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公開番号2024171482
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023088513
出願日2023-05-30
発明の名称振動発電装置
出願人国立大学法人東京大学,株式会社鷺宮製作所
代理人弁理士法人谷・阿部特許事務所
主分類H02N 1/00 20060101AFI20241205BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】環境振動の周波数変化に自動的に追従して、出力を安定化させることが可能な振動発電装置を提供する。
【解決手段】本開示の一実施形態による振動発電装置は、エレクトレット型の可動部を備えた振動発電素子であって、負荷抵抗の変化に応じて共振周波数が変化する振動発電素子と、外部振動の位相と可動部の振動の位相との位相比較を行って、位相差に応じた制御電圧を出力する位相比較手段と、負荷抵抗を備え、制御電圧に応じて負荷抵抗が変化することで、振動発電素子の共振を調整する共振調整手段とを備えることを特徴とする。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
エレクトレット型の可動部を備えた振動発電素子であって、負荷抵抗の変化に応じて共振周波数が変化する振動発電素子と、
外部振動の位相と前記可動部の振動の位相との位相比較を行って、位相差に応じた制御電圧を出力する位相比較手段と、
前記負荷抵抗を備え、前記制御電圧に応じて前記負荷抵抗が変化することで、前記振動発電素子の共振を調整する共振調整手段と
を備えることを特徴とする振動発電装置。
続きを表示（約 530 文字）【請求項２】
前記負荷抵抗は、共振条件が満たされるように前記制御電圧に応じて上昇または低下して、前記共振が調整されることを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。
【請求項３】
前記共振条件は、前記共振周波数の振幅が最大となることを含むことを特徴とする請求項２に記載の振動発電装置。
【請求項４】
前記位相比較手段は、排他的論理和回路によって前記位相比較を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の振動発電装置。
【請求項５】
前記位相比較手段は、前記排他的論理和回路から出力されるパルス信号にしたがって充放電を繰り返し、前記制御電圧を出力する充放電回路をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載の振動発電装置。
【請求項６】
前記パルス信号のオン期間とオフ期間は、共振条件が満たされている場合に等しくなることを特徴とする請求項５に記載の振動発電装置。
【請求項７】
前記共振調整手段は、前記制御電圧をゲート電圧とし、前記負荷抵抗をＯＮ抵抗とする電界効果トランジスタを含み、前記ゲート電圧に応じて前記ＯＮ抵抗が変化することを特徴とする請求項１に記載の振動発電装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、振動発電装置に関する。
続きを表示（約 1,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、環境振動からエネルギーを収穫するエナジーハーベスティング技術の１つとして、振動発電素子を備えた振動発電装置が知られている。振動発電装置は、振動発電素子の共振周波数が環境振動と同調していると大きな出力が得られるが、環境振動が共振周波数からずれてしまうと、出力が大幅に減少してしまう。
【０００３】
特許文献１（段落［００３４］～［００４８］、図３参照）には、振動周波数を検出する周波数検出回路を備えた振動発電装置において、振動周波数を監視しながら出力制御回路にフィードバックを行い、検出された周波数に基づいて出力電力が最大となるように出力制御回路のインピーダンスを制御することが開示されている。特許文献１の振動発電装置は、このような構成により、振動周波数が変化した場合でも電力を効率よく取り出すことを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第５１４８７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の振動発電装置では、上述した通り、周波数検出回路によって検出された振動周波数に基づくインピーダンスの制御が必要とされ、環境振動の周波数変化に自動的に追従して、出力を安定化させることはできなかった。
【０００６】
本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、環境振動の周波数変化に自動的に追従して、出力を安定化させることが可能な振動発電装置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】
【０００７】
本開示の一態様による振動発電装置は、エレクトレット型の可動部を備えた振動発電素子であって、負荷抵抗の変化に応じて共振周波数が変化する振動発電素子と、外部振動の位相と前記可動部の振動の位相との位相比較を行って、位相差に応じた制御電圧を出力する位相比較手段と、前記負荷抵抗を備え、前記制御電圧に応じて前記負荷抵抗が変化することで、前記振動発電素子の共振を調整する共振調整手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本開示の一態様によると、前記負荷抵抗は、共振条件が満たされるように前記制御電圧に応じて上昇または低下して、前記共振が調整されることを特徴とする。
【０００９】
また、本開示の一態様によると、前記共振条件は、前記共振周波数の振幅が最大となることを含むことを特徴とする。
【００１０】
また、本開示の一態様によると、前記位相比較手段は、排他的論理和回路によって前記位相比較を行うことを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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