は、図５で示したような実施形態２と比較すると、電力検出部２３０ｂおよび制御部２４０ｂがないことと、スイッチ３００の代わりに受動式スイッチ３１０が備えられていること以外は、実施形態２と同様でよい。
【００６６】
受動式スイッチ３１０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０とＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃとの間に直列に接続される。受動式スイッチ３１０は、入力された電圧に従って導通／非導通を切り替える。入力電圧が高い場合に受動式スイッチ３１０は導通し、入力電圧が低い場合に受動式スイッチ３１０は非導通になる。受動式スイッチ３１０は、例えば、ＭＥＭＳ技術で形成された静電駆動型のスイッチである。以下、受動式スイッチ３１０の詳細について説明する。
【００６７】
図７、図８を参照して、本実施形態の受動式スイッチ３１０の構成を説明する。図７のＡ−Ａ’線での断面図が図８である。図７に示すように受動式スイッチ３１０は、基板３１６と、絶縁層３１５と、可動電極３１１と、出力電極３１３と、入力電極３１４と、駆動電極３１２とによって構成される。
【００６８】
絶縁層３１５は、基板３１６と、駆動電極３１２および出力電極３１３および入力電極３１４との間に接合される層間絶縁膜である。可動電極３１１は一端を入力電極３１４に接合され、かつ他端は出力電極３１３と所定の間隔をあけて形成される片持ち梁状の電極である。中空に架橋された端は、湾曲することによって出力電極３１３に接触することが可能なように形成および配置される。図８の両矢印はこの湾曲を示す。駆動電極３１２は、可動電極３１１と絶縁層３１５の間の空間内で、絶縁層３１５に接合される。また、駆動電極３１２は電気的に接地される。出力電極３１３は絶縁層３１５に接合される。これら入力電極３１４、出力電極３１３および駆動電極３１２は、互いに電気的に絶縁して配置される。このように構成された受動式スイッチ３１０は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０とＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃとの間に直列に接続される。
【００６９】
本実施形態の発電装置１０００ｃにおいて、前述の実施形態と同様に、発電器１００ａが発電して電力を出力し、この電力をＡＣ／ＤＣ変換回路２１０およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃが変換し、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃが後段の負荷（蓄電池）９００に電力を出力する。このとき、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０が出力した電力（電圧）に従って、受動式スイッチ３１０は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃへの入力を遮断または許可する。受動式スイッチ３１０の具体的な動作について以下に説明する。
【００７０】
受動式スイッチ３１０は、所定の電圧下限値で導通／非導通が切り替わる。「電圧下限値」は、実施形態１の電力下限値と同様、パワー・マネージメント回路２００ｃの出力電力がパワー・マネージメント回路２００ｃの消費電力と等しくなるときの、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０の出力電圧に対応する値でよい。電圧下限値は、受動式スイッチ３１０を構成する各部の寸法、材質および配置などによって規定される。
【００７１】
可動電極３１１と駆動電極３１２との間に電位差が生じると、可動電極３１１と駆動電極３１２との間に静電力が働き、可動電極３１１は駆動電極３１２側へ湾曲する。
【００７２】
受動式スイッチ３１０の入力電極３１４に入力された電圧が電圧下限値を上回った場合、可動電極３１１と駆動電極３１２との間の電位差が所定値を上回り、静電力によって湾曲した可動電極３１１は出力電極３１３と接触するようになり、電気的に接続する。つまり、入力電極３１４と出力電極３１３は電気的に導通する。
【００７３】
このような受動式スイッチ３１０の動作によって、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された電力はＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃへ入力される。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０は、入力された電力を変換して後段の蓄電池９００へ出力する。すなわち充電動作が実行される。
【００７４】
一方、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された電圧が電圧下限値以下であった場合、可動電極３１１を湾曲させる静電力が弱まるため、可動電極３１１と出力電極３１３との接続が切断される。これにより、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０からＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃへの入力が遮断される。
【００７５】
ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃへの入力が遮断されることにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃでの電力変換動作が停止する。つまり、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃでの電力変換動作の結果ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃから出力される電力が、パワー・マネージメント回路２００ｃの消費電力以下になったとき、受動式スイッチ３１０がＯＦＦ状態になることにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃは変換動作を実行しない。
【００７６】
なお、可動電極３１１と駆動電極３１２との間に働く静電力は、可動電極３１１と駆動電極３１２との間に電位差が生じれば発生する。前述の例では可動電極３１１の電位が駆動電極３１２の電位より高い場合を示した。しかし、可動電極３１１の電位が駆動電極３１２の電位より低い場合もあり得、その場合にも可動電極３１１と駆動電極３１２とが引き合う静電力が発生する。本実施形態では可動電極３１１の電位が駆動電極３１２の電位より高い場合のみを想定する。しかし可動電極３１１の電位が駆動電極３１２の電位より低い場合に発生する静電力を利用する構成であってもよい。
【００７７】
＜３−２．本実施形態のまとめ＞
以上のとおり、本実施形態の発電装置１０００ｃは、振動を受けて発電する発電器１００ａと、発電器１００ａの出力を変換するＡＣ／ＤＣ変換回路２１０およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃと、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された電圧に従ってＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃでの電力変換の有無を切り替える受動式スイッチ３１０とを備える。
【００７８】
この構成によって本実施形態の発電装置１０００ｃは、例えば、発電装置１０００ｃの出力が発電装置１０００ｃの消費電力以下になったとき、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃの電力消費をゼロにする。これにより、実施形態１と同様に、発電装置１０００ｃはより効率良く電力を供給することが可能になるので、発電装置１０００ｃの信頼性がより向上する。
【００７９】
また、本実施形態の発電装置１０００ｃは、受動式スイッチ３１０を備えることによって、先の実施形態と比較すると電力検出部および制御部を備える必要がないため、回路規模をより縮減できる。
【００８０】
なお、本実施形態の受動式スイッチ３１０の変形例として、図９に示すような受動式スイッチ３１０ｂを備える構成でもよい。受動式スイッチ３１０ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０の出力電圧が所定値以上になった場合に、その電圧のＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃへの入力を遮断する。
【００８１】
図１０を参照して受動式スイッチ３１０ｂについて説明する。図１０は、図９のＡ−Ａ’線における断面図である。受動式スイッチ３１０ｂの構成は、図８で示すような受動式スイッチ３１０と比較すると、出力電極３１３ｂの形状が異なる以外は同様である。可動電極３１１ｂは、可動電極３１１ｂおよび駆動電極３１２ｂの間に発生する静電力によって湾曲できるよう形成される。図１０の両矢印はこの湾曲を示す。入力電極３１４ｂに印加された電圧が電圧上限値より低い場合、可動電極３１１ｂは湾曲せず、出力電極３１３ｂと接触して、可動電極３１１ｂは出力電極３１３ｂと電気的に接続する。一方、入力電極３１４ｂに印加された電圧が電圧上限値以上になった場合は、可動電極３１１ｂが湾曲して、可動電極３１１ｂと出力電極３１３ｂとの接続は切断される。「電圧上限値」は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃに入力可能な電圧の上限値に対応する。
【００８２】
入力電極３１４ｂに電圧上限値を下回る電圧が入力された場合、可動電極３１１ｂは出力電極３１３ｂと接続されるので、入力電極３１４ｂと出力電極３１３ｂは導通する。したがって、蓄電池９００への充電動作が実行される。一方、入力電極３１４ｂに電圧上限値以上の電圧が入力された場合、可動電極３１１ｂが湾曲して可動電極３１１ｂと出力電極３１３ｂの接続は切断されるので、入力電極３１４ｂと出力電極３１３ｂは非導通状態となる。したがって、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃへの入力が遮断される。
【００８３】
このように受動式スイッチ３１０ｂによって、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃへの過大な電圧入力による故障を防止できるので、発電装置１０００ｃの信頼性がより向上する。
【００８４】
また、前述の受動式スイッチ３１０と受動式スイッチ３１０ｂを直列接続する構成でもよい。この場合、発電装置１０００ｃは低発電時のＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃの電力変換動作の停止と、高発電時のＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｃの保護との両方に対応できる。
【００８５】
＜４．実施形態４＞
以下、第４の実施形態について説明する。
【００８６】
実施形態１ないし３では発電器１００ａの出力を把握するために、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０によって出力された電力を検出した。本実施形態では発電器１００ａの出力を把握するために、発電器１００ａにおける可動基板１１０の振動振幅を検出する。
【００８７】
＜４−１．発電装置の構成および動作＞
本実施形態は、図１１に示すような構成を有する。本実施形態の構成は、図５で示したような実施形態１の構成と比較すると、発電器１００ｄ内部の構成が異なり、電力検出部２３０ａの代わりに振幅検出部２５０ｄを備える。これ以外の構成は、実施形態１と同様でよい。
【００８８】
図１２を参照して発電器１００ｄの構成について説明する。発電器１００ｄは、振幅検出用電極１１３を備える。振幅検出用電極１１３は、電極１０２が本来配置されるべき位置に、電極１０２の代わりに設置される。振幅検出用電極１１３は電極１０２とは電気的に絶縁されて形成される。
【００８９】
なお、振幅検出用電極１１３は、１つでもよく、複数でもよい。しかし、発電のための電極１０２が可能な限り多く配置できるように、振幅検出用電極１１３は少数である構成が好都合である。より好ましくは、振幅検出用電極１１３が１つである。また、振幅検出用電極１１３は複数の電極１０２に対して一番端でもよく、電極１０２の列の中でもよい。しかし、電極１０２および振幅検出用電極１１３から引き出す配線のレイアウトを簡便にするため、振幅検出用電極１１３は一番端に配置される構成が好都合である。
【００９０】
振幅検出用電極１１３から引き出された配線は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０への配線とは電気的に絶縁されて、振幅検出部２５０ｄへ接続される。振幅検出部２５０ｄは制御部２４０ｄに接続される。これ以外の構成は実施形態１と同様でよい。
【００９１】
本実施形態の発電装置１０００ｄにおいて、前述の実施形態と同様に、発電器１００ｄが発電して電力を出力し、この電力をＡＣ／ＤＣ変換回路２１０およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄが変換し、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄが後段の負荷９００に電力を出力する。
【００９２】
このとき、発電器１００ｄに設けられた振幅検出用電極１１３は、電極１０２が交流電流を出力するのと同様に、交流電流を出力する。振幅検出用電極１１３から出力された交流電流の包絡線の位相は、発電器１００ｄにおける可動基板１１０の振動の減衰の位相に等しい。すなわち、振幅検出用電極１１３から出力される交流電流の振幅の増減は、可動基板１１０の振動の強弱とよく対応する。
【００９３】
振幅検出部２５０ｄは、発電器１００ｄによって出力された交流電流を通じて、可動基板１１０の振動振幅を検出する。振幅検出部２５０ｄは、検出した振幅に従って振幅情報を制御部２４０ｄへ入力する。
【００９４】
発電器１００ｄから振幅検出部２５０ｄへの出力電力は、発電器１００ｄからＡＣ／ＤＣ変換回路２１０への出力電力と比例する。したがって、振幅検出部２５０ｄが可動基板１１０の振動振幅を検出することは、発電器１００ｄからＡＣ／ＤＣ変換回路２１０への出力電力を検出することに相当する。
【００９５】
制御部２４０ｄは、振幅検出部２５０ｄによって入力された振幅情報に基づいて、実施形態１の制御部２４０ａと同様に、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄの変換動作の実行／停止を切り替える。
【００９６】
なお、本実施形態の振幅検出用電極１１３から出力される交流電流の振幅（電力）は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０へ出力される交流電流の振幅（電力）よりも小さくてもよい。よってＡＣ／ＤＣ変換回路２１０へ出力される電力を可能な限り多くすることが可能である。つまり、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０へ出力する電流をより多くすることが可能である。
【００９７】
また、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０へ出力される電力供給用の交流電流と、振幅検出部２５０ｄへ出力される制御用の交流電流とは、共通の１つの可動基板１１０の振動によって生じる。したがって、電力供給用の交流電流および制御用の交流電流は、振動の位相が等しく、かつ振動振幅が比例する。
【００９８】
一方、２つの発電器が併置され、一方は電力供給用電力を発電する発電器、他方は制御用電力を発電する発電器も考えられる。しかしこの構成では、電力供給用発電器の振動振幅が増加したのに対して、制御用発電器の振動振幅が減少したという状況が生じうる。このような状況になった場合、制御用発電器によって出力された電流を使用しても、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄを適切に制御できないことが考えられる。この点において、本実施形態の構成はより高精度にＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄを制御できるという利点がある。
【００９９】
＜４−２．本実施形態のまとめ＞
以上のとおり、本実施形態の発電装置１０００ｄは、振動を受けて発電する発電器１００ａと、発電器１００ａの出力を変換するＡＣ／ＤＣ変換回路２１０およびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄと、発電器１００ｄ内部の可動電極１１０の振動振幅を検出する振幅検出部２５０ｄと、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄの電力変換の有無を切り替える制御部２４０ｄとを備える。制御部２４０ｄは、振幅検出部２５０ｄによって出力された振幅情報に基づいて、例えば発電装置１０００ｄの出力が発電装置１０００ｄの消費電力以下になったと判断したとき、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄの電力変換動作を停止する。
【０１００】
この構成によって本実施形態の発電装置１０００ｄは、例えば発電装置１０００ｄの出力が発電装置１０００ｄの消費電力以下になったとき、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｄの電力消費をゼロにすることができる。これにより、より効率良く電力を供給できるようになり、発電装置１０００ｄの信頼性がより向上する。
【０１０１】
＜５．実施形態５＞
以下、第５の実施形態について説明する。
【０１０２】
図１３に示すように実施形態５は、図１１で示したような実施形態４の発電装置１０００ｄにスイッチ３００ｅを追加した構成である。スイッチ３００ｅは、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０とＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｅとの間に直列に接続される。
【０１０３】
このような構成であっても、図１１で示したような実施形態４と同様に、発電器１００ｄの出力電力が低下した場合に、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｅを停止させることにより、より効率良く電力を供給できる。また、発電器１００ｄの発電電力が著しく増大した場合に、図５で示したような実施形態２と同様に、スイッチ３００ｅをＯＦＦ状態にすることにより、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｅの故障の発生を低減させることができる。
【０１０４】
＜６．変形の例＞
以下、実施形態１〜５の変形例について説明する。
【０１０５】
いくつかの実施形態は、ＤＣ／ＤＣ変換回路の故障の発生を低減させるための構成を備える。なお、ＤＣ／ＤＣ変換回路以外の別の回路の故障の発生を低減させるためにその回路への過大な電圧の入力を遮断する構成でもよい。その場合は、その回路に適した入力電圧の上限値が規定される。
【０１０６】
実施形態１ないし５において、発電器１００ａ、１００ｄの可動基板１１０は、バネ１１２および固体構造体１０８を介して上部接合部１０７および下部接合部１０６と接合されることにより、上部基板１０９および下部基板１１１と間隔をあけて配置される。しかし別の方法によって可動基板１１０は固定されてもよい。可動基板１１０の振動が阻害されない方法であればよい。例えば、静電力または磁気力によって可動基板１１０を支持してもよい。また、例えば上部基板１０９および下部基板１１１に可動基板１１０の支持用のエレクトレットを設置し、このエレクトレットと可動基板１１０上に設置されたエレクトレット１０１との間の静電力によって、可動基板１１０を固定してもよい。
【０１０７】
また、実施形態１ないし５において、発電器の可動基板１１０は、図２の両矢印で示すような方向に振動するとした。しかしこれは、この両矢印以外の方向の振動を除外するものではない。
【０１０８】
また、実施形態１ないし５による発電装置が電気機器に組み込まれることにより、より信頼性の高い電力制御が可能な電気機器を提供できる。
【０１０９】
次に、実施形態６，７について添付の図面を参照して説明する。
【０１１０】
振動型発電器（発電器）によって発電する従来の発電装置では、振動型発電器の出力が低下した場合、電力変換部（パワー・マネージメント回路）のエネルギー変換効率が低下し、発電装置全体としての発電効率が低下する。よって、振動型発電器を備える発電装置においても、このような発電効率の低下を最小限に留めるため、振動型発電器の出力に基づいてパワー・マネージメント回路を最適制御することが望まれる。そこで、実施形態６，７は、回路規模の増大を最小限に留めつつ、発電効率が改善された発電装置を提供する。
【０１１１】
＜７．実施形態６＞
＜７−１．構成＞
＜７−１−１．全体の構成＞
図１４は、本実施形態による発電装置のブロック図である。図１４で示すように、本実施形態の発電装置１０００ｆは、発電器１００ｆと、電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｆとを備える。パワー・マネージメント回路２００ｆは、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａおよび制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂと、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆとを含む。発電器１００ｆは、ＭＥＭＳ（微小電気機械）技術によって製造された振動型発電器である。発電器１００ｆは、出力の２つの系統に接続された第１電極１０２および第２電極１０４Ａなどを含む。電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｆの電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａおよび制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂはそれぞれ、４つのダイオードによって構成されるブリッジ整流回路２１２ａ（２１２ｂ）およびキャパシタ２１３ａ（２１３ｂ）で構成される平滑回路と、負荷抵抗２１４ａ（２１４ｂ）とを含む。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆは、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆ自体の電源回路２２１を含む。
【０１１２】
発電器１００ｆは、第１電極１０２に接続された配線によって電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａに接続され、第２電極１０４Ａに接続された配線によって制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂに接続される。電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａはＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの信号入力用の端子に接続される。制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂはＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電源接続用の端子を介して電源回路２２１に接続される。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの出力すなわちパワー・マネージメント回路２００ｆの出力は、後段の蓄電池等に電力を供給するために接続される。
【０１１３】
発電器１００ｆは外力によって生じた内部の振動によって発電し、交流電流（電力）を出力する。
【０１１４】
電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａおよび制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂは、発電器１００ｆによって出力された交流電力を直流電力に変換する。
【０１１５】
ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆは、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａによって出力された直流電力を、別の電圧の直流電力に変換する。そしてＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆは、後段に接続された機器（蓄電池等）に電力を供給する。このＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電圧変換動作は、制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂから供給される電力を動力とする。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電圧変換動作は、制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力電力の電圧および所定の電圧下限値との関係に従って、実行／停止が切り替わる。
【０１１６】
「電圧下限値」は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの駆動電圧の下限値に対応する。かつ電圧下限値は、発電装置１０００ｆ全体としての発電効率を向上させるという観点から、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆを停止させることが望まれるときの制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂからＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆへの入力電圧に対応するように設定されることが好都合である。電圧下限値の詳細については後述する。
【０１１７】
本実施形態のＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆは発電器１００ｆの発電電力によって動作する。
【０１１８】
＜７−１−２．発電器の構成＞
図１５を参照して発電器１００ｆの構造について説明する。後述するように発電器１００ｆは内部で振動する可動基板１１０を備えている。図１５（ａ）は、可動基板１１０が振動の中心にある状態を示す。図１５（ｂ）は、可動基板１１０が振動の中心からずれた位置にある状態を示す。
【０１１９】
発電器１００ｆは下部基板（第１基板）１１１と、上部基板（第２基板）１０９と、可動基板（可動部、重り、振動体）１１０と、バネ（弾性構造体）１１２と、固定構造体１０８と、上部接合部１０７と、下部接合部１０６と、複数の第１エレクトレット１０１と、複数の第２エレクトレット１０３と、複数の第１電極１０２と、複数の第２電極１０４Ａと、第１パッド１０５と、第２パッド１１３Ａとを備える。
【０１２０】
上部基板１０９および下部基板１１１は、互いに平行に対向するように配置される。上部基板１０９および下部基板１１１は、可動基板１１０とバネ１１２と固定構造体（中間基板）１０８とから所定の距離を設けられ、上部接合部１０７および下部接合部１０６によって固定される。
【０１２１】
固定構造体１０８、可動基板１１０およびバネ１１２は、１枚の基板が加工されて形成される。よって、固定構造体１０８、可動基板１１０およびバネ１１２は、「可動基板１１０が弾性構造体１１２によって接続されている中間基板１０８」または「弾性構造体１１２によって可動な重り１１０を有する中間基板１０８」といってもよい。
【０１２２】
可動基板１１０は、上部基板１０９または下部基板１１１と平行な、少なくとも一軸方向（例えば、図１５における両矢印方向）に動けるよう構成される。よって可動基板１１０は、外部から加えられた力（振動）に追従して、図１５（ｂ）に示すように、上部基板１０９と平行な方向に振動（往復運動）することが可能である。
【０１２３】
上部基板１０９の下部基板１１１に対向する面を下部表面という。下部基板１１１の上部基板１０９に対向する面を上部表面という。
【０１２４】
下部基板１１１の上部表面には、複数の第１電極１０２が設けられる。これらの電極１０２を接続する配線は下部基板１１１内を通って、第１パッド１０５に接続される。また、上部基板１０９の下部表面には、複数の第２電極１０４Ａが設けられる。これらの第２電極１０４Ａを接続する配線は上部基板１１１内を通って、第２パッド１１３Ａに接続される。第１パッド１０５および第２パッド１１３Ａは互いに電気的に絶縁される。発電器１００ｆは、第１パッド１０５および第２パッド１１３Ａのそれぞれを通じて、発電した電力を出力する。
【０１２５】
下部基板１１１に対向する側の可動基板１０９の表面には複数の第１エレクトレット１０１が設けられる。各第１エレクトレット１０１は、電気力線が下部基板１１１の下部表面に対して垂直、かつ、電気力線の向きが可動基板１１０から下部基板１１１へ向かう方向となるように設けられる。同様に、上部基板１０９に対向する側の可動基板１１０の表面には複数の第２エレクトレット１０３が設けられる。各第２エレクトレット１０３は、電気力線の向きが、第１エレクトレット１０１の電気力線の向きとは逆になるように設けられる。
【０１２６】
エレクトレット１０１、１０３は、それぞれの電気力線が互いに逆方向を向くように設けられるのが好都合である。後述するように、それぞれのエレクトレット１０１、１０３の振動運動によって生じる交流電流の位相が等しくなるからである。しかし、エレクトレット１０１、１０３のそれぞれの電気力線が同じ方向を向くように設けられてもよい。詳細は後述する。
【０１２７】
第１電極１０２および第１エレクトレット１０１の間に所定の間隙が設けられるように、下部基板１１１と固定構造体１０８は下部接合部１０６によって接合される。また、第２電極１０４Ａおよび第２エレクトレット１０３の間に所定の間隙が設けられるように、上部基板１０９と固定構造体１０８は上部接合部１０７によって接合される。
【０１２８】
電極１０２、１０４Ａおよびエレクトレット１０１、１０３の配置について説明する。図３は、下部基板１１１の上部表面を、下部基板１１１の上部表面に対して垂直な方向から見たときの図である。図３の両矢印は可動基板１１０の振動可能な方向を示す。
【０１２９】
図３に示すように第１電極１０２は、可動基板１１０の振動可能な方向に対して垂直な方向であり、かつ下部基板１１１の上部表面と平行な方向に、延長して配置される。図３のＰは、隣接する第１電極１０２の中心線間の距離を示す。複数の第１電極１０２は、互いに平行に、かつ中心線間隔Ｐを設けて等間隔になるように、配置される。例えば、第１電極１０２の幅（可動基板１１０の振動可能方向に対する寸法）は１００μｍであり、距離Ｐは２００μｍである。
【０１３０】
複数の第１エレクトレット１０１は可動基板１１０の下部基板１１１側の表面に、下部基板１１１の上部表面に対して垂直な方向から見たときに第１電極１０２と一致するように配置される。つまり、第１エレクトレット１０１は第１電極１０２と同じ大きさで、かつ第１電極１０２中心線間距離Ｐと同じ中心線間隔で配置される。なお、第１エレクトレット１０１の幅は、第１電極１０２の幅と異なってもよい。その場合第１エレクトレット１０１は、第１エレクトレット１０１の中心線が第１電極１０２の中心線と重なるように、かつ同じ中心線間隔Ｐを設けて配置される。
【０１３１】
第２エレクトレット１０３および第２電極１０４Ａは、第１エレクトレット１０１および第１電極１０２と同様に配置されればよい。ただし、第２エレクトレット１０３は可動基板１１０の上部基板１０９側の表面に配置され、第２電極１０４Ａは上部基板１１０の下部表面に配置される。また、第２エレクトレット１０３および第２電極１０４Ａの数は、第１エレクトレット１０１および第１電極１０２の数より少なくてもよい。その場合、第２エレクトレット１０３および第２電極１０４Ａはそれぞれ、中心線間隔Ｐと異なる中心線間隔で配置されればよい。
【０１３２】
なお、第２エレクトレット１０３の位置は、可動基板１１０を垂直な方向から見たときに、第２エレクトレット１０３の中心線が第２電極１０４Ａの中心線に一致するように配置されるのが好都合である。しかし第２エレクトレット１０３の位置は、第２電極１０４Ａの幅の１０％以下のずれを有してもよい。つまり本例の場合、１００μｍの１０％の１０μｍ以下のずれである。製造時の加工精度に従って、この範囲内であれば、第２電極１０４Ａと第２エレクトレット１０３とが相対的にずれてもよい。
【０１３３】
＜７−２．動作＞
＜７−２−１．発電器の発電動作＞
再び図１５を参照して、発電器１００ｆの発電動作について説明する。発電器１００ｆでは、外部環境から受けた力（例えば振動）に追従して可動基板１１０が振動する。弾性構造体１１２のバネ定数および共振周波数は、想定される外部環境（例えば、自動車の走行中の振動）の振動周波数に対して最大振幅が発生するよう最適化される。
【０１３４】
可動基板１１０は振動時、図１５（ａ）に示すような第１エレクトレット１０１と第１電極１０２との対向面積が最大になる状態と、図１５（ｂ）に示すような第１エレクトレット１０１と第１電極１０２との対向面積が小さくなる状態とを、交互に繰り返す。
【０１３５】
第１エレクトレット１０１と第１電極１０２との対向面積が大きくなるほど、第１エレクトレット１０１の電気力線は可動基板１１０から下部基板１１１への方向を向いているので、第１電極１０２に引き寄せられる電荷が多くなる（給電）。逆に、対向面積が小さくなるほど、第１電極１０２に引き寄せられる電荷が少なくなる、つまり解放される電荷が多くなる（放電）。すなわち、第１エレクトレット１０１と第１電極１０２の対向面積が大きくなるほど第１エレクトレット１０１と第１電極１０２間の静電容量値が大きくなり、対向面積が小さくなるほど静電容量値が小さくなる。
【０１３６】
第１エレクトレット１０１と第１電極１０２の対向面積が大きくなり第１電極１０２に電荷が引き寄せられることにより、第１パッド１０５から電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａへ電流が流れる。一方、第１電極１０２に引き寄せられていた電荷がこの対向面積の減少によって解放されることにより、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａから第１パッド１０５へ電流が流れる。また、第２エレクトレット１０３と第２電極１０４Ａについても同様で、可動基板１１０の振動に従って、第２パッド１１３Ａを通じて、第２電極１０４Ａと制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂとの間で電流が出入りする。このような発電器１００ｆの動作によって、交流電力が発電される。
【０１３７】
このとき、第１パッド１０５および第２パッド１１３Ａから出力される交流電力は互いに、大きさが異なるが、変動の遷移が同じである。すなわち、第１パッド１０５からの交流電力が増大するとき、第２パッド１１３Ａからの交流電力が増大する。減少するときも同様である。それぞれの交流電力は互いに同期的に変動する。なお、第１エレクトレット１０１および第２エレクトレット１０３それぞれの電気力線が互いに同じ方向を向くように設けられた場合は、第１パッド１０５および第２パッド１１３Ａから出力される電流の向きは互いに逆になるが、それぞれの交流電力の変動の遷移は同じである。
【０１３８】
次に、外部環境による振動と発電器１００ｆの発電の関係について説明する。発電器１００ｆが使用される振動環境には、連続的で一定の振動が発生する振動環境と、単発的な衝撃が発生する振動環境とがある。図１６に示す例では、単発的な衝撃が発電器１００ｆに加えられる。
【０１３９】
図１６（ａ）は、外部環境によって発電器１００ｆに加えられた力（加速度）の時間変化を示す。（ｂ）は、加えられた力に従って発電器１００ｆの出力電圧の時間変化を示す。（ｃ）、（ｄ）については後述する。発電器１００ｆに単発的な衝撃が加えられたとき（図１６（ａ））、発電器１００ｆの可動基板１１０は自由振動し、時間とともに振動が減衰する。その減衰振動に従って発電器１００ｆの出力は減衰する（図１６（ｂ））。
【０１４０】
＜７−２−２．パワー・マネージメント回路の動作＞
（１）正常発電時
ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電源回路２２１の電圧下限値について説明する。前述のとおり、電圧下限値はＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの駆動電圧の下限値に対応する。また、発電器１００ｆから第１パッド１０５を通じて出力される交流電力と、第２パッド１１３Ａを通じて出力される交流電力とは比例する。また、電力供給用および制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａ、２１０ｂそれぞれに入力される交流電力の大きさに比例した大きさの電圧が、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａ、２１０ｂのそれぞれから出力される。そして、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電力変換効率は、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａの出力電圧の高低に基づいて変動する。よって、例えば、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの出力電力がＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの消費電力に等しくなるような制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力電圧を予め算出することが可能である。例えば、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａの出力電圧が、この予め算出された電圧になったときに、制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力電圧が電圧下限値になるように、発電器１００ｆの第２電極１０４Ａおよび第２エレクトレット１０３は構成および配置される。電圧下限値は例えば、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの駆動電圧の３Ｖである。
【０１４１】
また、電圧下限値は、発電器１００ｆの通常的な発電の中で生じうるＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆへの入力電力の最大値の、１／１０になるときに対応して設定されてもよい。例えば、通常的なＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆへの入力の最大値が１００μＷである場合を想定する。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆへの入力電力が１００μＷから１０μＷに低下して、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電力変換効率が例えば８５％から７０％に低下するような場合に、制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０の出力電圧が電圧下限値になるように各部は構成される。
【０１４２】
図１６を参照して、発電器１００ｆが交流電力を出力したときのパワー・マネージメント回路２００ｆの動作を説明する。図１６（ｃ）は、ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力電圧の時間変化を示す。Ｖｔｈは電圧下限値を示す。図１６（ｄ）は、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆにおける電圧変換動作のＯＮ／ＯＦＦ状態を示す。
【０１４３】
制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂは、前述のとおり、発電器１００ｆによって第２パッド１１３Ａを通じて出力された交流電圧（図１６（ｂ））を、直流電圧に変換してＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電源回路２２１へ出力する。制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力端における電圧の高さは、変換前の交流電力の大きさに比例する（図１６（ｃ））。制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力電圧が電圧下限値を上回れば、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆは電力変換動作を実行する（図１６（ｄ）における「ＯＮ状態」）。
【０１４４】
電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａは、発電器１００ｆによって第１パッド１０５を通じて出力された交流電力を、直流電力に変換してＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆへ出力する。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電源回路２２１に電圧下限値を上回る電圧が印加されていれば、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆは電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａの出力電力を、別の電圧の電力に変換して、後段の蓄電池等に供給する。
【０１４５】
（２）振動（発電電力）が過小なとき
一方、発電器１００ｆの発電電力が低下する場合がある。例えば、図１６（ａ）のように、単発的な衝撃が、発電器１００ｆに、一定期間Ｓ毎に加えられる場合を考える。パワー・マネージメント回路２００ｆから出力される電力が、パワー・マネージメント回路２００ｆの消費電力以下である時間は、この例では、期間Ｓの３０％である（図１６（ｃ））。つまり、期間Ｓにおいて、パワー・マネージメント回路２００ｆの電力変換動作によって消費される電力の３０％は、発電効率の向上に寄与しない。場合によっては、期間Ｓの後ろ３０％では、パワー・マネージメント回路２００ｆから出力される以上の電力がパワー・マネージメント回路２００ｆで消費されることになる。これにより、発電装置１０００ｆの発電効率が低下する。
【０１４６】
そこで、本実施形態においては、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆへの入力電力が通常時の最大値に比べて１／１０以下になった場合（あるいは、パワー・マネージメント回路２００ｆの出力電力がパワー・マネージメント回路２００ｆの消費電力以下になった場合）、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの電源回路２２１への入力電圧が電圧下限値以下になるので、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆは駆動されず、受動的に電圧変換動作が停止される。
【０１４７】
＜７−３．本実施形態のまとめ＞
以上のとおり、本実施形態の発電装置１０００ｆは、振動を受けて電力を発電する発電器１００ｆと、発電器１００ｆの出力を変換する電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｆとを備える。発電器１００ｆは第１電極１０２および第２電極１０４Ａで電力を出力し、パワー・マネージメント回路２００ｆは、発電器１００ｆの第２電極１０４Ａからの出力を受けて駆動され、発電器の第１電極１０２からの出力を別の電力に変換する。
【０１４８】
この構成によって本実施形態の発電装置１０００ｆは、振動が減衰して発電電力が低下した場合にパワー・マネージメント回路２００ｆのＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆが駆動用電力の低下によって受動的に停止される。これにより、発電装置１０００ｆ全体としての発電効率を向上することが可能である。また、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆを制御するための回路構成を別途必要としないため、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの制御回路を別途必要とする発電装置に比べ、回路規模の増大を最小限に留めることが可能である。
【０１４９】
＜８．実施形態７＞
以下、第７の実施形態について説明する。
【０１５０】
＜８−１．構成および動作＞
本実施形態は図１７に示すような構成を有する。本実施形態の発電器１００ｇは、実施形態６の発電器１００ｆと比べると、第２電極１０４Ｂ、第２パッド１１３Ｂおよび第２エレクトレット１０３の配置が異なる。それ以外の構成は実施形態６と同様でよい。
【０１５１】
図１８を参照して本実施形態の発電器１００ｇの構成について説明する。発電器１００ｇにおいて、複数の第２電極１０４Ｂは下部基板１１１の上部表面に、複数の第１電極１０２の間に設けられる。第１電極１０２および第２電極１０４Ｂは互いに電気的に絶縁される。隣接する第１電極１０２は、中心線間隔Ｐを設けて等間隔に配置される。また、隣接する第２電極１０４Ｂも中心線間隔Ｐを設けて等間隔に配置される。これらの第２電極１０４Ｂを接続する配線は、下部基板１１１内を通って、第２パッド１１３Ｂに接続される。
【０１５２】
図１８（ａ）は可動基板１１０が振動の中心にある状態を示す。この状態で、第１エレクトレット１０１と第１電極１０２との対向面積が最大になり、かつ第１エレクトレット１０１と第２電極１０４Ｂとの対向面積が最小になる。図１８（ｂ）は、可動基板１１０が振動の中心からずれ、第１エレクトレット１０１と第１電極１０２との対向面積が最小になり、かつ第１エレクトレット１０１と第２電極１０４Ｂとの対向面積が最大になる状態を示す。可動基板１１０は、振動することにより、図１８（ａ）で示すような状態と図１８（ｂ）で示すような状態とを交互に繰り返す。
【０１５３】
第１エレクトレット１０１と第１電極１０２との対向面積が最大になった状態では（図１８（ａ））、実施形態６と同様に、第１電極１０２に電荷が引き寄せられることにより、第１パッド１０５を通じて第１電極１０２から電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａに電流が流れ出る。同時に、第２電極１０４Ｂに引き寄せられていた電荷が解放されることにより、第２パッド１１３Ｂを通じて制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂから第２電極１０４Ｂに電流が流れ込む。
【０１５４】
一方、第１エレクトレット１０１と第２電極１０４Ｂとの対向面積が最大になった状態では、第２電極１０４Ｂに電荷が引き寄せられることにより、第２パッド１１３Ｂを通じて第２電極１０４Ｂから制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂに電流が流れ出る。同時に、第１電極１０２に引き寄せられていた電荷が解放されることにより、第１パッド１０５を通じて電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａから第１電極１０２に電流が流れ込む。このような動作によって、発電器１００ｇは電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａおよび制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂへ個別に交流電力を出力する。
【０１５５】
電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａおよび制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂのそれぞれに出力される交流電流は互いに位相が逆になるが、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの制御には関係ない。本実施形態によっても、実施形態６と同様に、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの実行／停止の切り替えが可能である。
【０１５６】
なお、前述の実施形態では上部基板１０９と下部基板１１１という名前で区別した。しかしこの名前は便宜的なものであり、上下を逆にした構成であってもよい。ただし、第１電極１０２が設けられた方の基板に第１パッド１０５が設けられ、第２電極１０４Ａ、１０４Ｂが設けられた方の基板に第２パッドが設けられる。
【０１５７】
なお、前述の実施形態では発電器が１つの構成であった。しかし発電器を２つ併置し、一方の出力を電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａに他方の出力を制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂに入力する構成も考えられる。しかし発電器を２つ併置する構成では、電力供給用の交流電力および制御用の交流電力の変動の遷移が必ずしも同じになるとは言えない。つまり、電力供給用の交流電力の振幅が増大したのに対し、制御用の交流電力の振幅は減少するという状況が起こりうる。このような状況が起こりうる構成は、発電器の発電電力に基づいてＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆの実行／停止を切り替える制御を行うには適さない場合が多い。よって、前述の実施形態のように、１つの発電器から電力供給用および制御用の２系統の出力を取ることが効果的である。
【０１５８】
＜８−２．本実施形態のまとめ＞
このように本実施形態の発電装置１０００ｇは、実施形態６と同様に、発電装置１０００ｇ全体としての発電効率を向上できる。このような動作を専用の制御回路を付加することなく実行できるので、回路規模の増大は最小限に留めることが可能である。
【０１５９】
＜９．変形の例＞
以下、上述した実施形態、特に実施形態６，７の変形例について説明する。
【０１６０】
各実施形態は、発電器１００ｆ、１００ｇの低発電時にＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆを停止する構成であった。電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｆにＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｆ以外の回路が含まれていて、その回路の駆動のために電力が消費されている場合、その回路を停止する構成であってもよい。その場合は、その回路の駆動電圧に適した値が電圧下限値として設定される。
【０１６１】
各実施形態において、発電器１００ｆ、１００ｇの可動基板１１０は、バネ１１２および固体構造体１０８を介して上部接合部１０７および下部接合部１０６と接合されることにより、上部基板１０９および下部基板１１１と間隔を設けて配置される。しかし別の方法によって可動基板１１０は固定されてもよい。可動基板１１０の振動が阻害されない方法であればよい。例えば、静電力または磁気力によって可動基板１１０を支持してもよい。また、例えば上部基板１０９および下部基板１１１に可動基板１１０の支持用のエレクトレットを設置し、この支持用エレクトレットと可動基板１１０上に設置されたエレクトレット１０１、１０３との間の静電力によって、可動基板１１０を固定してもよい。
【０１６２】
また、各実施形態において、発電器１００ｆ、１００ｇ内の可動基板１１０は、例えば図１５の両矢印で示すような方向に振動するとした。しかしこれは、この両矢印以外の方向の振動を除外するものではない。
【０１６３】
また、前述の実施形態の発電装置１０００ｆ、１０００ｇのいずれかが電気機器に組み込まれることにより、蓄電池の消費電力をより抑制できる電気機器が提供できる。
【０１６４】
最後に、実施形態８〜１０について添付の図面を参照して説明する。
【０１６５】
発電器の発電電力を効率良く出力するためにＭＰＰＴ（Maximum Power Point Tracking）回路を利用する方法がある。ＭＰＰＴ回路は、後段の負荷（蓄電池等）への出力電力が最大になるように、発電器と負荷との間に接続された電力変換部（パワー・マネージメント回路）を制御する。発電装置にＭＰＰＴ回路を利用した場合、ＭＰＰＴ回路によって発電装置の出力電力は最大化される。しかし、発電器の出力の一部をＭＰＰＴ回路に入力するため、発電装置全体としての発電効率が悪くなる場合がある。そこで、実施の形態８〜１０は、ＭＰＰＴ回路による電力損失を可能な限り抑制し、発電装置全体としての発電効率がより向上された発電装置を提供する。
【０１６６】
＜１０．実施形態８＞
＜１０−１．構成＞
＜１０−１−１．全体の構成＞
図１９は、本実施形態による発電装置のブロック図である。図１９で示すように、本実施形態の発電装置１０００ｈは、発電器１００ｆと、電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｈと、制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂと、ＭＰＰＴ回路２３０ｈとを備える。パワー・マネージメント回路２００ｈは、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａとＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈとを含む。発電器１００ｆは、ＭＥＭＳ（微小電気機械）技術によって製造された振動型発電器である。発電器１００ｆは、出力の２つの系統に接続された第１電極１０２および第２電極１０４Ａなどを含む。電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｈの電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａおよび制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂはそれぞれ、４つのダイオードによって構成されるブリッジ整流回路２１２ａ（２１２ｂ）およびキャパシタ２１３ａ（２１３ｂ）で構成される平滑回路と、負荷抵抗２１４ａ（２１４ｂ）とを含む。
【０１６７】
発電器１００ｆは、第１電極１０２に接続された配線によって電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａに接続され、第２電極１０４Ａに接続された配線によって制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂに接続される。電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａはＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの信号入力用の端子に接続される。制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂはＭＰＰＴ回路２３０ｈに接続される。ＭＰＰＴ回路２３０ｈはパワー・マネージメント回路２００ｈに接続される。これにより、ＭＰＰＴ回路２３０ｈとＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの制御用の端子とが接続される。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの出力すなわち電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｈの出力は、後段の負荷（蓄電池等）に電力を供給するために当該負荷に接続される。
【０１６８】
発電器１００ｆは、図１５に示す構成を有せばよい。
【０１６９】
ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈは、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａによって出力された直流電力を、別の電圧の直流電力に変換して出力する。
【０１７０】
ＭＰＰＴ回路２３０ｈには、発電器１００ｆの出力特性（例えば、電圧‐電流特性）に関する情報が格納されている。ＭＰＰＴ回路は、この情報を参照し、制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの出力電力が最大になるようにＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈを制御する。
【０１７１】
＜１０−１−２．発電器の構成＞
発電器１００ｆの構成は、すでに図１５、図３等を参照して説明されている。そのためここでは説明を省略する。
【０１７２】
＜１０−２．動作＞
＜１０−２−１．発電器の発電動作＞
発電器１００ｆの発電動作は、すでに図１５、図１６等を参照して説明されている。そのためここでは説明を省略する。
【０１７３】
＜１０−２−２．ＭＰＰＴ回路の動作＞
制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂは、発電器１００ｆの第２パッド１１３Ａを通じて出力された交流電力を直流電力に変換して出力する。ＭＰＰＴ回路２３０ｈは、制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力と発電器１００ｆの出力の電圧‐電流特性に関する情報とに基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの出力電力が最大になるように（すなわち発電装置全体としてのエネルギー変換効率が最大になるように）ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈを制御する。ＭＰＰＴ回路２３０ｈは、制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂからの入力の少なくとも一部を、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの駆動用電力としてＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈへ供給することができる。この場合、パワー・マネージメント回路２００ｈ（電力変換部）のＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈは、ＭＰＰＴ回路２３０ｈによる制御の下、ＭＰＰＴ回路２３０ｈを介して供給される制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂの出力により駆動されることができる。
【０１７４】
一方、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａは、発電器１００ｆの第１パッド１０５を通じて出力された交流電力を直流電力に変換して出力する。ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈは、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａの出力電力を、ＭＰＰＴ回路２３０ｈの制御に基づいて変換して、後段の負荷（蓄電池等）に出力する。
【０１７５】
＜１０−３．本実施形態のまとめ＞
以上のとおり、本実施形態の発電装置１０００ｈは、振動を受けて電力を発電する発電器１００ｆと、発電器１００ｆの出力を変換する電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｈと、パワー・マネージメント回路２００ｈを制御するＭＰＰＴ回路２３０ｈとを備える。発電器は第１電極１０２および第２電極１０４Ａで電力を出力し、パワー・マネージメント回路２００ｈは、発電器１００ｆの第１電極１０２からの出力を別の電力に変換し、ＭＰＰＴ回路２３０ｈは、発電器１００ｆの第２電極１０４Ａからの出力に基づいて、パワー・マネージメント回路２００ｈを制御する。
【０１７６】
このように電力供給用の出力とＭＰＰＴ回路２３０ｈへ入力するための出力を互いに分離することにより、供給用電力のＭＰＰＴ回路２３０ｈによる損失が抑制できる。これにより発電装置１０００ｈ全体としての発電効率をより高くすることが可能である。
【０１７７】
＜１１．実施形態９＞
以下、第９の実施形態について説明する。
【０１７８】
＜１１−１．構成および動作＞
本実施形態は図２０に示すような構成を有する。本実施形態の発電器１００ｇは、実施形態８の発電器１００ｆと比べると、第２電極１０４Ｂ、第２パッド１１３Ｂおよび第２エレクトレット１０３の配置が異なる。それ以外の構成は実施形態８と同様でよい。
【０１７９】
発電器１００ｇは、図１８に示す構成を有せばよい。発電器１００ｇの構成および発電動作は、すでに図１８等を参照して説明されている。そのためここでは説明を省略する。
【０１８０】
ＭＰＰＴ回路の動作は、実施形態８における動作と同様でよい。そのためここでは説明を省略する。
【０１８１】
なお、本実施形態では、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａおよび制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂのそれぞれに出力される交流電流は互いに位相が逆になるが、これらの交流電力によってもＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの出力電力を最大化（すなわち発電装置全体としてのエネルギー変換効率を最大化）できる。
【０１８２】
＜１１−２．本実施形態のまとめ＞
本実施形態の発電装置１０００ｉによれば、実施形態８と同様に、電力供給用の出力をＭＰＰＴ回路２３０ｈへ入力するための出力から分離することにより、供給用電力のＭＰＰＴ回路２３０ｈによる損失が抑制できる。これにより発電装置１０００ｉ全体としての発電効率をより高くすることが可能である。
【０１８３】
＜１２．実施形態１０＞
以下、第１０の実施形態について説明する。
【０１８４】
本実施形態は図２１に示すような構成を有する。本実施形態の発電器１００ｄは、実施形態８の発電器１００ｆと比べると、第２エレクトレット１０３、第２電極１０４Ｂおよび第２パッド１１３Ｂがない代わりに、振幅検出用電極１１３を備える。また、実施形態８の制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ｂがない代わりに、振幅検出部２５０ｄおよび制御部２４０ｊを備える。それ以外の構成は実施形態８と同様でよい。
【０１８５】
＜１２−１．発電器の構成と動作＞
発電器１００ｄは、図１２に示す構成を有せばよい。発電器１００ｇの構成および発電動作は、すでに説明されている。そのためここでは詳細な説明を省略する。
【０１８６】
振幅検出用電極１１３から引き出された配線は、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａへの配線とは電気的に絶縁されて、振幅検出部２５０ｄへ接続される。振幅検出部２５０ｄは制御部２４０ｊに接続される。制御部２４０ｊはＭＰＰＴ回路２３０ｊに接続され、ＭＰＰＴ回路２３０ｊは、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａとは別の経路で、電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｈに接続される。これにより、ＭＰＰＴ回路２３０ｊとＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの制御用の端子とが接続される。
【０１８７】
本実施形態の発電器１００ｄは、実施形態８と同様に、発電して電力を出力し、この電力を電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａおよびＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈが変換し、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈは後段の負荷（蓄電池等）に電力を供給する。ＭＰＰＴ回路２３０ｊは、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの出力電力が最大（すなわち発電装置１０００ｊ全体としてのエネルギー変換効率が最大）になるように、ＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈを制御する。
【０１８８】
このとき、発電器１００ｄに設けられた振幅検出用電極１１３は、第１電極１０２が交流電力（電圧）を出力するのと同様に、交流電力（電圧）を出力する。振幅検出用電極１１３から出力される交流電力の変動の遷移は、発電器１００ｄの可動基板１１０の振動振幅の遷移によく対応する。
【０１８９】
振幅検出部２５０ｄは、振幅検出用電極１１３を通じて発電器１００ｄから出力された交流電力に基づいて、可動基板１１０の振動振幅を検出する。振幅検出部２５０ｄは、検出した振幅に従って振幅情報を制御部２４０ｊへ入力する。
【０１９０】
制御部２４０ｊは、この振幅情報に基づいて電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａの出力を算出し、算出結果をＭＰＰＴ回路２３０ｊに入力する。
【０１９１】
ＭＰＰＴ回路２３０ｊは、制御部２４０ｊの算出結果に基づいて前述のように、パワー・マネージメント回路２００ｈのＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈを制御する。
【０１９２】
＜１２−２．本実施形態のまとめ＞
本実施形態の発電装置１０００ｊは、振動を受けて発電する発電器１００ｄと、発電器１００ａの出力を変換する電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｈと、発電器１００ｄ内部の可動電極１１０の振動振幅を検出する振幅検出部２５０ｄと、パワー・マネージメント回路２００ｈを制御するＭＰＰＴ回路２３０ｊとを備える。制御部２４０ｊは、振幅検出部２５０ｄによって出力された振幅情報に基づいて、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａの出力を算出し、算出結果をＭＰＰＴ回路２３０ｊに入力する。ＭＰＰＴ回路２３０ｊは、当該算出結果に基づいてパワー・マネージメント回路２００ｈを制御する。
【０１９３】
また、発電器１００ｆ、１００ｇと比べると、発電器１００ｄ内部の構成を簡素化できるという利点がある。
【０１９４】
＜１３．変形の例＞
以下、上述した実施形態、特に実施形態８〜１０の変形例について説明する。
【０１９５】
実施形態８〜１０において、ＭＰＰＴ回路２３０ｈ，２３０ｊがＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈの出力電力を最大になるようにＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈを制御する構成であった。だがなお、電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｈにＤＣ／ＤＣ変換回路２２０ｈ以外の回路が含まれている場合、ＭＰＰＴ回路２３０ｈ，２３０ｊがその回路を制御することにより、発電装置全体としてのエネルギー変換効率を最大化してもよい。
【０１９６】
また、実施形態８〜１０において、発電器１００ｆ、１００ｇ、１００ｄの可動基板１１０は、バネ１１２および固体構造体１０８を介して上部接合部１０７および下部接合部１０６と接合されることにより、上部基板１０９および下部基板１１１と間隔を設けて配置される。しかし別の方法によって可動基板１１０は固定されてもよい。可動基板１１０の振動が阻害されない方法であればよい。例えば、静電力または磁気力によって可動基板１１０を支持してもよい。また、例えば上部基板１０９および下部基板１１１に可動基板１１０の支持用のエレクトレットを設置し、この支持用エレクトレットと可動基板１１０上に設置されたエレクトレット１０１、１０３との間の静電力によって、可動基板１１０を固定してもよい。
【０１９７】
また、実施形態８〜１０において、発電器内１００ｆ、１００ｇ、１００ｄの可動基板１１０は、例えば図１５の両矢印で示すような方向に振動するとした。しかしこれは、この両矢印以外の方向の振動を除外するものではない。
【０１９８】
また、実施形態８〜１０による、発電効率のより向上された発電装置１０００ｈ、１０００ｉ、１０００ｊのいずれかが電気機器に組み込まれることにより、より長時間の使用が可能な電気機器を提供できる。
【０１９９】
＜１４．まとめ＞
実施形態１〜１０は、下記のような発電装置の思想を開示する。
振動を受けて電力を発電する発電器と、発電器の出力を変換する電力変換部（パワー・マネージメント回路）とを備える。発電器は第１の系統および第２の系統で電力を出力し、電力変換部は、発電器の第２の系統の出力を受けて駆動され、発電器の第１の系統の出力を別の電力に変換することを特徴とする、発電装置。
【０２００】
この構成により、発電器の発電電力が低下した場合に電力変換部が駆動用電力の低下によって受動的に停止される。これにより、発電装置全体としての発電効率を向上することが可能である。
【０２０１】
前述の発電装置において、発電器は、第１基板と、第２基板と、第１基板および第２基板の間に配置され、発電器内部で移動可能な可動基板とを備えてもよい。第１基板および第２基板の一方の、可動基板に対向する側の表面に、第１の系統に接続された複数の第１の電極が設置され、第１の電極に対向する側の可動基板の表面に複数の第１のエレクトレットが配置され、第１基板および第２基板の他方の、可動基板に対向する側の表面に、第２の系統に接続された複数の第２の電極が設置され、第２の電極に対向する側の可動基板の表面に複数の第２のエレクトレットが配置されてもよい。
【０２０２】
前述の発電装置において、発電器は、第１基板と、第１基板に対向して配置され、移動可能な可動基板とを備えてもよい。可動基板に対向する側の第１基板の表面に、第１の系統に接続された複数の第１の電極、および、第２の系統に接続された複数の第２の電極が交互に配置され、第１および第２の電極に対向する側の可動基板の表面に複数のエレクトレットが配置されてもよい。
【０２０３】
前述の発電装置において、発電器の第１の電極および第２の電極は互いに絶縁され、発電器は第１の電極および第２の電極のそれぞれから電力を出力してもよい。
【０２０４】
前述の発電装置において、電力変換部は、直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路を含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ変換回路は、発電器の第２の系統の出力を受けて駆動されてもよい。
【０２０５】
前述の発電装置において、電力変換部は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路と、直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路とを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ変換回路は、発電器の第２の系統の出力を受けて駆動されてもよい。
【０２０６】
前述の発電装置において、さらに、電力変換部を制御するＭＰＰＴ回路を備え、
電力変換部は、発電器の第１の系統の出力を別の電力に変換し、ＭＰＰＴ回路は、発電器の第２の系統の出力に基づいて、電力変換部を制御してもよい。
【０２０７】
前述の発電装置において、ＭＰＰＴ回路は、電力変換部の出力が最大になるように電力変換部を制御してもよい。
【０２０８】
前述の発電装置において、発電器は、第１基板と、第２基板と、第１基板および第２基板の間に配置され、発電器内部で移動可能な可動基板とを備えてもよい。第１基板および第２基板の一方において、可動基板に対向する側の表面に、第１の系統に接続された複数の第１の電極が設置され、第１の電極に対向する側の可動基板の表面に複数のエレクトレットが配置され、第１基板および第２基板の他方において、可動基板に対向する側の表面に、第２の系統に接続された複数の第２の電極が設置され、第２の電極に対向する側の可動基板の表面に複数のエレクトレットが配置されてもよい。
【０２０９】
前述の発電装置において、発電器は、第１基板と、第１基板に対向して配置され、移動可能な可動基板とを備えてもよい。可動基板に対向する側の第１基板の表面に、第１の系統に接続された複数の第１の電極および第２の系統に接続された複数の第２の電極が交互に配置され、第１の電極および第２の電極に対向する側の可動基板の表面に複数のエレクトレットが配置されてもよい。
【０２１０】
前述の発電装置において、発電器の第１の電極と第２の電極とは絶縁され、発電器は第１の電極および第２の電極のそれぞれから出力してもよい。
【０２１１】
前述の発電装置において、電力変換部は、直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路を含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ変換回路は、ＭＰＰＴ回路によって制御されてもよい。
【０２１２】
前述の発電装置において、電力変換部は、交流電圧を直流電圧に変換するＡＣ／ＤＣ変換回路と、直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換回路とを含んでもよい。ＤＣ／ＤＣ変換回路は、ＭＰＰＴ回路によって制御されてもよい。
【０２１３】
前述の発電装置を備える電気機器が提供されてもよい。
【０２１４】
さらに、実施形態１〜１０は、下記のような発電装置の思想も開示する。
振動を受けて発電する発電器と、発電器の出力を変換する電力変換部とを備え、発電器の出力に基づいて電力変換部の電力変換の有無が切り替わる発電装置。
【０２１５】
この構成により、発電器の出力が過大な場合に電力変換部への入力を遮断することにより、電力変換部の故障を防止できる。また、発電器の出力が過小な場合に電力変換部の電力変換動作を停止することにより、より効率よく電力を供給できる。
【０２１６】
前述の発電装置は、発電器の出力に関する情報を検出する検出部と、電力変換部の電力変換の有無を切り替える制御部とをさらに備えてもよい。制御部は、情報に基づいて、発電装置の出力が発電装置の消費電力以下になったと判断したとき、電力変換部の電力変換を停止してもよい。
【０２１７】
前述の発電装置において、制御部は、情報に基づいて、発電器の出力が所定値以上になったと判断した場合、発電器から電力変換部への入力を遮断してもよい。
【０２１８】
前述の発電装置において、検出部によって検出される情報は、発電器の出力電力であってもよい。
【０２１９】
前述の発電装置において、発電器は振動可能な振動体を有してもよい。検出部によって検出される情報は、振動体の振動振幅であってもよい。
【０２２０】
前述の発電装置において、さらに、電力変換部を制御するＭＰＰＴ回路を備え、ＭＰＰＴ回路は検出部が検出した振動体の振動振幅に基づいて電力変換部を制御してもよい。
【０２２１】
前述の発電装置がさらに受動式スイッチを備えてもよい。受動式スイッチは、発電器による出力電力の大きさに従って、発電器から電力変換部への電力の入力を、遮断または許可してもよい。
【０２２２】
前述の発電装置において、受動式スイッチは入力電極、出力電極、可動電極を備えてもよい。入力電極に入力された電力の電圧に従って可動電極が湾曲することにより、入力電極および出力電極の導通／非導通を切り替えてもよい。
【０２２３】
前述の発電装置はさらにスイッチを備えてもよい。制御部は、情報に基づいて、発電器から電力変換部への電力の入力をスイッチが遮断または許可するようスイッチを制御してもよい。
【０２２４】
前述の発電装置において、電力変換部は、入力された直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部を含んでもよい。制御部は情報に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換部の電圧変換の有無を切り替えてもよい。
【０２２５】
前述の発電装置において、電力変換部は、発電器によって出力された交流電流を直流電流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、ＡＣ／ＤＣ変換部によって出力された直流電流を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部とを含んでもよい。制御部は情報に基づいて、ＤＣ／ＤＣ変換部の電圧変換の有無を切り替えてもよい。
【０２２６】
電気機器が前述の発電装置のいずれか１つを備えてもよい。
【符号の説明】
【０２２７】
１０００：発電装置
１００：発電器
１０１：（第１）エレクトレット
１０２：（第１）電極
１０３：第２エレクトレット
１０４：第２電極
１０５：（第１）パッド
１０６：下部接合部
１０７：上部接合部
１０８：固定構造体
１０９：上部基板（第２基板）
１１０：可動基板（可動部、重り、振動体）
１１１：下部基板（第１基板）
１１２：バネ（弾性構造体）
１１３：振幅検出用電極
１１３Ａ，１１３Ｂ：第２パッド
２００：パワー・マネージメント回路
２１０：ＡＣ／ＤＣ変換回路
２１０ａ：電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路
２１０ｂ：制御用ＡＣ／ＤＣ変換回路
２２０：ＤＣ／ＤＣ変換回路
２３０：電力検出部
２３０ｈ，２３０ｊ：ＭＰＰＴ回路
２４０：制御部
２５０：振幅検出部
３００：スイッチ
３１０：受動式スイッチ
９００：負荷（蓄電池等）
【図１】
2013136691.tif 000003
【図２】
2013136691.tif 000004
【図３】
2013136691.tif 000005
【図４】
2013136691.tif 000006
【図５】
2013136691.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2013136691.tif 000011
【図１０】
2013136691.tif 000012
【図１１】
2013136691.tif 000013
【図１２】
2013136691.tif 000014
【図１３】
2013136691.tif 000015
【図１４】
2013136691.tif 000016
【図１５】
2013136691.tif 000017
【図１６】
2013136691.tif 000018
【図１７】
2013136691.tif 000019
【図１８】
2013136691.tif 000020
【図１９】
2013136691.tif 000021
【図２０】
2013136691.tif 000022
【図２１】
2013136691.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成25年10月21日(2013.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動を受けて発電する発電器と、
前記発電器の出力を変換する電力変換部と、
前記発電器の出力に関する情報を検出する検出部と、
前記電力変換部の電力変換の有無を切り替える制御部と
を備え、
前記発電器の出力に基づいて前記電力変換部の電力変換の有無が切り替わり、
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電装置の出力が前記発電装置の消費電力以下になったと判断したとき、前記電力変換部の前記電力変換を停止する、
発電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電器の出力が所定値以上になったと判断した場合、前記発電器から前記電力変換部への入力を遮断する、
請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記検出部によって検出される前記情報は、前記発電器の前記出力電力である、
請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電器は振動可能な振動体を有し、
前記検出部によって検出される前記情報は、前記振動体の振動振幅である、
請求項１記載の発電装置。
【請求項５】
さらに、前記電力変換部を制御するＭＰＰＴ回路を備え、
前記ＭＰＰＴ回路は前記検出部が検出した前記振動体の振動振幅に基づいて前記電力変換部を制御する、
請求項４記載の発電装置。
【請求項６】
さらに受動式スイッチを備え、
前記受動式スイッチは、前記発電器による出力電力の大きさに従って、前記発電器から前記電力変換部への電力の入力を、遮断または許可する、
請求項１記載の発電装置。
【請求項７】
前記受動式スイッチは入力電極、出力電極、可動電極を備え、入力電極に入力された電力の電圧に従って可動電極が湾曲することにより、入力電極および出力電極の導通／非導通を切り替える、
請求項６記載の発電装置。
【請求項８】
さらにスイッチを備え、
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電器から前記電力変換部への電力の入力を前記スイッチが遮断または許可するよう前記スイッチを制御する、
請求項１記載の発電装置。
【請求項９】
前記電力変換部は、
入力された直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部
を含み、
前記制御部は前記情報に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部の電圧変換の有無を切り替える、
請求項１記載の発電装置。
【請求項１０】
前記電力変換部は、
前記発電器によって出力された交流電流を直流電流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部によって出力された直流電流を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と
を含み、
前記制御部は前記情報に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部の電圧変換の有無を切り替える、
請求項１記載の発電装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載された発電装置を備える
電気機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
ひとつの態様による発電装置は、振動を受けて発電する発電器と、発電器の出力を変換する電力変換部と、発電器の出力に関する情報を検出する検出部と、電力変換部（パワー・マネージメント回路）の電力変換の有無を切り替える制御部とを備える。発電装置は、発電器の出力に基づいて電力変換部の電力変換の有無が切り替わる。制御部は、情報に基づいて、発電装置の出力が発電装置の消費電力以下になったと判断したとき、電力変換部の電力変換を停止する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２４】
下部基板１１１の上部表面には、複数の第１電極１０２が設けられる。これらの電極１０２を接続する配線は下部基板１１１内を通って、第１パッド１０５に接続される。また、上部基板１０９の下部表面には、複数の第２電極１０４Ａが設けられる。これらの第２電極１０４Ａを接続する配線は上部基板１０９内を通って、第２パッド１１３Ａに接続される。第１パッド１０５および第２パッド１１３Ａは互いに電気的に絶縁される。発電器１００ｆは、第１パッド１０５および第２パッド１１３Ａのそれぞれを通じて、発電した電力を出力する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２５】
下部基板１１１に対向する側の可動基板１０９の表面には複数の第１エレクトレット１０１が設けられる。各第１エレクトレット１０１は、電気力線が下部基板１１１の上部表面に対して垂直、かつ、電気力線の向きが可動基板１１０から下部基板１１１へ向かう方向となるように設けられる。同様に、上部基板１０９に対向する側の可動基板１１０の表面には複数の第２エレクトレット１０３が設けられる。各第２エレクトレット１０３は、電気力線の向きが、第１エレクトレット１０１の電気力線の向きとは逆になるように設けられる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４７】
＜７−３．本実施形態のまとめ＞
以上のとおり、本実施形態の発電装置１０００ｆは、振動を受けて電力を発電する発電器１００ｆと、発電器１００ｆの出力を変換する電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｆとを備える。発電器１００ｆは第１電極１０２および第２電極１０４Ａで電力を出力し、パワー・マネージメント回路２００ｆは、発電器１００ｆの第２電極１０４Ａからの出力を受けて駆動され、発電器１００ｆの第１電極１０２からの出力を別の電力に変換する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１５６】
なお、前述の実施形態では上部基板１０９と下部基板１１１という名前で区別した。しかしこの名前は便宜的なものであり、上下を逆にした構成であってもよい。ただし、第１電極１０２が設けられた方の基板に第１パッド１０５が設けられ、第２電極１０４Ａ、１０４Ｂが設けられた方の基板に第２パッド１１３Ｂが設けられる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８５】
＜１２−１．発電器の構成と動作＞
発電器１００ｄは、図１２に示す構成を有せばよい。発電器１００ｄの構成および発電動作は、すでに説明されている。そのためここでは詳細な説明を省略する。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９２】
＜１２−２．本実施形態のまとめ＞
本実施形態の発電装置１０００ｊは、振動を受けて発電する発電器１００ｄと、発電器１００ｄの出力を変換する電力変換部（パワー・マネージメント回路）２００ｈと、発電器１００ｄ内部の可動電極１１０の振動振幅を検出する振幅検出部２５０ｄと、パワー・マネージメント回路２００ｈを制御するＭＰＰＴ回路２３０ｊとを備える。制御部２４０ｊは、振幅検出部２５０ｄによって出力された振幅情報に基づいて、電力供給用ＡＣ／ＤＣ変換回路２１０ａの出力を算出し、算出結果をＭＰＰＴ回路２３０ｊに入力する。ＭＰＰＴ回路２３０ｊは、当該算出結果に基づいてパワー・マネージメント回路２００ｈを制御する。
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月10日(2014.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電装置であって、
振動を受けて発電する発電器と、
前記発電器の出力を変換する電力変換部と、
前記発電器の出力に関する情報を検出する検出部と、
前記電力変換部の電力変換の有無を切り替える制御部と
を備え、
前記発電器の出力に基づいて前記電力変換部の電力変換の有無が切り替わり、
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電装置の出力が、規準としての電力下限値である前記発電装置の消費電力以下になったと判断したとき、前記電力変換部の前記電力変換を停止する、
発電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電器の出力が所定値以上になったと判断した場合、前記発電器から前記電力変換部への入力を遮断する、
請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記検出部によって検出される前記情報は、前記発電器の前記出力電力である、
請求項１記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電器は振動可能な振動体を有し、
前記検出部によって検出される前記情報は、前記振動体の振動振幅である、
請求項１記載の発電装置。
【請求項５】
さらに、前記電力変換部を制御するＭＰＰＴ回路を備え、
前記ＭＰＰＴ回路は前記検出部が検出した前記振動体の振動振幅に基づいて前記電力変換部を制御する、
請求項４記載の発電装置。
【請求項６】
さらに受動式スイッチを備え、
前記受動式スイッチは、前記発電器による出力電力の大きさに従って、前記発電器から前記電力変換部への電力の入力を、遮断または許可する、
請求項１記載の発電装置。
【請求項７】
前記受動式スイッチは入力電極、出力電極、可動電極を備え、入力電極に入力された電力の電圧に従って可動電極が湾曲することにより、入力電極および出力電極の導通／非導通を切り替える、
請求項６記載の発電装置。
【請求項８】
さらにスイッチを備え、
前記制御部は、前記情報に基づいて、前記発電器から前記電力変換部への電力の入力を前記スイッチが遮断または許可するよう前記スイッチを制御する、
請求項１記載の発電装置。
【請求項９】
前記電力変換部は、
入力された直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部
を含み、
前記制御部は前記情報に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部の電圧変換の有無を切り替える、
請求項１記載の発電装置。
【請求項１０】
前記電力変換部は、
前記発電器によって出力された交流電流を直流電流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換部によって出力された直流電流を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換部と
を含み、
前記制御部は前記情報に基づいて、前記ＤＣ／ＤＣ変換部の電圧変換の有無を切り替える、
請求項１記載の発電装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１つに記載された発電装置を備える
電気機器。
【国際調査報告】
2013136691.tif 000024
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