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公開番号2024031637
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-07
出願番号2022135307
出願日2022-08-26
発明の名称発電装置
出願人国立大学法人和歌山大学
代理人個人
主分類H02N 1/06 20060101AFI20240229BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】発電電力を効率的に取り出すことのできる発電装置を提供する。
【解決手段】発電装置100は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子1と、発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返される電圧増幅回路2と、を備え、発電素子と電圧増幅回路との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じる経路上に、負荷回路7を接続するための接続端子X,Yが配置されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子と、
前記発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返される電圧増幅回路と、を備え、
前記発電素子と前記電圧増幅回路との間で電流の前記流入と前記流出とが繰り返し生じる経路上に、負荷回路を接続するための接続端子が配置されている
発電装置。
続きを表示（約 490 文字）【請求項２】
前記発電素子は誘電エラストマーを有し、前記外部エネルギーが与えられることによって生じる前記誘電エラストマーの伸縮に伴う静電容量の増減を利用して発電する
請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記電圧増幅回路は、自己昇圧回路を含む
請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電素子には、周期的に変化する前記外部エネルギーが与えられ、
前記自己昇圧回路の静電容量は、前記発電素子の静電容量の前記周期における最小値より大きい
請求項３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記自己昇圧回路の静電容量は、前記発電素子の静電容量の前記周期における最小値の１０倍以上である
請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記自己昇圧回路の静電容量は、前記発電素子の静電容量の前記周期における最小値の５０倍以上である
請求項４に記載の発電装置。
【請求項７】
前記接続端子には、整流回路が接続されている
請求項１に記載の発電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、発電装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２０１６－１５８４８２号公報（以下、特許文献１）に開示されているように、誘電エラストマーを有する発電素子など、外部エネルギーが与えられることによって発電する発電素子が利用されている発電装置がある。このような発電装置は、環境振動発電を行う発電装置としても用いられている。誘電エラストマーを利用した場合、発電装置は、誘電エラストマーの伸縮に伴う静電容量の増減を利用して発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１５８４８２号公報
特表２００３－５２６２１３号公報
特開２００８－１４１８４０号公報
特開２００９－２７３２０１号公報
【発明の概要】
【０００４】
特許文献１に記載の発電装置は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子と、前記発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返されることにより回路の端子間電圧が上昇する電圧増幅回路とを備えている。特許文献１の発電装置では、発電電圧がある一定値を超えた場合に電流が出力回路に流れる。
【０００５】
この場合、出力回路には発電素子の電圧が増加する過程でのみ電流が流れる。そのため、発電素子の伸縮のうち、収縮する過程でしか出力回路に電力を取り出すことができない。よって、発電電力を効率的に取り出すことのできる発電装置が望まれる。
【０００６】
ある実施の形態に従うと、発電装置は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子と、発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返されることにより回路の端子間電圧が上昇する電圧増幅回路と、を備え、発電素子と電圧増幅回路との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じる経路上に、負荷回路を接続するための接続端子が配置されている。
【０００７】
更なる詳細は、後述の実施形態として説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施の形態に係る発電装置の回路構成の概略図である。
図２は、発電装置での電流の流れを表した図である。
図３は、発電装置の発電素子の収縮時の電圧増幅回路の等価回路を表した図である。
図４は、発電素子の伸長時の電圧増幅回路の等価回路を表した図である。
図５は、発電素子の収縮時に負荷に供給される電荷、及び、伸長時に供給される電荷の計算方法を表した図である。
図６は、負荷への供給電荷量、発電素子の電圧の増加量、及び、発電素子並びに電圧増幅回路内の電荷の増加量の計算方法を表した図である。
図７は、発明者らによるシミュレーション結果を表した図であって、１周期あたりの負荷への供給電荷量のシミュレーション結果を表した図である。
図８は、発明者らによるシミュレーション結果を表した図であって、１周期あたりの発電素子の電圧の増加量のシミュレーション結果を表した図である。
図９は、発明者らによるシミュレーション結果を表した図であって、１周期あたりの発電素子及び電圧増幅回路の電荷の増加量のシミュレーション結果を表した図である。
図１０は、発明者らによる実験に用いた発電装置の概略図である。
図１１は、発明者らによる実験に用いた発電装置の発電素子に用いた誘電エラストマーの様子を示した図である。
図１２は、発明者らによる実験に用いた発電装置の発電素子の最大静電容量及び最小静電容量の求め方を示した図である。
図１３は、発明者らによる実験の実験結果を示す図であって、発電素子の電圧の時間応答を表した図である。
図１４は、発明者らによる実験の実験結果を示す図であって、負荷の電圧の時間応答を表した図である。
図１５は、比較例にかかる発電装置の概略構成図である。
図１６は、比較例にかかる発電装置での出力回路部に電荷を供給しない期間の計算を説明するための図である。
図１７は、初期状態の発電素子（ＤＥＧ）の電圧を１００［Ｖ］から１０００［Ｖ］まで１００［Ｖ］刻みで変化させたときの、実施の形態に係る発電装置の負荷、及び、比較例に係る発電装置の負荷それぞれで消費されるエネルギー量を表した図である。
図１８は、他の比較例にかかる発電装置の概略構成図である。
図１９は、他の比較例にかかる発電装置の概略構成図である。
図２０は、他の比較例にかかる発電装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜１．発電装置の概要＞
【００１０】
（１）実施の形態に係る発電装置は、外部エネルギーの変動によって発電エネルギーが増減する発電素子と、発電素子との間で、電流の流入と流出とが繰り返されることにより回路の端子間電圧が上昇する電圧増幅回路と、を備え、発電素子と電圧増幅回路との間で電流の流入と流出とが繰り返し生じる経路上に、負荷回路を接続するための接続端子が配置されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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