(57)【要約】【課題】  起動の適正化を図った発電システムを提供する。【解決手段】  実施形態の発電システムは、発電機、整流・平滑回路、コンバータ、電圧計測部、およびスイッチを具備する。発電機は，交流電力を出力する。整流・平滑回路は、前記交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を平滑化する。コンバータは、平滑化された直流電力を変圧する。電圧計測部は、交流電力の平均電圧または前記平滑化された直流電力の電圧を計測する。スイッチは、整流・平滑回路と前記コンバータの間に配置され、前記計測された電圧が基準電圧以上になったときにＯＮ状態となる。【選択図】図１
2018157724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を出力する発電機と，
前記交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を平滑化する整流・平滑回路と，
前記平滑化された直流電力を変圧するコンバータと，
前記交流電力の平均電圧または前記平滑化された直流電力の電圧を計測する電圧計測部と，
前記整流・平滑回路と前記コンバータの間に配置され、前記計測された電圧が基準電圧以上になったときにＯＮ状態となるスイッチと，
を具備する発電システム。
【請求項２】
前記整流・平滑回路のインピーダンスと前記交流電力の平均電圧の対応関係を記憶する記憶部と，
所定のインピーダンスを設定する設定部と，
前記所定のインピーダンスおよび前記対応関係から前記基準電圧を算出する算出部と、
をさらに具備する請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
加速度を計測する加速度計と，
前記計測された加速度の振幅を算出する第１の算出部と，
加速度の振幅、前記整流・平滑回路のインピーダンス、および前記交流電力の平均電圧の間の第1の対応関係を記憶する記憶部と，
所定のインピーダンスを設定する設定部と，
前記算出された加速度の振幅と前記第1の対応関係から前記整流・平滑回路のインピーダンスと前記交流電力の平均電圧の第２の対応関係を導出する第２の算出部と、
前記所定のインピーダンスおよび前記第２の対応関係から前記基準電圧を算出する第３の算出部と、
をさらに具備する請求項１記載の発電システム。
【請求項４】
加速度を計測する加速度計と，
前記計測された加速度の振幅を算出する第１の算出部と，
前記計測された加速度の周波数特性のＱ値を算出する第２の算出部と，
加速度の振幅、前記整流・平滑回路のインピーダンス、および前記交流電力の平均電圧の間の第1の対応関係を記憶する第１の記憶部と，
加速度の周波数特性のＱ値と前記発電機の適正インピーダンスの第３の対応関係を記憶する第２の記憶部と，
前記算出された加速度の振幅と前記第1の対応関係から前記整流・平滑回路のインピーダンスと前記交流電力の平均電圧の第２の対応関係を導出する第２の算出部と、
前記算出されたＱ値と前記第３の対応関係から基準インピーダンスを算出する第４の算出部と，
前記基準インピーダンスおよび前記第２の対応関係から基準電圧を算出する第５の算出部と，
をさらに具備する請求項１記載の発電システム。
【請求項５】
加速度を計測する加速度計と，
前記計測された加速度の振幅を算出する第１の算出部と，
前記計測された加速度の周波数特性のＱ値を算出する第２の算出部と，
加速度の周波数特性のＱ値と前記発電機の適正インピーダンスの第１の対応関係を記憶する第１の記憶部と，
加速度の振幅、加速度の周波数特性のＱ値、前記整流・平滑回路のインピーダンス、および前記交流電力の平均電圧の間の第２の対応関係を記憶する第２の記憶部と，
前記算出されたＱ値と前記第１の対応関係から基準インピーダンスを算出する第３の算出部と，
前記算出された加速度の振幅、前記算出されたＱ値、および前記第２の対応関係から前記整流・平滑回路のインピーダンスと前記交流電力の平均電圧の第２の対応関係を導出する第２の算出部と、
前記基準インピーダンスおよび前記第２の対応関係から基準電圧を算出する第５の算出部と，
をさらに具備する請求項１記載の発電システム。
【請求項６】
交流電力を出力する発電機と，
前記交流電力を直流電力に変換する整流回路と、この直流電力を平滑化する平滑回路と、を有する整流・平滑回路と，
前記平滑化された直流電力を変圧するコンバータと，
前記整流・平滑回路または前記平滑回路のインピーダンスを計測するインピーダンス計測部と，
前記整流・平滑回路と前記コンバータの間に配置され、前記計測されたインピーダンスが基準インピーダンス以上になったときにＯＮ状態となるスイッチと，
を具備する発電システム。
【請求項７】
加速度を計測する加速度計と，
前記計測された加速度の振幅を算出する第１の算出部と，
加速度の振幅と適正インピーダンスの対応関係を記憶する記憶部と，
前記算出された加速度の振幅と前記対応関係から前記基準インピーダンスを算出する第２の算出部と、
をさらに具備する請求項６に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は，発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動発電機は、環境振動（例えば、車や電車の振動、雨が地面をたたく振動）を利用して発電する。振動発電機により発電した電力は、センサ等に用いる電源（電池等）の代替として期待されている。
【０００３】
しかし，振動発電機を含むシステムを適正に起動するのは、必ずしも容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５９１７４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は，起動の適正化を図った発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の発電システムは、発電機、整流・平滑回路、コンバータ、電圧計測部、およびスイッチを具備する。発電機は，交流電力を出力する。整流・平滑回路は、前記交流電力を直流電力に変換し、この直流電力を平滑化する。平滑回路を有する。コンバータは、平滑化された直流電力を変圧する。電圧計測部は、交流電力の平均電圧または前記平滑化された直流電力の電圧を計測する。スイッチは、整流・平滑回路と前記コンバータの間に配置され、前記計測された電圧が基準電圧以上になったときにＯＮ状態となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【図２】振動発電機１０の一例を表す断面図である。
【図３】第１の実施形態の振動発電システム１の動作手順を表すフローチャートである。
【図４】起動時における振動発電システム１の状態を表す回路図である。
【図５Ａ】起動時における電圧の時間的推移を表すグラフである。
【図５Ｂ】起動時における負荷インピーダンスの時間的推移を表すグラフである。
【図６】起動時におけるインピーダンスと電圧の対応関係を表すグラフである。
【図７】適正インピーダンスとリファレンス電圧の対応関係を表すグラフである。
【図８】第２の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【図９】第３の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【図１０】第４の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【図１１】加速度振幅、インピーダンス、および電圧の対応関係の一例を表すグラフである。
【図１２】第５の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【図１３】加速度周波数特性のＱ値と適正インピーダンスの対応関係の一例を表すグラフである。
【図１４】第６の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【図１５】加速度振幅、Ｑ値、インピーダンス、および電圧の対応関係の一例を表すグラフである。
【図１６】第７の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【図１７】第７の実施形態の振動発電システム１の動作手順を表すフローチャートである。
【図１８】第８の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【図１９】第９の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して実施形態の振動発電システムについて説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものである。
（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。図１は第１の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
振動発電システム１は、振動発電機１０，整流・平滑回路２０，コンバータ３０，電圧計測部４０，リファレンス出力部５１，比較器６０，およびスイッチ７０を備える。
【０００９】
図２は、振動発電機１０の一例を表す断面図である。
振動発電機１０は、振動のエネルギー（機械エネルギー）を交流電力に変換して出力する。振動発電機１０は、ケース１１、振動子１２、コイル１３、コイル固定部材１４、弾性部材１５を備える。
【００１０】
振動子１２は、弾性部材１５に固定され、ケース１１内に吊るされる。振動子１２は、磁石１２ａ〜１２ｃおよびヨーク１２ｆ〜１２ｈを有する。
ヨーク１２ｆは、中空の略円柱形状であり、磁石１２ａ〜１２ｃとヨーク１２ｇ、１２ｈを囲う。ヨーク１２ｆの上部中央は、弾性部材１５に接続されている。
【００１１】
磁石１２ａ、ヨーク１２ｇ、磁石１２ｂ、ヨーク１２ｈは、ヨーク１２ｆの内側上面に、その中心軸に沿って、順次に配置される。
磁石１２ａと磁石１２ｂはそれぞれ、ヨーク１２ｇ側のＮ極を有する。この結果、磁石１２ａ、１２ｂそれぞれから、互いに反発する磁束が生じる。
【００１２】
磁石１２ｃは、例えば、円筒形状であり、ヨーク１２ｆの内側面上に、コイル１３の外側と間隔を有して配置される。磁石１２ｃは、コイル１３と対向するＳ極およびヨーク１２ｆの内側面と接するＮ極を有する。
【００１３】
コイル１３は、円環形状であり、磁石１２ａおよび１２ｂの外側かつ磁石１２ｃの内側に配置される。コイル１３は、周方向に巻かれ、その中心軸は、振動子１２（ケース１１）の中心軸と一致している。
【００１４】
コイル固定部材１４は、振動子１２の内部にコイル１３を固定する。コイル固定部材１４は、ケース１１の底面に固定された、柱状のコイル支持部１４ａを有する。コイル固定部材１４は、コイル支持部１４ａによって、ケース１１に固定され、振動子１２（磁石１２ａ〜１２ｃおよびヨーク１２ｇ、１２ｈ）には固定されない。
【００１５】
弾性部材１５は、円板形状であり、その側面がケース１１の内側面に固定され、その下面の一部が振動子１２に接続される。
【００１６】
振動発電機１０に外部振動が加わると、コイル１３は、ケース１１と一体に振動する。振動子１２は、弾性部材１５の弾性力に応じて、コイル１３に対して、所定の周波数で振動する。この結果、振動子１２は、コイル１３に対して軸方向に相対運動する。コイル１３に鎖交する磁束が時間的に変化することで、起電力が発生する。
【００１７】
以上のように、振動発電機１０に加わった外部振動（機械エネルギー）が交流電力に変換される。ここでは、振動発電機１０は、振動（図面上下方向の運動）を直接に交流電力に変換しているが、振動を回転運動に変換した後に、交流電力に変換してもよい。
なお、本実施形態において、振動発電機１０を発電機一般（機械エネルギー一般を交流電力に変換する）に換えてもよい。
【００１８】
整流・平滑回路２０は、振動発電機１０から出力される交流電力を平滑化された直流電力に変換する。整流・平滑回路２０は、整流回路２１と平滑回路２２を有する。
【００１９】
整流回路２１は、振動発電機１０から出力される交流電力を直流電力（通例は、脈流）に変換する。整流回路２１は、１または複数のダイオードから構成できる。例えば、４つのダイオードをブリッジ接続した全波整流器を整流回路２１として利用できる。
【００２０】
平滑回路２２は，整流回路２１から出力される直流電力（脈流）を平滑化する。平滑回路２２は、１または複数のキャパシタ、またはキャパシタとコイルの組み合わせから構成できる。平滑回路２２は，電流（脈流）を一時的に電荷として蓄積し、放出することで、電圧を平滑化する。すなわち、平滑回路２２は，電力を蓄積する一種の蓄電回路である。
【００２１】
電圧計測部４０，リファレンス出力部５１，比較器６０，スイッチ７０、コンバータ３０は，整流・平滑回路２０から出力される平滑化電圧によって動作する。このため、振動発電システム１には、電池などを必要としない。この点、他の実施形態も同様である。
【００２２】
コンバータ３０は，例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータであり、平滑回路２２によって平滑化された直流電力を変圧し、所望の電圧とする。例えば、直流電力を交流に変換し、トランスなどによって変圧してから、直流に戻す。コンバータ３０（振動発電システム１）から出力される電力は、センサ等適宜の装置に供給される。
【００２３】
電圧計測部４０は、振動発電機１０から出力される出力電圧の平均値（平均電圧Ｖａ）を計測して出力する。平均値は、一例として、電圧の二乗平均平方根（root mean square：RMS、実効値）である。電圧計測部４０は，出力電圧の平均値に換えて、包絡線等を計測してもよい。電圧計測部４０は，電圧自体を出力しても良いし（ハード的出力），電圧値を表す信号を出力しても良い（ソフト的出力）。
【００２４】
電圧計測部４０は、電圧検出部４１，平均化フィルタ４２を有する。
電圧検出部４１は、振動発電機１０から出力される交流電圧を検出する。すなわち電圧検出部４１は、振動発電機１０から出力される交流電力の電圧そのもの、あるいは電圧値を表す信号を出力する。
平均化フィルタ４２は、電圧検出部４１から出力される交流電圧を平均化し、その平均値（平均電圧Ｖａ）を求める。この平均化は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで実現してもよい。
【００２５】
リファレンス出力部５１は、リファレンス電圧（基準電圧）Ｖｒを設定（記憶）し、出力する。リファレンス出力部５１は，電圧計測部４０と同様、電圧自体、電圧値を表す信号のいずれを出力しても良い。後述するように、リファレンス電圧Ｖｒは、例えば、振動発電機１０が最大出力のとき（接続された負荷が適正インピーダンスのとき）に対応する出力電圧の平均値である。
【００２６】
比較器６０は、電圧計測部４０で計測された平均電圧Ｖａとリファレンス出力部５１のリファレンス電圧Ｖｒを比較し、平均電圧Ｖａがリファレンス電圧Ｖｒ以上となったときに出力信号を出力する。
【００２７】
スイッチ７０は、整流・平滑回路２０とコンバータ３０との間に配置され、これらの間の接続をＯＮ／ＯＦＦする。振動発電システム１の起動時にはスイッチ７０はＯＦＦ状態であり、比較器６０からの出力信号を受けてＯＮ状態となる。すなわち、振動発電システム１の起動時には整流・平滑回路２０からの平滑化直流電圧はコンバータ３０に印加されず、比較器６０から信号が出力されることで、この平滑化直流電圧がコンバータ３０に印加される。
【００２８】
図３に示すように，振動発電システム１の起動時において、振動発電機１０が環境振動を受けて発電する（ステップＳ１、Ｓ２）。
【００２９】
この起動には、必ずしも起動スイッチのようなものを要しない。まず、振動発電機１０と整流・平滑回路２０の間にスイッチ（起動スイッチ）を配置し、このスイッチをＯＮとすることで、振動発電システム１を起動できる。一方、このような起動スイッチが無くても、振動発電システム１に振動が印加されたときに、振動発電システム１が起動したと考えることができる。すなわち、振動発電システム１を振動環境下に設置したとき、あるいは設置後、一定期間振動が停止し、その後に振動が再開したときである。
【００３０】
起動時での振動発電機１０の発電に伴い整流・平滑回路２０のインピーダンスが増加する（ステップＳ３）。整流回路２１を介して平滑回路（蓄電回路）２２に電力が蓄えられるため、平滑回路２２のインピーダンスが増加する。この結果、整流・平滑回路２０全体のインピーダンスＺも増加する。
【００３１】
一方、振動発電機１０からの出力電圧は起動時から少しずつ上昇する（ステップ４）。出力電圧の平均値（平均電圧Ｖａ）がリファレンス電圧Ｖｒ以上になったときにスイッチ７０がオン状態となる（ステップＳ５，Ｓ６）。この結果、コンバータ３０が起動し、センサ等の外部負荷に電力供給を開始する（ステップＳ７，Ｓ８）。
【００３２】
なお，後述のように、ステップ５の条件「平均電圧Ｖａが基準電圧（リファレンス電圧）Ｖｒ以上になる」ことは，「整流・平滑回路２０のインピーダンスＺが適正インピーダンスＺｒ以上になる」ことと等価である。
【００３３】
以上のように、振動発電システム１の起動時において、平均電圧Ｖａが基準電圧Ｖｒ以上になったときに、スイッチ７０をＯＮとし、コンバータ３０に振動発電機１０からの電力を供給する。この結果、次に示すように振動発電システム１の適正な起動が容易となる。
【００３４】
図４に，図１の機能ブロック図中、スイッチ７０がオフのときの振動発電機１０、整流回路２１、平滑回路２２の接続状態を示す。すなわち、振動発電機１０、整流回路２１、平滑回路（蓄電回路）２２が直列に接続される。
【００３５】
このとき、振動発電機１０からの出力電圧（平均電圧Ｖａ）と，振動発電機１０に接続する整流・平滑回路２０のインピーダンスＺ（整流回路２１と平滑回路２２のインピーダンスの合計）の時間的推移はそれぞれ図５Ａ，図５Ｂのグラフのようになる。また，図６に示すように，インピーダンスと出力電圧（平均値）の関係は一対一に対応する。
なお、インピーダンスは、後述のように平均電圧、平均電流から求められるため、一種の平均値（ＲＭＳ値）と考えることができる。
【００３６】
振動発電機１０を含む発電機は、一般に負荷のインピーダンスに依存して，出力電力が変化する。出力電力を最大化するには，負荷のインピーダンスを適正な値（以降，「適正インピーダンスＺｒ」という）とすることが好ましい。
しかし，振動発電機に接続する電気回路に平滑回路（蓄電回路）が含まれる場合，平滑回路への充電に伴いインピーダンスが大きく変化する。この結果、振動発電機１０から効率よく電力を取り出すことが困難となる。
【００３７】
図７は，図６に適正インピーダンスＺｒおよび振動発電機１０からの電力を重ね合わせたグラフである。適正インピーダンスＺｒに対応する平均電圧がリファレンス電圧（基準電圧）Ｖｒであり、このとき振動発電機１０からの電力が最大となる。このため，図３のフローチャートのステップ５の条件「平均電圧Ｖａが基準電圧（リファレンス電圧）Ｖｒ以上になる」ことは，「整流・平滑回路２０のインピーダンスＺが適正インピーダンスＺｒ以上になる」ことと等価である。
【００３８】
このように、整流・平滑回路２０のインピーダンスＺが適正インピーダンスＺｒに到達した時点でスイッチ７０をオンすることで，発電最大点でコンバータ３０を起動できる。このため、振動発電システム１から電力の供給を開始する時点から効率的かつ安定的な供給が可能となる。仮に、スイッチ７０が無く、整流・平滑回路２０とコンバータ３０が直結されていると、コンバータ３０の動作や電力の供給が不安定になったり、振動発電機１０での発電が非効率になったりする可能性がある。
【００３９】
なお、リファレンス電圧Ｖｒは、実験的に求めることができる。また、適正インピーダンスＺｒが分かっている場合，インピーダンスＺと平均電圧Ｖａの対応関係からリファレンス電圧Ｖｒを算出できる。
【００４０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。図８は、第２の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
図８に示すように，本実施形態では，電圧計測部４０（電圧検出部４１）が整流・平滑回路２０から出力される電圧を測定（検出）する点が、第１の実施形態と異なる。その他の構成については，第１の実施形態と同様である。
電圧検出部４１が、整流・平滑回路２０から出力される平滑化された電圧（ＤＣ）を検出するため，平均化フィルタが不要となる。このため、構成が簡略化され、かつ電力消費を低減できる。
【００４１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態ついて説明する。図９は、第３の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【００４２】
第３の実施形態では，インピーダンス設定部５２，対応関係記憶部５３，リファレンス算出部５４をさらに備える点が、第１の実施形態と異なる。その他の構成については，第１の実施形態と同様である。
【００４３】
インピーダンス設定部５２は、リファレンスとするインピーダンス（以降では，リファレンス・インピーダンス（基準インピーダンス）Ｚｒ）を設定（記憶）する。たとえば，ソフト的に設定される。設定するリファレンス・インピーダンスＺｒは適正インピーダンスであることが好ましい。
【００４４】
対応関係記憶部５３は、図７に示したようなインピーダンスと平均電圧の対応関係を記憶する。
インピーダンスと平均電圧の対応関係は，データベースであってもよいし，統計モデルや数理モデルであってもよい。なお，統計モデルや数理モデルは厳密である必要はなく，平均的または近似的に表現したものであってもよい。
【００４５】
リファレンス算出部５４は，インピーダンス設定部５２により設定したリファレンス・インピーダンスＺｒと，対応関係記憶部５３から供給されるインピーダンスと平均電圧の対応関係から，リファレンス電圧Ｖｒを算出する。
【００４６】
本実施形態によると，リファレンス・インピーダンスＺｒに対応したリファレンス電圧Ｖｒが一意に算出され，高効率に電力を取り出すことができる。
【００４７】
（第４の実施形態）
第４の実施形態ついて説明する。図１０は第４の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。図１１は、加速度振幅、インピーダンス、および電圧の対応関係の一例を表すグラフである。
【００４８】
図１０に示すように、第４の実施形態では，対応関係記憶部５３に代えて，対応関係記憶部８１，加速度計８２，振幅算出部８３、対応関係導出部８４，を備える点が、第３の実施形態と異なる。その他の構成は，第３の実施形態と同様である。
【００４９】
対応関係記憶部８１は，図１１に示すような加速度振幅Ａ、インピーダンスＺ、および平均電圧Ｖａの対応関係を記憶する。ここでは、加速度振幅Ａを規定したときのインピーダンスＺと平均電圧Ｖａの対応関係が示されているが、何らかの形で加速度振幅Ａ、インピーダンスＺ、および平均電圧Ｖａの対応関係が示されていればよい。
【００５０】
環境振動が，正弦波など，定常的かつ周期的な場合，環境振動の加速度振幅Ａに応じて，インピーダンスＺと平均電圧Ｖａの対応関係は変化する。
この対応関係はデータベースであっても良いし，統計モデルや数理モデルであってもよい。なお，統計モデルや数理モデルは厳密である必要はなく，平均的または近似的に表現したものであってもよい。
【００５１】
加速度計８２は，環境振動の加速度を測定する測定装置である。
振幅算出部８３は，測定した加速度の振幅（平均振幅）Ａを算出する。
対応関係導出部８４は，振幅算出部８３から出力される加速度振幅Ａと対応関係記憶部８１に記憶される対応関係に基づき、測定された加速度振幅ＡにおけるインピーダンスＺと平均電圧Ｖａの対応関係を求める。
本実施形態によると，環境振動の振幅Ａに応じて、インピーダンスＺと平均電圧Ｖａの対応関係が変化する場合であっても，高効率に電力を取り出すことができる。
【００５２】
（第５の実施形態）
第５の実施形態について図１２と図１３を参照して説明する。図１２は第５の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。図１３は、加速度の周波数特性のＱ値と適正インピーダンスの対応関係を表すグラフである。
【００５３】
図１２に示すように，本実施形態は，インピーダンス設定部５２に代えて，対応関係記憶部８５，周波数特性算出部８６，Ｑ値算出部８７，インピーダンス算出部８８を備える点で、第４の実施形態と異なる。その他の構成については，第４の実施形態と同様である。
【００５４】
対応関係記憶部８５は，加速度の周波数特性のＱ値と適正インピーダンス（リファレンス・インピーダンス）Ｚｒの対応関係を記憶する。すなわち、振動発電機１０の適正インピーダンスは，加速度の周波数特性のＱ値によって変化する。
加速度の周波数特性のＱ値と適正インピーダンスの対応関係はデータベースであってもよいし，統計モデルや数理モデルであってもよい。なお，統計モデルや数理モデルは厳密である必要はなく，平均的または近似的に表現したものであってもよい。
【００５５】
加速度の周波数特性は、加速度振幅の周波数分布を意味する。一般に環境振動は、正弦波など，定常的かつ周期的ではなく、種々の周波数成分を含むのが通例である。このため、加速度振幅の周波数成分の分布が、振動発電機１０の動作に影響を与える。
【００５６】
加速度の周波数特性のＱ値とは、振動の状態を表す無次元数であり，次の式（１）のように定義される。
Ｑ＝ｆ０／Δｆ            ……  式（１）
ここで，ｆ０は加速度振幅がピークのときの周波数であり，Δｆはピーク値より３ｄＢ下がった加速度振幅での周波数幅である。
【００５７】
周波数特性算出部８６は加速度の周波数特性（加速度振幅の周波数分布）を出力する。すなわち、周波数と加速度振幅の対応関係が求められる。
Ｑ値算出部８７は、加速度の周波数特性から、周波数ｆ０，周波数幅Δｆを求め、さらに式（１）に基づいて、加速度の周波数特性のＱ値を算出する。
【００５８】
インピーダンス算出部８８は，加速度周波数特性のＱ値と対応関係記憶部８５に記憶される対応関係に基づき、そのＱ値におけるインピーダンスを算出する。
本実施形態によると，環境振動の加速度周波数特性のＱ値に対応して、適正インピーダンスが変化する場合であっても，高効率に電力を取り出すことができる。
【００５９】
（第６の実施形態）
第６の実施形態について図１４と図１５を参照して説明する。図１４は第６の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。図１５は加速度振幅Ａ、加速度の周波数特性のＱ値、インピーダンスＺ，平均電圧Ｖａの対応関係を表すグラフである。
【００６０】
図１４に示すように，本実施形態は，対応関係記憶部８１と対応関係導出部８４に代えて，対応関係記憶部９１と対応関係導出部９２を備え，Ｑ値が対応関係導出部９２に入力される点で、第５の実施形態と異なる。その他の構成については，第５の実施形態と同様である。
【００６１】
対応関係記憶部９１は，図１５のような加速度振幅Ａ，加速度周波数特性のＱ値、インピーダンスＺ、平均電圧Ｖａの対応関係を記憶する。ここでは、加速度振幅Ａを規定した時の加速度周波数特性のＱ値、インピーダンスＺ、平均電圧Ｖａの対応関係が三次元的に示されるが、加速度振幅Ａ，加速度周波数特性のＱ値、インピーダンスＺ、平均電圧Ｖａの対応関係が何らかの形で示されていればよい。
【００６２】
これらの関係は統計モデルや数理モデルであってもよい。なお，統計モデルや数理モデルは厳密である必要はなく，平均的または近似的に表現したものであってもよい。
【００６３】
図１５に示すように，対応関係導出部９２は，加速度振幅Ａと加速度周波数特性のＱ値と対応関係記憶部９１から，その加速度振幅とＱ値におけるインピーダンスと電圧の対応関係を導出する。
本実施形態によると，加速度振幅ＡおよびＱ値に応じて，適正インピーダンスＺｒが変化する場合であっても、高効率に電力を取り出すことができる。
【００６４】
（第７の実施形態）  
第７の実施形態について図１６と図１７を参照して説明する。図１６は第７の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。図１７は第７の実施形態の振動発電システム１の動作手順を表すフローチャートである。
【００６５】
図１６に示すように，振動発電システム１は、振動発電機１０，整流・平滑回路２０，コンバータ３０，インピーダンス測定部９３，リファレンス出力部９４，比較器６０，スイッチ７０を備える。
【００６６】
図１６の電流測定部４３を電流検出部４３に訂正しました。
インピーダンス測定部９３は、整流・平滑回路２０のインピーダンスＺを計測して出力する。
インピーダンス測定部９３は、電圧検出部４１，平均化フィルタ４２，電流検出部４３，平均化フィルタ４４，除算器４５を有する。
電流検出部４３は，振動発電機１０から出力される交流電流を検出する。すなわち電流検出部４３は、振動発電機１０から出力される交流電力の電流そのもの、あるいは電流値を表す信号を出力する。
平均化フィルタ４４は、電流検出部４３から出力される交流電流を平均化し、その平均値（平均電流Ｉａ）を求める。この平均化は、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで実現してもよい。
【００６７】
除算器４５は、平均化フィルタ４２、４４それぞれから出力される平均電圧と平均電流を除算し、インピーダンスＺを算出する。
振動発電機１０から出力される電圧と電流はともに交流である。交流同士を除算すると，ゼロ割となる区間が生じ，平均的なインピーダンスを算出するには不都合が生じる。そのため，平均化フィルタ４２および４４により平均化された電圧および電流を除算する。
【００６８】
リファレンス出力部９４は、リファレンス・インピーダンスＺｒに対応する信号を出力する。
比較器６０は、インピーダンスＺがリファレンス・インピーダンスＺｒ以上になったときに出力信号を出力する。
【００６９】
リファレンス出力部５１，比較器６０，スイッチ７０、コンバータ３０に加えて、インピーダンス測定部９３は，整流・平滑回路２０から出力される平滑化電圧によって動作する。
なお、他の実施形態と共通する要素の説明は省略する。
【００７０】
図１７に示すように，振動発電システム１の起動時において、振動発電機１０が環境振動を受けて発電し、整流・平滑回路２０のインピーダンスＺが増加する（ステップＳ１〜Ｓ３）。インピーダンスＺがリファレンス・インピーダンスＺｒ以上になったときにスイッチ７０がオンされる（ステップＳ５１，Ｓ６）。この結果、コンバータ３０が起動し、センサ等の外部負荷に電力供給を開始する（ステップＳ７，Ｓ８）。
【００７１】
本実施形態では、インピーダンスを直接測定するため，リファレンス電圧Ｖｒを算出する工程が不要となる。
【００７２】
（第８の実施形態）
第８の実施形態について説明する。図１８は、第８の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【００７３】
本実施形態では，整流・平滑回路２０より先のインピーダンスとする点で第７の実施形態と異なる。その他の構成については，第７の実施形態と同様である。
【００７４】
ここでは、電圧検出部４１で検出された電圧はそのまま除算記４５に入力され、一方、電流検出部４３で検出された電流は平均化フィルタ４４で平均化された後に除算記４５に入力される。これは、電圧検出部４１で検出される電圧は概ね平滑化されているのに対し、電流検出部４３で検出される電流は、依然として脈流であるためである。
【００７５】
既述のように整流回路２１から脈流の直流電力が出力される。このとき出力される電力は電流、電圧とも脈流である。平滑回路２９は、電圧がある程度高くなるまで電荷を蓄積することから、脈流の電圧を平滑化する（平滑回路２９に蓄積された電荷によって、整流・平滑回路２０の電圧が決まる）。一方、平滑回路２９は、電圧ほどには、電流を平滑化しない。
【００７６】
（第９の実施形態）
第９の実施形態ついて説明する。図１９は第９の実施形態の振動発電システム１の機能ブロック図である。
【００７７】
第９の実施形態では，加速度計８２，振幅算出部８３、対応関係記憶部９５，リファレンス算出部９６をさらに備える点が、第７の実施形態と異なる。その他の構成については，第７の実施形態と同様である。
対応関係記憶部９５は、加速度振幅Ａと適正インピーダンスＺｒの対応関係を記憶する。
リファレンス算出部９６は，対応関係記憶部５３からの加速度振幅Ａと適正インピーダンスＺｒの対応関係と、振幅算出部８３からの加速度振幅Ａに基づいて，リファレンス・インピーダンスＺｒを算出する。
他の構成は第４の実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００７８】
本実施形態によると，加速度振幅Ａに対応して適正インピーダンスＺｒが変化する場合であっても，高効率に電力を取り出すことができる。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，例として提示したものであり，発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は，その他の様々な形態で実施されることが可能であり，発明の要旨を逸脱しない範囲で，種々の省略，置き換え，変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は，発明の範囲や要旨に含まれるとともに，特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８０】
１            振動発電システム
１０          振動発電機
１１          ケース
１２          振動子
１２ａ〜１２ｃ              磁石
１２ｆ〜１２ｈ              ヨーク
１３          コイル
１４          コイル固定部材
１４ａ        コイル支持部
１５          弾性部材
２０          整流・平滑回路
２１          整流回路
２２          平滑回路
３０          コンバータ
４０          電圧計測部
４１          電圧検出部
４２          平均化フィルタ
４３          電流検出部
４４          平均化フィルタ
４５          除算器
５１          リファレンス出力部
５２          インピーダンス設定部
５３          対応関係記憶部
５４          リファレンス算出部
６０          比較器
７０          スイッチ
８１          対応関係記憶部
８２          加速度計
８３          振幅算出部
８４          対応関係導出部
８５          対応関係記憶部
８６          周波数特性算出部
８７          Ｑ値算出部
８８          インピーダンス算出部
９１          対応関係記憶部
９２          対応関係導出部
９３          インピーダンス測定部
９４          リファレンス出力部
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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