(57)【要約】【課題】発電効率の向上を図ることが可能な発電装置を提供する。【解決手段】発電装置１は、発電素子３と、ハウジング２と、を備える。発電素子３は、支持部３１と、振動部３２と、圧電変換部３３と、を備える。振動部３２は、第１端３２ａが固定端であり、第２端３２ｂが自由端である。圧電変換部３３は、振動部３２の表面３２１の一部に重ねて設けられ振動部３２の振動により交流電圧を発生する。ハウジング２は、流体の入口２１と、流体の出口２３と、流路２２と、入口２１から流入した流体を発電素子３に集める流体導入部２４と、を備える。発電素子３は、振動部３２の表面３２１に、凸部により構成されて振動部３２の表面積を増大させる表面積増大部３２５を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電素子と、ハウジングと、を備え、
前記発電素子は、支持部と、振動部と、圧電変換部と、を備え、
前記振動部は、第１端と、第２端と、を備え、前記第１端が前記支持部に固定された固定端であり、前記第２端が自由端であり、流体のエネルギを受けて振動可能であり、
前記圧電変換部は、前記振動部の表面の一部に重ねて設けられ前記振動部の振動により交流電圧を発生するように構成され、
前記ハウジングは、流体の入口と、流体の出口と、前記入口と前記出口との間の流路と、前記入口から流入した流体を前記流路に配置されている前記発電素子に集める流体導入部と、を備え、
前記発電素子は、前記振動部の前記表面に、凸部もしくは凹部により構成されて前記振動部の表面積を増大させる表面積増大部を備える、
ことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記発電素子は、前記表面積増大部を複数備える、
ことを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
前記発電素子は、前記支持部の形状が枠状であり、前記振動部の外側面の全体に亘って前記外側面と前記支持部の内側面との間に隙間があり、
前記表面積増大部は、前記振動部の前記表面のうち前記圧電変換部が設けられた第１領域よりも前記第２端側の第２領域における外周部に設けてある、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電素子で発生した電気エネルギを蓄電する蓄電部と、温度、湿度及び流速の群から選択される少なくとも１つの環境情報を検知するセンサ部と、前記センサ部で検知した環境情報を送信する送信部と、を備え、
前記蓄電部、前記センサ部及び前記送信部は、前記ハウジングに保持され、前記センサ部及び前記送信部が前記蓄電部を電源として動作するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関し、より詳細には、流体励起振動を利用して発電する流体振動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、振動エネルギを電気エネルギに変換する発電装置は、環境発電等の分野で注目されている。
【０００３】
この種の発電装置としては、例えば、図１０（ａ）、１０（ｂ）及び１０（ｃ）に示す構成の発電装置２０１が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
発電装置２０１は、ベース２１１と、圧電素子２１４が固着されたリード２１３と、を有する。
【０００５】
ベース２１１は、矩形の窓２１２が形成されたプレート２１５を有する。窓２１２のサイズは、図１０（ａ）に示すように、窓２１２に面したリード２１３よりも一回り大きく、窓２１２の縁部とリード２１３との間には、気体Ｆ１が通過するわずかな隙間が形成されている。
【０００６】
リード２１３は、板厚方向に屈曲振動可能な可撓性を有している。例えば、リード２１３は、ＦＲＰ等で形成されたフレキシブルプリント基板である。リード２１３は、一方の端部２３１が、プレート２１５の上面に固定され、他方の端部２３２が、窓２１２を自由に出入りできるように窓２１２に面して位置付けられている。
【０００７】
また、リード２１３は、図１０（ｂ）に示すように、端部２３２が窓２１２の外側（気体Ｆ１が流れ込んでくる側）に位置するように、プレート２１５の上面に対してわずかに傾斜している（上がっている）。
【０００８】
圧電素子２１４は、バイモルフ圧電素子であり、図１０（ｂ）及び１０（ｃ）に示すように、リード２１３の表裏両面に固着されている。特許文献１には、圧電素子２１４が、リード２１３の表面及び裏面の一方に固着されたユニモルフ圧電素子でもよい旨が記載されている。
【０００９】
発電装置２０１に限らず、流体振動発電装置の技術分野においては、発電効率の更なる向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１２−９７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、発電効率の向上を図ることが可能な発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の発電装置は、発電素子と、ハウジングと、を備える。前記発電素子は、支持部と、振動部と、圧電変換部と、を備える。前記振動部は、第１端と、第２端と、を備える。前記振動部は、記第１端が前記支持部に固定された固定端であり、前記第２端が自由端であり、流体のエネルギを受けて振動可能である。前記圧電変換部は、前記振動部の表面の一部に重ねて設けられ前記振動部の振動により交流電圧を発生するように構成されている。前記ハウジングは、流体の入口と、流体の出口と、前記入口と前記出口との間の流路と、前記入口から流入した流体を前記流路に配置されている前記発電素子に集める流体導入部と、を備える。前記発電素子は、前記振動部の前記表面に、凸部もしくは凹部により構成されて前記振動部の表面積を増大させる表面積増大部を備える。
【００１３】
この発電装置において、前記発電素子は、前記表面積増大部を複数備えるのが好ましい。
【００１４】
この発電装置において、前記発電素子は、前記支持部の形状が枠状であり、前記振動部の外側面の全体に亘って前記外側面と前記支持部の内側面との間に隙間がある。ここで、前記表面積増大部は、前記振動部の前記表面のうち前記圧電変換部が設けられた第１領域よりも前記第２端側の第２領域における外周部に設けてあるのが好ましい。
【００１５】
この発電装置においては、前記発電素子で発生した電気エネルギを蓄電する蓄電部と、温度、湿度及び流速の群から選択される少なくとも１つの環境情報を検知するセンサ部と、前記センサ部で検知した環境情報を送信する送信部と、を更に備える。ここで、前記蓄電部、前記センサ部及び前記送信部は、前記ハウジングに保持され、前記センサ部及び前記送信部が前記蓄電部を電源として動作するように構成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の発電装置は、前記ハウジングが、前記入口から流入した流体を前記流路内に配置されている前記発電素子に集める流体導入部を備える。更に、本発明の発電装置は、前記発電素子が、前記振動部の前記表面に、凸部もしくは凹部により構成されて前記振動部の表面積を増大させる表面積増大部を備える。よって、本発明の発電装置は、流体をより効率良く前記発電素子の振動部へ当てることが可能となり、発電効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態の発電装置を示す概略断面図である。
【図２】図２は、実施形態の発電装置を示す概略平面図である。
【図３】図３は、実施形態の発電装置を示す概略下面図である。
【図４】図４は、図２のＹ−Ｙ概略断面図である。
【図５】図５（ａ）は、実施形態の発電装置における発電素子を示す概略平面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図６】図６（ａ）は、実施形態の発電装置の第１変形例における発電素子を示す概略平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図７】図７（ａ）は、実施形態の発電装置の第２変形例における発電素子を示す概略平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図８】図８（ａ）は、実施形態の発電装置の第３変形例における発電素子を示す概略平面図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図９】図９（ａ）は、実施形態の発電装置の第４変形例における発電素子を示す概略平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）のＸ−Ｘ概略断面図である。
【図１０】図１０（ａ）は、従来例の発電装置の概略平面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下では、本実施形態の発電装置１について図１〜４、５（ａ）及び５（ｂ）に基づいて説明する。なお、図１は、図２のＸ−Ｘ概略断面図である。
【００１９】
発電装置１は、発電素子３と、ハウジング２と、を備える。発電素子３は、支持部３１と、振動部３２と、圧電変換部３３と、を備える。振動部３２は、第１端３２ａと、第２端３２ｂと、を備える。振動部３２は、第１端３２ａが支持部３１に固定された固定端であり、第２端３２ｂが自由端である。振動部３２は、流体のエネルギを受けて振動可能である。圧電変換部３３は、振動部３２の表面３２１の一部に重ねて設けられ振動部３２の振動により交流電圧を発生するように構成されている。ハウジング２は、流体の入口２１と、流体の出口２３と、入口２１と出口２３との間の流路２２と、入口２１から流入した流体を流路２２内に配置されている発電素子３に集める流体導入部２４と、を備える。発電素子３は、振動部３２の表面３２１に、凸部により構成されて振動部３２の表面積を増大させる表面積増大部３２５を備える。よって、発電装置１は、流体を受ける面積が増大し、流体をより効率良く発電素子３の振動部３２へ当てることが可能となり、発電効率を向上させることが可能となる。
【００２０】
発電装置１は、流体が振動部３２に当たることにより、振動部３２において振動エネルギが発生し、圧電変換部３３において電気エネルギが発生する。圧電変換部３３は、振動部３２の振動に応じて交流電圧を発生する。よって、発電素子３は、圧電変換部３３で発生する電圧が交流電圧である。発電素子３は、圧電変換部３３で発生する交流電圧のピーク値の絶対値が、流体の流速が速くなるにしたがって増加する傾向にある。
【００２１】
発電装置１は、図４に示すように、発電素子３で発生した電気エネルギを蓄電する蓄電部４と、温度、湿度及び流速の群から選択される少なくとも１つの環境情報を検知するセンサ部５と、センサ部５で検知した環境情報を送信する送信部６と、を更に備えた構成とすることができる。発電装置１は、蓄電部４、センサ部５及び送信部６が、ハウジング２１に保持され、センサ部５及び送信部６が蓄電部４を電源として動作するように構成されているのが好ましい。これにより、発電装置１は、設置場所の自由度が高くなる。
【００２２】
発電装置１の各構成要素については、以下に、より詳細に説明する。
【００２３】
支持部３１の形状は、枠状の形状として、例えば、矩形枠状とすることができる。支持部３１の内周形状は、矩形状に限らず、例えば、矩形状以外の多角形状や円形状、楕円形状等の形状でもよい。なお、支持部３１の外周形状は、矩形状以外の形状でもよい。
【００２４】
振動部３２は、平面視において、支持部３１の内側に配置されている。これにより、発電素子３は、振動部３２の外側面と支持部３１の内側面との間に、流体が通過可能な隙間３５が形成されている。
【００２５】
振動部３２は、第１端３２ａが、振動部３２の長さ方向の一端により構成され、第２端３２ｂが、振動部３２の長さ方向の他端により構成されている。
【００２６】
振動部３２は、支持部３１に揺動自在に支持されている。振動部３２は、第１端３２ａ側の部分が支持部３１よりも薄く形成されていることにより、支持部３１に揺動自在に支持されている。振動部３２は、第２端３２ｂ側に、第１端３２ａ側の部分に比べて厚い錘部３４を備えているのが好ましい。
【００２７】
振動部３２は、先端面３２ｃ（図５（ｂ）参照）の法線（図示せず）が支持部３１に交差しないように反っている。これにより、発電素子３は、流体励起振動が可能で且つ流体励起振動時の圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。「流体励起振動」とは、流体が隙間３５を通過することによって発生する振動部３２の振動を意味する。この流体励起振動は、自励振動である。流体としては、例えば、空気、ガス、空気とガスとの混合気体、液体等が挙げられる。流体が気体の場合、発電装置１を設置する流れ場としては、例えば、空調機の給気ダクトの内部や、空調機の排気ダクトの内部等が挙げられる。
【００２８】
発電素子３は、振動部３２が錘部３４を備えることにより、錘部３４を備えていない場合に比べて、振動部３２の振動時の慣性力を大きくでき、振動部３２の振幅を大きくすることが可能となる。また、発電素子３は、振動部３２が錘部３４を備えることにより、振動部３２の振動時に振動部３２における錘部３４と支持部３１との間の部分及び圧電変換部３３に集中的にひずみを発生させることが可能となる。よって、発電素子３は、錘部３４を備えることにより、圧電変換効率の向上を図ることが可能となる。また、発電素子３は、振動部３２が錘部３４を備えることにより、振動部３２の共振周波数を小さくすることが可能となり、振動部３２が振動し始める流体の流速の低速化を図ることが可能となる。
【００２９】
発電素子３は、例えば、ＭＥＭＳの製造技術を利用して製造することができる。
【００３０】
この場合、支持部３１及び振動部３２は、１枚の基板から形成することができる。これにより、発電素子３は、支持部３１と振動部３２との相対的な位置精度を高めることが可能となる。基板としては、例えば、シリコン基板上のシリコン酸化膜からなる絶縁層上にシリコン層が形成されたＳＯＩ基板を用いることができる。
【００３１】
発電素子３は、基板の第１面側に圧電変換部３３が形成されており、基板と圧電変換部３３との間に、基板と圧電変換部３３とを電気的に絶縁する絶縁膜を備えているのが好ましい。この場合、発電素子３は、振動部３２の表面３２１が、絶縁膜の表面の一部により構成される。絶縁膜は、例えば、シリコン酸化膜により構成することができる。このシリコン酸化膜は、例えば、熱酸化法により形成することができるが、これに限らず、ＣＶＤ法等により形成することもできる。
【００３２】
発電素子３は、例えば、絶縁膜の圧縮応力によって振動部３２が反っている構成とすることができる。この場合、発電素子３は、基板の第１面側に形成した絶縁膜が、基板と圧電変換部３３とを電気的に絶縁する機能だけでなく、振動部３２を反らせる機能を有している。これにより、発電素子３は、絶縁膜とは別途に、振動部３２に応力制御用の薄膜を形成して振動部３２を反らせる場合に比べて、製造プロセスを簡略化することが可能となる。発電素子３の製造方法では、絶縁膜を形成するためのプロセス条件を適宜設定することによって、絶縁膜の内部応力を制御することが可能である。発電素子３の製造方法では、例えば、絶縁膜を熱酸化法により形成する場合、酸化温度等のプロセス条件を適宜設定することによって絶縁膜の内部応力を制御することができる。また、発電素子３の製造方法では、例えば、絶縁膜をスパッタ法やＣＶＤ法により成膜する場合、ガス圧や、温度等のプロセス条件を適宜設定することによって絶縁膜の内部応力を制御することができる。
【００３３】
発電素子３は、振動部３２に外部振動や流体等が作用していない初期状態において、振動部３２が、振動部３２の先端面３２ｃの法線が支持部３１に交差しないように反っている。ここで、振動部３２は、表面３２１が凹曲面状となり且つ裏面３２２が凸曲面状となるように、反っている。
【００３４】
基板は、ＳＯＩ基板に限らず、単結晶のシリコン基板や多結晶のシリコン基板、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）基板、金属基板、ガラス基板、ポリマー基板等を用いることも可能である。
【００３５】
圧電変換部３３は、振動部３２側から順に、第１電極、圧電体層及び第２電極を備えている。要するに、圧電変換部３３は、圧電体層と、圧電体層を厚み方向の両側から挟んで互いに対向する第１電極及び第２電極と、を備える。圧電体層の圧電材料としては、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）を採用しているが、これに限らず、例えば、ＰＺＴ−ＰＭＮ（Ｐｂ（Ｍｎ，Ｎｂ）Ｏ3）や不純物を添加したＰＺＴでもよい。また、圧電材料は、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＫＮＮ（Ｋ0.5Ｎａ0.5ＮｂＯ3）や、ＫＮ（ＫＮｂＯ3）、ＮＮ（ＮａＮｂＯ3）、ＫＮＮに不純物を添加した材料等でもよい。不純物としては、例えば、Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｓｂ，Ｃｕ等を挙げることができる。発電素子３は、圧電体層が、圧電薄膜により構成されている。
【００３６】
発電素子３は、絶縁膜と第１電極との間に緩衝層を設けた構造でもよい。緩衝層は、第１電極上の圧電体層の結晶性を向上させるために設ける層である。緩衝層の材料は、圧電体層の圧電材料に応じて適宜選択するのが好ましい。圧電体層の圧電材料がＰＺＴの場合、緩衝層の材料は、例えば、ＳｒＲｕＯ3、（Ｐｂ，Ｌａ）ＴｉＯ3、ＰｂＴｉＯ3、ＭｇＯ、ＬａＮｉＯ3等を採用することが好ましい。また、緩衝層は、例えば、Ｐｔ膜とＳｒＲｕＯ3膜との積層膜により構成してもよい。発電素子３は、緩衝層を設けることにより、圧電体層の結晶性を向上させることが可能となる。
【００３７】
発電素子３は、振動部３２の振動によって圧電変換部３３の圧電体層が応力を受け、第２電極と第１電極とに電荷の偏りが発生し、圧電変換部３３において交流電圧が発生する。要するに、発電素子３は、圧電変換部３３が圧電材料の圧電効果を利用して交流電圧を発生する。
【００３８】
圧電変換部３３で発生する交流電圧は、圧電体層の振動に応じた正弦波状の交流電圧となる。発電素子３は、隙間３５を流体が流れることによって発生する自励振動を利用して発電することができる。発電素子３の共振周波数は、振動部３２の構造パラメータ及び材料等により決まる。
【００３９】
発電素子３は、第１電極に第１配線を介して電気的に接続された第１パッド電極３６と、第２電極に第２配線を介して電気的に接続された第２パッド電極３７と、が、支持部３１に設けられている。なお、発電素子３は、圧電変換部３３を１つだけ備えているが、これに限らず、圧電変換部３３を複数備えた構成としてもよい。
【００４０】
発電素子３は、ＭＥＭＳの製造技術を利用して製造する場合、支持部３１の形状が矩形枠状であるのが好ましい。つまり、支持部３１は、外周形状が矩形状であることが好ましい。これにより、発電素子３は、製造時に、ダイシング工程の作業性を向上させることが可能となる。発電素子３の製造時には、例えば、まず、支持部３１と振動部３２との基礎となるウェハ（例えば、ＳＯＩウェハ）を準備する。発電素子３の製造時には、ウェハに多数の発電素子３を形成する前工程を行い、後工程において、ダイシング工程で個々の発電素子３に分離する。
【００４１】
発電素子３は、振動部３２の表面３２１がハウジング２の入口２１側となり、裏面３２２がハウジング２の出口２３側となるようにハウジング２１に保持されている。
【００４２】
発電素子３は、流路２２を通る流体のエネルギを振動エネルギに変換し振動エネルギを電気エネルギに変換することができる。
【００４３】
発電素子３では、流路２２の上流側から発電素子３に向って流れる流体が隙間３５を通る際に流速が速くなるので、振動部３２と支持部３１とで囲まれた空間の圧力が下がり、振動部３２の第２端３２ｂが支持部３１に近づく向きへ変位する。そして、発電素子３では、振動部３２の厚み方向の両側の空間同士の圧力差がなくなると、振動部３２の弾性力によって振動部３２が元の位置に戻ろうとする力が作用するものと推定される。発電素子３は、このような動作が繰り返されることで振動部３２が自励振動し、圧電変換部３３で交流電圧が発生する、と推定される。なお、本実施形態の発電装置１は、仮に推定メカニズムが別であっても、本発明の範囲内である。
【００４４】
発電装置１は、発電素子３が実装された回路基板７を備えているのが好ましい。回路基板７としては、例えば、プリント基板を用いることができる。回路基板７は、発電素子３の第１パッド電極３６が第１ワイヤを介して電気的に接続される第１導体部（図示せず）を備える。また、回路基板７は、発電素子３の第２パッド電極３７が第２ワイヤを介して電気的に接続される第２導体部を備えている。回路基板７には、流路２２に連通する孔７１が、回路基板７の厚さ方向に貫通して形成されている。回路基板７は、孔７１を形成したものに限らず、例えば、Ｕ字状の形状に形成したものでもよい。
【００４５】
ハウジング２は、入口２１が形成された第１構造体２ａと、出口２３が形成された第２構造体２ｂ、を、２本の第１螺子２６（図３参照）により固定して構成されている。発電装置１は、第１構造体２ａと第２構造体２ｂとの間に、発電素子３及び回路基板７が配置されており、発電素子３及び回路基板７がハウジング２に保持されている。第１構造体２ａ及び第２構造体２ｂは、それぞれ樹脂成形品により構成してある。よって、発電装置１は、ハウジング２を金属により形成する場合に比べて、ハウジング２の形状の自由度が高くなり、流体の渦の発生を抑制するための、より複雑な形状のハウジング２を形成可能となる。また、発電装置１は、ハウジング２を金属により形成する場合に比べて、低コスト化を図ることが可能となる。
【００４６】
ハウジング２は、直方体状に形成されており、各角部が丸みを有するように形成されているのが好ましい。要するに、ハウジング２は、隣り合う面同士が滑らかに連続しているのが好ましい。特に、ハウジング２は、入口が形成された前面２０ａと、前面２０ａに隣り合う側面２０ｂと、が滑らかに連続しているのが好ましい。これにより、発電装置１は、ハウジング２の入口２１の周部付近で渦等が発生するのを抑制することが可能となる。よって、発電装置１は、ハウジング２の外部から流体を流路２２に効率良く導入することが可能となる。これにより、発電装置１は、流体を、より効率良く発電素子３の振動部３２へ当てることが可能となり、発電効率を向上させることが可能となる。発電装置１は、より少ない流体で効率良く発電させることが可能となる。
【００４７】
流体導入部２４は、第１構造体２ａに一体に形成されている。流体導入部２４の内部空間は、流路２２の一部を構成する。流体導入部２４は、入口２１から離れて発電素子３に近づくにつれて開口面積が徐々に小さくなる枠状に形成されている。発電装置１は、流体導入部２４を備えることにより、流路２２の開口面積が一様である場合に比べて、流体を発電素子３に集中させることが可能となる。また、発電装置１は、流体導入部２４を備えることにより、発電素子３に当たる流体の流速を速くすることが可能となる。よって、発電装置１は、発電効率及び発電電圧の向上を図ることが可能となる。
【００４８】
流体導入部２４は、発電素子３のうち振動部３２ｂの第２端３２ｂ側の部分を含む略半分を露出させるように形成されている。これにより、発電装置１は、振動部３２の第２端３２ｂ側に効率良く流体が当たりやすくなり、発電効率の向上を図ることが可能となる。
【００４９】
発電素子３は、支持部３１の形状が枠状であり、振動部３２の外側面の全体に亘って外側面と支持部３１の内側面との間に隙間３５がある。ここで、表面積増大部３２５は、振動部３２の表面３２１のうち圧電変換部３３が設けられた第１領域３２１ａよりも第２端３２ｂ側の第２領域３２１ｂにおける外周部に設けてあるのが好ましい。これにより、発電装置１は、振動部３２に当たった流体が逃げにくくなり、発電効率の向上を図ることが可能となる。第１領域３２１ａ及び第２領域３２１ｂは、それぞれ矩形状の領域である。表面積増大部３２５は、例えば、基板の一部と、絶縁膜の一部と、で構成することができる。また、表面積増大部３２５は、絶縁膜上に形成した単層若しくは多層の膜により構成することもできる。
【００５０】
蓄電部４は、発電素子３で発生した電気エネルギを蓄電する。しかしながら、発電素子３で発生する電気エネルギは、交流電圧である。
【００５１】
このため、発電装置１は、例えば、発電素子３で発生する交流電圧を整流する整流回路を備えた構成であるのが好ましい。この場合、回路基板７には、整流回路の回路部品も実装されているのが好ましい。蓄電部４は、例えば、コンデンサにより構成することができる。蓄電部４を構成するコンデンサは、例えば、整流回路の出力端間に接続することができる。整流回路は、例えば、ダイオードブリッジからなる全波整流回路を採用することができる。
【００５２】
また、発電装置１は、整流回路として全波整流回路を備えた構成に限らず、例えば、整流回路として両波倍電圧整流回路を備えた構成としてもよい。両波倍電圧整流回路は、２個のダイオードの直列回路と２個のコンデンサの直列回路とが並列接続された構成を採用することができる。要するに、両波倍電圧整流回路は、２個のダイオードと２個のコンデンサとがブリッジ接続されている構成を採用することができる。この場合、蓄電部４は、両波倍電圧整流回路の２個のコンデンサの直列回路により構成することができる。
【００５３】
センサ部５は、環境情報として温度を検知する温度センサ、環境情報として湿度を検知する湿度センサ、環境情報として温度と湿度とを検知する温湿度センサ、環境情報として流速を検知する流速センサ等を採用することができる。温度は、流体の温度である。湿度は、流体の湿度である。温湿度は、流体の温湿度である。流速は、流体の速度である。
【００５４】
送信部６は、センサ部５で検知した環境情報を含む無線信号を送信する無線送信部により構成されているのが好ましい。これにより、発電装置１は、設置場所の自由度が高くなり、汎用性を高めることが可能となる。無線送信部の無線通信規格としては、例えば、EnOcean（登録商標）、Zigbee（登録商標）、Bluetooth（登録商標）、特定小電力無線、微弱無線、Wi-Fi（登録商標）、UWB等を採用することができる。無線通信規格は、特に限定するものではない。
【００５５】
発電装置１は、上述のように、センサ部５及び送信部６が蓄電部４を電源として動作するように構成されているのが好ましい。
【００５６】
発電装置１は、切替回路を備えるのが好ましい。切替回路は、発電素子３と蓄電部４とを電気的に接続する第１状態と、発電素子３とセンサ部５とを電気的に接続する第２状態とを切り替え可能に構成されているのが好ましい。また、発電装置１は、蓄電部４からセンサ部５及び送信部６への電力供給路に設けられたスイッチング素子と、蓄電部４の蓄電量を監視する監視部と、を備えているのが好ましい。スイッチング素子は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ等により構成することができる。監視部は、蓄電部４の出力端間の電圧を蓄電量として監視し、蓄電量と予め設定した規定値との比較結果に基づいてスイッチング素子をオン、オフする機能を有している。例えば、監視部は、蓄電部４の蓄電量がセンサ部５及び送信部６の駆動のために予め設定した上記規定値に到達すると、スイッチング素子をオンさせ、上記規定値よりも低下すると、スイッチング素子をオフさせる。これにより、センサ部５及び送信部６は、蓄電部４から間欠的に電力供給され、駆動される。切替回路は、例えば、１乃至複数のスイッチ要素により構成することができる。監視部は、例えば、ＩＣ素子やマイクロコンピュータ等により構成することができる。
【００５７】
発電装置１は、切替回路を備えていることにより、蓄電部４の充電毎に蓄電部４の蓄電量が上記規定値に達するまでの時間を短縮することが可能となる。
【００５８】
発電装置１は、例えば、空調管理システムに利用することができる。
【００５９】
空調管理システムは、例えば、発電装置１と、空調機と、を備えた構成とすることができる。発電装置１は、空調機の給気用のダクト（図示せず）もしくは排気用のダクト（図示せず）の内部に配置することができる。
【００６０】
空調機は、例えば、ファンと、ファンを回転させるモータと、運転スイッチと、モータを制御することでファンの運転状態を制御する制御部と、リモートコントローラからのリモコン信号等に基づいて流量や流速の目標値を設定する設定部と、を備える。空調機は、運転スイッチをオンさせることにより、制御部がモータを駆動してファンを回転させる。制御部は、設定部により設定された流量もしくは流速の目標値となるようにモータの回転速度をフィードバック制御する。これにより、空調管理システムは、省エネルギ化を図ることが可能となる。なお、制御部は、例えば、適宜のプログラムを搭載したマイクロコンピュータ等からなる制御回路、モータを駆動する駆動回路等を備えた構成とすることができる。
【００６１】
空調機は、送信部６からの無線信号を受信する受信部と、受信部で受信した無線信号に基づいて流体の流量もしくは流速が目標値となるようにファンの運転状態を制御する制御部と、を備える。これにより、空調管理システムは、低消費電力化及び小型化が可能な発電装置１を備えているので、空調管理システム全体の低消費電力化を図ることが可能となる。
【００６２】
発電装置１は、上述の実施形態に限らない。例えば、発電装置１の第１変形例では、図６（ａ）及び６（ｂ）に示す構成の発電素子３ｂを採用することができる。発電素子３ｂは、振動部３２の第２領域３２１ｂにおける外周部の一部のみに表面積増大部３２５を備えている点が発電素子３と相違する。
【００６３】
また、発電装置１の第２変形例では、図７（ａ）及び７（ｂ）に示す構成の発電素子３ｃを採用することができる。発電素子３ｃは、振動部３２の第２領域３２１ｂにおける外周部に、表面積増大部３２５を複数備えた構成とすることができる。
【００６４】
また、発電装置１の第３変形例では、図８（ａ）及び８（ｂ）に示す構成の発電素子３を採用することができる。発電素子３ｄは、振動部３２の幅方向に直交する断面が三角形状の凸部からなる表面積増大部３２５を複数備えた構成とすることができる。表面積増大部３２５の断面は、三角形状に限らず、例えば、半球状でもよい。
【００６５】
また、発電装置１の第４変形例では、図９（ａ）及び９（ｂ）に示す構成の発電素子３ｅを採用することができる。発電素子３ｅは、表面積増大部３２５が凹部により構成されている点が実施形態の発電素子３と相違するだけである。
【００６６】
また、発電装置１は、発電素子３が、凸部からなる表面積増大部３２５と、凹部からなる表面積増大部３２５と、を備えていてもよい。
【００６７】
上述の実施形態等において説明した各図は、模式的なものであり、各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際のものの寸法比を反映しているとは限らない。
【００６８】
以上、本願発明の構成を、実施形態等に基いて説明したが、本願発明は、実施形態の構成に限らず、例えば、実施形態等の部分的な構成を、適宜組み合わせてある構成であってもよい。また、実施形態に記載した材料、数値等は、好ましいものを例示しているだけであり、それに限定するものではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００６９】
１  発電装置
２  ハウジング
３  発電素子
４  蓄電部
５  センサ部
６  送信部
２１  入口
２２  流路
２３  出口
３１  支持部
３２  振動部
３２ａ  第１端
３２ｂ  第２端
３３  圧電変換部
３５  隙間
３２１  表面
３２１ａ  第１領域
３２１ｂ  第２領域
３２５  表面積増大部
【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５】
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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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