專利名稱：發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將壓電元件等壓電材料因外力變形時(shí)產(chǎn)生的電荷作為電能而取出的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
鋯鈦酸鉛(PZT)、石英(SiO2)、氧化鋅(ZnO)等壓電材料在受到外力而變形時(shí)，會(huì)在材料內(nèi)部誘發(fā)電極化，從而在表面出現(xiàn)正負(fù)電荷。這種現(xiàn)象被稱為所謂的壓電效應(yīng)。已提出過(guò)如下的發(fā)電方法利用壓電材料所具有的這種性質(zhì)，使懸臂梁振動(dòng)，使荷重反復(fù)作用于壓電材料，將壓電材料表面產(chǎn)生的電荷作為電力而取出。例如已提出過(guò)如下技術(shù)使末端設(shè)有施重部并粘貼了壓電材料薄板的金屬制懸臂梁振動(dòng)，取出隨著振動(dòng)而在壓電材料中交替產(chǎn)生的正負(fù)電荷，由此產(chǎn)生交流電流。而且，在利用二極管對(duì)該交流電流進(jìn)行整流后，蓄積到電容器中，并作為電力取出(專利文獻(xiàn)I)。在使用這種技術(shù)的發(fā)電裝置中，在對(duì)懸臂梁施加了超過(guò)預(yù)想的力而使懸臂梁過(guò)度振動(dòng)的情況下，該懸臂梁可能與周邊部件發(fā)生碰撞而損壞。為了防止這種情況，提出了如下技術(shù)在收納懸臂梁的筐體的內(nèi)壁設(shè)置彈性體，緩和懸臂梁與筐體內(nèi)壁發(fā)生碰撞時(shí)的沖擊(專利文獻(xiàn)2)。專利文獻(xiàn)I日本特開(kāi)平7-107752號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開(kāi)2003-218418號(hào)公報(bào)但是，在已提出的現(xiàn)有技術(shù)中，需要確保設(shè)置彈性體的空間，所以，存在難以使發(fā)電裝置充分小型化的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述課題而完成的，其目的在于，提供如下技術(shù)通過(guò)抑制懸臂梁過(guò)度振動(dòng)，能夠使內(nèi)置有懸臂梁的發(fā)電裝置適當(dāng)小型化。為了解決上述課題的至少一部分，本發(fā)明的發(fā)電裝置采用以下結(jié)構(gòu)。即，其主旨在于，發(fā)電裝置具有變形部件，其設(shè)有第I壓電元件，切換變形方向而變形；變形量檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述變形部件的變形量；一對(duì)電極，它們?cè)O(shè)于所述第I壓電元件上；開(kāi)關(guān)，其設(shè)于所述一對(duì)電極之間；以及開(kāi)關(guān)控制單元，其控制所述開(kāi)關(guān)，使得當(dāng)所述變形量達(dá)到規(guī)定大小以上時(shí)，使所述一對(duì)電極之間在規(guī)定期間內(nèi)為短接狀態(tài)。在這樣的本發(fā)明的發(fā)電裝置中，第I壓電元件設(shè)置在變形部件上，所以，隨變形部件的變形，第I壓電元件也發(fā)生變形。其結(jié)果，由于壓電效應(yīng)而在第I壓電元件上產(chǎn)生正負(fù)電荷。當(dāng)?shù)贗壓電元件與變形部件一起反復(fù)變形時(shí)，也反復(fù)產(chǎn)生正負(fù)電荷，將該電荷作為電流取出，由此進(jìn)行發(fā)電。并且，當(dāng)變形量達(dá)到規(guī)定大小以上時(shí)，使設(shè)于第I壓電元件上的一對(duì)電極之間成為短接狀態(tài)。這樣，由于壓電元件具有在一對(duì)電極之間短接的狀態(tài)下難以變形的性質(zhì)，所以，抑制了第I壓電元件的變形。由此，還能夠抑制設(shè)有第I壓電元件的變形部件的過(guò)度變形，所以，不需要設(shè)置用于緩和碰撞時(shí)的沖擊的部件，能夠使發(fā)電裝置小型化。
并且，在上述本發(fā)明的發(fā)電裝置中，可以是，在變形部件上設(shè)置有用于檢測(cè)變形量的第2壓電元件，通過(guò)檢測(cè)第2壓電元件所產(chǎn)生的電壓來(lái)檢測(cè)變形量。這樣，由于在變形部件上設(shè)有第2壓電元件，所以，隨著變形部件的變形，第2壓電元件也發(fā)生變形。即，在第2壓電元件中產(chǎn)生與變形部件的變形量對(duì)應(yīng)的電壓。因此，能夠根據(jù)第2壓電元件所產(chǎn)生的電壓來(lái)檢測(cè)變形部件的變形量?？衫门c設(shè)置第I壓電元件的工序相同的工序設(shè)置第2壓電元件，所以，能夠提高生產(chǎn)性。并且，在上述本發(fā)明的發(fā)電裝置中，也可以為如下方式。首先，將設(shè)于一對(duì)電極之間的開(kāi)關(guān)與電感器串聯(lián)連接，由第I壓電元件的電容成分和電感器構(gòu)成諧振電路。而且，在變形部件的變形量未達(dá)到規(guī)定大小的期間內(nèi)，當(dāng)變形部件的變形方向發(fā)生了切換時(shí)，連接開(kāi)關(guān)，之后，當(dāng)經(jīng)過(guò)了相當(dāng)于諧振電路的諧振周期的半個(gè)周期的時(shí)間時(shí)，切斷開(kāi)關(guān)。第I壓電元件的變形量越大，該第I壓電元件的電荷產(chǎn)生量越多。并且，第I壓電元件與電感器構(gòu)成諧振電路，在該諧振電路中設(shè)有開(kāi)關(guān)。而且，在切斷了開(kāi)關(guān)導(dǎo)通的狀態(tài)下開(kāi)始變形部件的變形，當(dāng)變形量達(dá)到極值時(shí)(即變形方向發(fā)生切換時(shí))，使開(kāi)關(guān)成為導(dǎo)通狀態(tài)。由于第I壓電元件與變形部件一起變形，且變形量越大，產(chǎn)生的電荷越多，所以，當(dāng)?shù)贗壓電元件所產(chǎn)生的電荷最多時(shí)，第I壓電元件與電感器連接而形成諧振電路。于是，在第I壓電元件中產(chǎn)生的電荷流入電感器。而且，第I壓電元件和電感器構(gòu)成了諧振電路，所以，流入電感器的電流發(fā)生過(guò)沖，流入第I壓電元件的相反側(cè)的端子。該期間(即，從第I壓電元件的一個(gè)端子流出的電荷經(jīng)由電感器從相反側(cè)的端子再次流入第I壓電元件內(nèi)的期間)是由第I壓電元件和電感器形成的諧振電路的諧振周期的一半。因此，當(dāng)?shù)贗壓電元件的變形方向發(fā)生了切換時(shí)，連接開(kāi)關(guān)而形成諧振電路，然后，如果在經(jīng)過(guò)了諧振周期的一半時(shí)間時(shí)切斷開(kāi)關(guān)，則能夠使連接電感器之前在第I壓電元件內(nèi)產(chǎn)生的正負(fù)電荷的配置反轉(zhuǎn)。而且，如果從該狀態(tài)起本次使變形部件反方向變形，則第I壓電元件反方向變形，所以，從正負(fù)電荷的配置發(fā)生反轉(zhuǎn)的狀態(tài)起，因壓電效應(yīng)產(chǎn)生的新的電荷進(jìn)一步蓄積增加，在第I壓電元件內(nèi)蓄積電荷。并且，隨著在第I壓電元件內(nèi)蓄積電荷，所產(chǎn)生的電壓也增加，所以，即使不額外準(zhǔn)備升壓電路，也能夠產(chǎn)生比通過(guò)構(gòu)成第I壓電元件的壓電材料的電極化產(chǎn)生的電壓更高的電壓。這里，如上所述，開(kāi)關(guān)在抑制第I壓電元件的變形量的定時(shí)也被連接。即，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的連接定時(shí)，除了能夠抑制第I壓電元件的變形量以外，如上所述還能夠產(chǎn)生較高的電壓。


圖I是示出本實(shí)施例的發(fā)電裝置的構(gòu)造的說(shuō)明圖。圖2是示出本實(shí)施例的發(fā)電裝置的動(dòng)作的說(shuō)明圖。圖3是概念性地示出本實(shí)施例的發(fā)電裝置的工作原理的前半部分的說(shuō)明圖。圖4是概念性地示出本實(shí)施例的發(fā)電裝置的工作原理的后半部分的說(shuō)明圖。圖5是示出通過(guò)檢測(cè)用于進(jìn)行控制的壓電元件的電壓而能夠在恰當(dāng)?shù)亩〞r(shí)控制開(kāi)關(guān)的原因的說(shuō)明圖。圖6是示出對(duì)梁施加了振動(dòng)時(shí)的梁的位移的說(shuō)明圖。圖7是示出在用于進(jìn)行控制的壓電元件所產(chǎn)生的電壓達(dá)到規(guī)定值以上時(shí)進(jìn)行短接而抑制了壓電元件的變形的狀態(tài)的說(shuō)明圖。、
圖8是示出檢測(cè)用于進(jìn)行控制的壓電元件的電壓來(lái)切換開(kāi)關(guān)的通/斷的開(kāi)關(guān)控制處理的流程圖。圖9是示出第I變形例的發(fā)電裝置的壓電元件的配置的說(shuō)明圖。圖10是示出第I變形例的發(fā)電裝置的電氣構(gòu)造的說(shuō)明圖。圖11是示出第2變形例的發(fā)電裝置的電氣構(gòu)造的說(shuō)明圖。標(biāo)號(hào)說(shuō)明
100、100A、100B :發(fā)電裝置；102 :支承端；104 :梁；106 :施重部；108 :壓電元件；109a :上部電極；109b :下部電極；110 :壓電元件；llla :上部電極；lllb :下部電極；112 控制電路；114 :壓電元件；115a :上部電極；115b :下部電極；116 :壓電元件；117a :上部電極；117b :下部電極；120、121 :全波整流電路；L1、L2 :電感器；C1 :輸出用電容器；D1 D8 二極管；SW1、SW2 :開(kāi)關(guān)。
具體實(shí)施例方式下面，為了明確上述本申請(qǐng)發(fā)明的內(nèi)容，按照以下順序?qū)?shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。A.實(shí)施例A-1.發(fā)電裝置的構(gòu)造A-2.發(fā)電裝置的動(dòng)作A-3.發(fā)電裝置的工作原理A-4.開(kāi)關(guān)的切換定時(shí)B.第I變形例C.第2變形例A.實(shí)施例A-1.發(fā)電裝置的構(gòu)造圖I是示出本實(shí)施例的發(fā)電裝置100的構(gòu)造的說(shuō)明圖。圖1(a)示出了發(fā)電裝置100的構(gòu)造，圖I (b)示出了電路圖。本實(shí)施例的發(fā)電裝置100的構(gòu)造是設(shè)有施重部106的梁104被固定在支承端102上的懸臂梁構(gòu)造。并且，在梁104的表面安裝有由鋯鈦酸鉛(PZT)等壓電材料形成的壓電元件108和壓電元件110，在壓電元件108的表面設(shè)有由金屬薄膜形成的上部電極109a、下部電極109b ( 一對(duì)電極)。并且，壓電兀件110也同樣設(shè)有由金屬薄膜形成的上部電極111a、下部電極111b。在圖1(a)所示的例子中，壓電元件108和壓電元件110具有相同形狀，但不是必須為相同形狀。例如，如果壓電元件108為能夠設(shè)置于梁104上的最大的長(zhǎng)度和寬度，則壓電元件108的發(fā)電量變大。另一方面，如果壓電元件110為能夠設(shè)置的最小寬度(梁104的短邊方向上的長(zhǎng)度)，則由壓電元件110引起的梁104的位移阻力降低，所以發(fā)電效率提高。另外，壓電元件108和壓電元件110隨梁104的變形而變形，所以，梁104相當(dāng)于本發(fā)明的“變形部件”。梁104被固定于支承端102，且在末端側(cè)設(shè)有施重部106，所以，通過(guò)施加振動(dòng)或者使發(fā)電裝置100移動(dòng)，從而如圖中空心箭頭所示，梁104的末端大幅振動(dòng)。其結(jié)果，壓縮力和拉伸力交替作用于安裝在梁104表面的壓電元件108和壓電元件110。于是，各個(gè)壓電元件108、110由于壓電效應(yīng)而產(chǎn)生正負(fù)電荷，該電荷出現(xiàn)在上部電極109a、llla以及下部電極 109b、lllb 上。
圖1(b)例示了本實(shí)施例的發(fā)電裝置100的電路圖。壓電元件108在電氣上可表示為電流源和蓄積電荷的電容器Cg。同樣，壓電元件110也可表示為電流源和蓄積電荷的電容器Cs。其中，與壓電元件108并聯(lián)連接有電感器LI，該電感器LI與壓電元件108的電容成分一起形成電氣的諧振電路。并且，在諧振電路內(nèi)(與電感器LI串聯(lián)地)設(shè)有用于使該諧振電路通/斷的開(kāi)關(guān)SW1。開(kāi)關(guān)SWl的通/斷由控制電路112 (相當(dāng)于本發(fā)明的“開(kāi)關(guān)控制單元”)控制。并且，設(shè)于壓電元件108上的上部電極109a和下部電極109b與由四個(gè)二極管Dl D4構(gòu)成的全波整流電路120連接。而且，為了驅(qū)動(dòng)電氣負(fù)載，在全波整流電路120上連接著對(duì)整流后的電流進(jìn)行蓄積的電容器(輸出用電容器Cl)。另一方面，壓電元件110是為了控制開(kāi)關(guān)SWl而設(shè)置的，設(shè)于壓電元件110上的上部電極11 Ia和下部電極Illb與控制電路112連接。因此，以下將壓電元件108稱為“發(fā)電用壓電元件”，將壓電元件110稱為“控制用壓電元件”。另外，發(fā)電用壓電元件108對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的“第I壓電元件”，控制用壓電元件110對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的“第2壓電元件”。A-2.發(fā)電裝置的動(dòng)作圖2是示出本實(shí)施例的發(fā)電裝置100的動(dòng)作的說(shuō)明圖。圖2(a)示出了隨著梁104的振動(dòng)，梁104的末端的位移u發(fā)生變化的狀態(tài)。另外，正位移u表示梁104向上翹曲的狀態(tài)(梁104的上表面?zhèn)瘸蔀榘紶畹臓顟B(tài))，負(fù)位移(-U)表示梁104向下翹曲的狀態(tài)(梁104的下表面?zhèn)瘸蔀榘紶畹臓顟B(tài))。并且，圖2(b)示出了隨著梁104的變形而由壓電元件108產(chǎn)生的電流的狀態(tài)、以及作為結(jié)果在壓電元件108內(nèi)部產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)的狀態(tài)。另外，在圖2(b)中，壓電元件108中產(chǎn)生電荷的狀態(tài)被表示為每單位時(shí)間產(chǎn)生的電荷量(即電流Ipzt)，壓電元件108中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)被表示為上部電極109a與下部電極109b之間產(chǎn)生的電位差Vpzt。另外，如使用圖I所述的那樣，在梁104上還設(shè)有壓電元件110，當(dāng)梁104變形時(shí)，壓電元件110也與壓電元件108同樣地變形。因此，在壓電元件110的內(nèi)部，也與壓電元件108完全同樣地產(chǎn)生圖2(b)所示的電流Ipzt和電位差Vpzt。如圖2(a)和圖2(b)所示，在梁104的位移增加的期間，壓電元件108產(chǎn)生正方向的電流(即電流Ipzt為正值)，與此相伴,上部電極109a與下部電極109b的電位差Vpzt向正方向增加。如果正方向的電位差Vpzt大于Cl的電壓VCl與構(gòu)成全波整流電路120的二極管的正向降低電壓Vf的兩倍之和、即VCl+2Vf，則能夠?qū)⒋撕螽a(chǎn)生的電荷作為直流電流取出，并蓄積到輸出用電容器Cl中。并且，在梁104的位移減小的期間，壓電元件108產(chǎn)生負(fù)方向的電流(即電流Ipzt為負(fù)值)，與此相伴，上部電極109a與下部電極109b的電位差Vpzt向負(fù)方向增加。如果負(fù)方向的電位差Vpzt大于VCl與全波整流電路120的2Vf之和，則能夠?qū)a(chǎn)生的電荷作為直流電流取出，并蓄積到輸出用電容器Cl中。即，即使斷開(kāi)了圖I的開(kāi)關(guān)SW1，對(duì)于圖2(b)中附加了斜線來(lái)表示的部分，也能夠?qū)㈦姾尚罘e到輸出用電容器Cl中。圖2 (C)示出了接通本實(shí)施例的發(fā)電裝置100的開(kāi)關(guān)SWl的定時(shí)。并且，圖2(d)示出了開(kāi)關(guān)SWl動(dòng)作時(shí)的壓電元件108的端子間電壓Vgen。按照?qǐng)D2(c)所示的定時(shí)接通開(kāi) 關(guān)SW1。于是，如圖2(d)的粗實(shí)線所示，在接通了開(kāi)關(guān)SWl時(shí)，產(chǎn)生壓電元件108的端子間的電位反轉(zhuǎn)。例如，在圖2(d)中表示為“B”的期間B內(nèi)，當(dāng)開(kāi)關(guān)SWl接通時(shí)，壓電元件108的端子間電壓向負(fù)方向反轉(zhuǎn)，然后，在壓電元件108的端子間出現(xiàn)粗虛線所示的電壓波形。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因?qū)⒃诤竺鏀⑹?。并且，在圖2(d)中表示為“C”的期間C內(nèi)，壓電元件108的端子間電壓向正方向反轉(zhuǎn)，然后出現(xiàn)粗虛線的電壓波形。此后的期間D、期間E、期間F等也同樣是在壓電元件108的端子間電壓反轉(zhuǎn)后，出現(xiàn)粗虛線的電壓波形。而且，在壓電元件108的電壓波形超過(guò)VCl與2Vf之和的部分(圖2(d)中附加了斜線來(lái)表示的部分)中，能夠?qū)弘娫?08所產(chǎn)生的電荷蓄 積到輸出用電容器Cl中。另外，電荷從壓電元件108流入輸出用電容器Cl的結(jié)果是，壓電元件108的端子間電壓被鉗位于VCl與2Vf之和的電壓。換言之，壓電元件108的端子間電壓被保持為VCl與2Vf之和的電壓。其結(jié)果，上部電極109a和下部電極109b之間的電壓波形成為圖2(d)中粗實(shí)線所示的波形。對(duì)圖2(b)所示的斷開(kāi)了開(kāi)關(guān)SWl的情況與如圖2(d)所示在梁104的變形方向發(fā)生切換的定時(shí)接通開(kāi)關(guān)SWl的情況進(jìn)行比較可知，在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，通過(guò)以恰當(dāng)?shù)亩〞r(shí)接通開(kāi)關(guān)SW1，能夠高效地將電荷蓄積到輸出用電容器Cl中。因此，在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，為了以恰當(dāng)?shù)亩〞r(shí)接通開(kāi)關(guān)SW1，設(shè)置了用于進(jìn)行控制的壓電元件110，通過(guò)檢測(cè)壓電元件110的電壓來(lái)控制開(kāi)關(guān)SW1。這點(diǎn)將在后面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。并且，當(dāng)電荷被蓄積到輸出用電容器Cl中而使輸出用電容器Cl的端子間電壓增加時(shí)，電壓波形的移位量也隨之變大。例如，當(dāng)對(duì)圖2(d)中的期間B(在輸出用電容器Cl中未蓄積電荷的狀態(tài))與圖2(d)中的期間H(在輸出用電容器Cl中蓄積了少量電荷的狀態(tài))進(jìn)行比較時(shí)，期間H的電壓波形的移位量更大。同樣，當(dāng)對(duì)圖2(d)中的期間C與期間I進(jìn)行比較時(shí)，蓄積到輸出用電容器Cl中的電荷增加的期間I的電壓波形的移位量更大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因?qū)⒃诤竺孢M(jìn)行敘述，其結(jié)果是，在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，通過(guò)使壓電元件108變形，也能將上部電極109a與下部電極109b之間產(chǎn)生的電壓Vpzt以上的電壓蓄積到輸出用電容器Cl中。其結(jié)果，不需要設(shè)置特別的升壓電路，就能夠得到小型且高效的發(fā)電裝置。A-3.發(fā)電裝置的工作原理圖3是概念性地示出本實(shí)施例的發(fā)電裝置100的工作原理的前半部分的說(shuō)明圖。并且，圖4是概念性地示出本實(shí)施例的發(fā)電裝置100的工作原理的后半部分的說(shuō)明圖。在圖3和圖4中，概念性地示出了隨壓電元件108的變形而接通了開(kāi)關(guān)SWl時(shí)的Cg(壓電元件108的電容成分)內(nèi)的電荷的動(dòng)作。圖3(a)表示壓電元件108(準(zhǔn)確地說(shuō)是梁104)向上(上表面?zhèn)茸儼?變形后的狀態(tài)。當(dāng)壓電元件108向上變形時(shí)，從電流源流出正方向的電流，在Cg(壓電元件108的電容成分)中蓄積電荷，Vgen產(chǎn)生正方向的電壓。壓電元件108的變形量越大，電壓值增加得越大。而且，在壓電元件108的變形量達(dá)到極值的定時(shí)(電荷量達(dá)到極值的定時(shí)(參照?qǐng)D3(b)))，接通開(kāi)關(guān)SWl。圖3(c)示出了剛剛接通開(kāi)關(guān)SWl之后的狀態(tài)。由于在Cg (壓電元件108的電容成分)中蓄積有電荷，所以，該電荷欲流過(guò)電感器L。當(dāng)電流流過(guò)電感器L時(shí)，會(huì)產(chǎn)生磁通(磁通增加)，但電感器L具有在阻礙磁通變化的方向上產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)的性質(zhì)(自感作用)。在接通開(kāi)關(guān)SWl的瞬間，因電荷流動(dòng)而使磁通增加，所以，在阻礙該磁通增加的方向(換言之，阻礙電荷流動(dòng)的方向)上產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)。并且，反向電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通的變化速度(每單位時(shí)間的變化量)成比例。在圖3(c)中，用附加了斜線的箭頭來(lái)表示在電感器L中這樣產(chǎn)生的反向電動(dòng)勢(shì)。由于產(chǎn)生了這種反向電動(dòng)勢(shì)，因此，即使接通開(kāi)關(guān)SW1，壓電元件108的電荷也只是逐次少量地流出。即，流過(guò)電感器L的電流只是逐次少量地增加。
然后，當(dāng)流過(guò)電感器L的電流達(dá)到峰值時(shí)，磁通的變化速度為“0”，所以，如圖3(d)所示，反向電動(dòng)勢(shì)為“O”。然后，本次是電流開(kāi)始減小。于是，貫通電感器L的磁通減少，所以，在電感器L中產(chǎn)生阻礙該磁通減少的方向(欲流過(guò)電流的方向)的電動(dòng)勢(shì)(參照?qǐng)D3(e))。其結(jié)果，通過(guò)該電動(dòng)勢(shì)從Cg(壓電元件108的電容成分)中抽出電荷，同時(shí)，電流繼續(xù)流過(guò)電感器L。而且，如果在電荷的移動(dòng)中途沒(méi)有產(chǎn)生損失，則因壓電元件108的變形而產(chǎn)生的全部電荷均發(fā)生移動(dòng)，正好成為正負(fù)電荷置換后的狀態(tài)(即，正電荷分布在壓電元件108的下表面?zhèn)?、?fù)電荷分布在上表面?zhèn)鹊臓顟B(tài))。在圖3(f)中示出了因壓電元件108的變形而產(chǎn)生的正負(fù)電荷全部移動(dòng)后的狀態(tài)若假設(shè)在該狀態(tài)下接通了開(kāi)關(guān)SW1，則本次是產(chǎn)生與上述內(nèi)容相反的現(xiàn)象。S卩，壓電元件108的下表面?zhèn)鹊恼姾捎鬟^(guò)電感器L，此時(shí)，在電感器L中產(chǎn)生阻礙電荷流動(dòng)的方向的反向電動(dòng)勢(shì)。然后，當(dāng)流過(guò)電感器L的電流達(dá)到峰值后，轉(zhuǎn)為減小，此時(shí)，本次是在電感器L中產(chǎn)生阻礙電流減小的方向(欲繼續(xù)流過(guò)電流的方向)的電動(dòng)勢(shì)。其結(jié)果，成為位于壓電元件108的下表面?zhèn)鹊娜空姾删苿?dòng)到上表面?zhèn)鹊臓顟B(tài)(圖3(b)所示的狀態(tài))。如使用圖3(b) 圖3(f)所述的那樣，這樣返回到壓電元件108的上表面?zhèn)鹊恼姾稍俅蜗蛳卤砻鎮(zhèn)纫苿?dòng)。這樣，在Cg (壓電元件108的電容成分)中蓄積有電荷的狀態(tài)下接通了開(kāi)關(guān)SWl后，如果保持該狀態(tài)，則會(huì)產(chǎn)生在壓電元件108與電感器L之間電流的方向交替反轉(zhuǎn)的一種諧振現(xiàn)象。而且，該諧振現(xiàn)象的周期是所謂的LC諧振電路的周期T，所以，當(dāng)設(shè)Cg(壓電元件108的電容成分)的大小(電容)為C、電感器L的感應(yīng)成分的大小(電感)為L(zhǎng)時(shí)，由T = 2ji (LC) °_5給出該諧振現(xiàn)象的周期。因此，從接通了開(kāi)關(guān)SWl起(圖3(c)所示的狀態(tài))到成為圖3(f)所示的狀態(tài)為止的時(shí)間為T/2。因此，在從接通開(kāi)關(guān)SWl后經(jīng)過(guò)T/2的時(shí)刻，如圖4(a)所示斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SW1。然后，從該狀態(tài)起，本次使壓電元件108(準(zhǔn)確地說(shuō)是梁104)向下(下表面?zhèn)茸兂砂紶?變形。由于在所述圖3(a)中是使壓電元件108向上變形，而在圖4(a)中是使其向下變形，所以從電流源流出負(fù)方向的電流，電荷被蓄積到Cg中，使得Vgen向負(fù)方向變大。并且，如使用圖3(a) 圖3(f)所述的那樣，在使壓電元件108(準(zhǔn)確地說(shuō)是梁104)向下變形之前的階段，正電荷分布在壓電元件108的下表面?zhèn)?，?fù)電荷分布在上表面?zhèn)?，所以，在這些電荷的基礎(chǔ)上，在下表面?zhèn)扔中罘e了新的正電荷，在上表面?zhèn)扔中罘e了新的負(fù)電荷。在圖4(b)中，示出了在斷開(kāi)了開(kāi)關(guān)SWl的狀態(tài)下使壓電元件108 (準(zhǔn)確地說(shuō)是梁104)變形、從而在壓電元件108中蓄積了新的電荷的狀態(tài)。而且，當(dāng)在壓電元件108的變形量達(dá)到極值的定時(shí)(電荷量達(dá)到極值的定時(shí))接通了開(kāi)關(guān)SWl時(shí)，在壓電元件108下表面?zhèn)刃罘e的正電荷欲流過(guò)電感器L。此時(shí)，在電感器L中產(chǎn)生反向電動(dòng)勢(shì)(參照?qǐng)D4(c))，所以，電流開(kāi)始逐次少量地流過(guò)，不久達(dá)到峰值，然后轉(zhuǎn)為減小。于是，在電感器L中，在阻礙電流減小的方向(欲繼續(xù)流過(guò)電流的方向)上產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)(參照?qǐng)D4(e))，通過(guò)該電動(dòng)勢(shì)使電流繼續(xù)流過(guò)，最終成為分布在壓電元件108的下表面?zhèn)鹊娜空姾删苿?dòng)到上表面?zhèn)取⒎植荚谏媳砻鎮(zhèn)鹊娜控?fù)電荷均移動(dòng)到下表面?zhèn)鹊臓顟B(tài)(參照?qǐng)D4(f))。并且，下表面?zhèn)鹊娜空姾删苿?dòng)到上表面?zhèn)?、上表面?zhèn)鹊娜控?fù)電荷均移動(dòng)到下表面?zhèn)鹊臅r(shí)間為相當(dāng)于LC諧振電路的半個(gè)周期的時(shí)間T/2。因此，在接通了開(kāi)關(guān)SWl之后，如果經(jīng)過(guò)了時(shí)間T/2就斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SWl，并且這次使壓電元件108 (準(zhǔn)確地說(shuō)是梁104)向上(上表面?zhèn)茸兂砂紶?變形，則能夠進(jìn)一步在壓電元件108內(nèi)蓄積正負(fù)電荷。
如以上說(shuō)明的那樣，在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，在使壓電元件108變形而產(chǎn)生電荷后，將壓電元件108與電感器L連接，以諧振周期的半個(gè)周期形成諧振電路，從而使壓電元件108內(nèi)的正負(fù)電荷的分布反轉(zhuǎn)。然后，本次使壓電元件108反方向變形而產(chǎn)生新的電荷。由于壓電元件108內(nèi)的正負(fù)電荷的分布已發(fā)生了反轉(zhuǎn)，所以，新產(chǎn)生的電荷被蓄積到壓電元件108中。然后，再次將壓電元件108與電感器L連接諧振周期的半個(gè)周期，使壓電元件108內(nèi)的正負(fù)電荷的分布反轉(zhuǎn),之后,使壓電元件108反方向變形。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行這樣的動(dòng)作，由此，每次使壓電元件108反復(fù)變形時(shí)，都能夠增加蓄積到壓電元件108中的電荷。如使用圖2所述的那樣，在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，每當(dāng)接通開(kāi)關(guān)SWl時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生壓電元件108的端子間的電壓波形發(fā)生移位的現(xiàn)象，而該現(xiàn)象是基于以上原理產(chǎn)生的。即，例如在圖2(d)中所示的期間A內(nèi)，隨著壓電元件108(準(zhǔn)確地說(shuō)是梁104)的變形，在上部電極109a與下部電極109b之間產(chǎn)生電壓，但由于上部電極109a和下部電極109b與全波整流電路120連接，所以，超過(guò)VCl與2Vf之和的電壓的部分的電荷流入與全波整流電路120連接的輸出用電容器Cl。其結(jié)果，若在梁104的變形量達(dá)到極值的時(shí)刻接通開(kāi)關(guān)SW1，則此時(shí)殘留在壓電元件108內(nèi)的正負(fù)電荷經(jīng)由電感器L而移動(dòng)，調(diào)換了壓電元件108內(nèi)的正負(fù)電荷的配置。另外，根據(jù)使用圖3和圖4所述的原理可知，接通開(kāi)關(guān)SWl的期間為由壓電元件108的電容成分和電感器L構(gòu)成的諧振電路的諧振周期的一半時(shí)間。然后，當(dāng)從調(diào)換了正負(fù)電荷的配置的狀態(tài)起使梁104反方向變形時(shí)，在壓電元件108的上部電極109a與下部電極109b之間出現(xiàn)基于壓電效應(yīng)的電壓波形。S卩，從調(diào)換了壓電元件108的上部電極109a與下部電極109b的極性的狀態(tài)起，在壓電元件108中產(chǎn)生因變形引起的電壓變化。其結(jié)果，在圖2(d)中所示的期間B內(nèi)，出現(xiàn)了因梁104的變形而使壓電元件108中產(chǎn)生的電壓波形發(fā)生移位后的電壓波形。但是，如上所述，超過(guò)VCl與2Vf之和的電壓的部分的電荷流入到輸出用電容器Cl，所以，壓電元件108的上部電極109a與下部電極10%之間的電壓被鉗位于VCl與2Vf之和的電壓。然后，當(dāng)以諧振周期的一半時(shí)間接通開(kāi)關(guān)SWl時(shí)，調(diào)換了殘留在壓電元件108中的正負(fù)電荷的配置。然后，從該狀態(tài)起梁104發(fā)生變形，由此，在壓電元件108中出現(xiàn)基于壓電效應(yīng)的電壓波形。因此，在圖2(d)中所示的期間C內(nèi)，也出現(xiàn)了因梁104的變形而使電壓波形發(fā)生了移位后的電壓波形。并且，如使用圖2所述的那樣，在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，在梁104反復(fù)變形的過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生電壓波形的移位量逐漸變大的現(xiàn)象。因此，能夠得到如下顯著的效果能夠?qū)⒁驂弘娫?08的壓電效應(yīng)而在上部電極109a與下部電極109b之間產(chǎn)生的電位差高的電壓蓄積到輸出用電容器Cl中。這種現(xiàn)象是基于以下原理產(chǎn)生的。首先，如圖2(d)中的期間A或期間B所示，在輸出用電容器Cl未被充電的情況下，若在壓電元件108的端子間產(chǎn)生的電壓超過(guò)全波整流電路120的2Vf，則從壓電元件108向輸出用電容器Cl流入電荷，所以，在壓電元件108的端子間出現(xiàn)的電壓被鉗位于2Vf。但是，隨著這樣在輸出用電容器Cl中蓄積電荷，輸出用電容器Cl的端子間的電壓逐漸增加。于是，此后，當(dāng)輸出用電容器Cl的端子間電壓成為比VCl與2Vf之和高的電壓后，才從壓電元件108流入電荷。因此，隨著在輸出用電容器Cl中蓄積電荷，壓電元件108的端子間電壓被鉗位的值逐漸上升。
而且，如使用圖3和圖4所述的那樣，只要不從壓電元件108流出電荷，則每當(dāng)使壓電元件108(準(zhǔn)確地說(shuō)是梁104)變形時(shí)，壓電元件108內(nèi)的電荷都會(huì)增加，壓電元件108的端子間電壓變大。因此，根據(jù)本實(shí)施例的發(fā)電裝置100，即使不設(shè)置特別的升壓電路，也能夠在自然升壓到驅(qū)動(dòng)電氣負(fù)載所需的電壓的狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)電。A-4.本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)的切換定時(shí)如以上說(shuō)明的那樣，在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，反復(fù)對(duì)壓電元件108 (準(zhǔn)確地說(shuō)是梁104)施加變形，在變形方向切換的瞬間，以諧振周期的一半時(shí)間將壓電元件108與電感器L連接，由此，能夠得到高效 、且不需要升壓電路而容易實(shí)現(xiàn)小型化的優(yōu)良特征。不過(guò)，在梁104的變形方向切換的瞬間接通開(kāi)關(guān)SWl也并非十分容易。例如，如果認(rèn)為在梁104的變形方向切換的瞬間，梁104的位移大小為最大，則可構(gòu)成為使用機(jī)械觸點(diǎn)在梁104達(dá)到最大位移的瞬間進(jìn)行接通。但是，當(dāng)觸點(diǎn)的調(diào)整出現(xiàn)偏差時(shí)，效率會(huì)大幅降低。因此，在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，不僅設(shè)置了用于發(fā)電的壓電元件108，還設(shè)置了用于控制的壓電元件110，通過(guò)檢測(cè)在壓電元件110中產(chǎn)生的電壓來(lái)控制開(kāi)關(guān)SWl。圖5是示出通過(guò)檢測(cè)在用于進(jìn)行控制的壓電元件110中產(chǎn)生的電壓而能夠按恰當(dāng)?shù)亩〞r(shí)控制開(kāi)關(guān)SWl的原因的說(shuō)明圖。圖5(a)示出了梁104的位移。并且，圖5(b)示出了隨著梁104的振動(dòng)而使壓電元件110中產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)Vpzt發(fā)生變化的狀態(tài)。如使用圖3和圖4所述的那樣，在梁104的位移u達(dá)到極值的定時(shí)接通開(kāi)關(guān)SWl的情況下，能夠以最高效率進(jìn)行發(fā)電。而且，對(duì)圖5(a)與圖5(b)進(jìn)行比較可知，梁104的位移u達(dá)到極值的定時(shí)與壓電元件110的電動(dòng)勢(shì)Vpzt達(dá)到極值的定時(shí)一致。這源于以下原因。首先，即使壓電元件108因變形而產(chǎn)生電荷，也會(huì)在電感器L抽出了該電荷、或者電荷流入輸出用電容器Cl的影響下，使得壓電元件108的電動(dòng)勢(shì)Vpzt不與梁104的位移完全相同。與此相對(duì)，由于壓電元件110不與電感器L和輸出用電容器Cl連接，所以，電荷的增減直接反映于壓電元件110的電動(dòng)勢(shì)Vpzt的變化中。因此，壓電元件110的電動(dòng)勢(shì)Vpzt達(dá)到極值的定時(shí)與梁104的位移u達(dá)到極值的定時(shí)一致。因此，如圖5(b)中箭頭所示，如果檢測(cè)出壓電元件110的電動(dòng)勢(shì)Vpzt達(dá)到極值的定時(shí)，并從該定時(shí)起以所述諧振周期的一半時(shí)間(T/2)接通開(kāi)關(guān)SWl，則能夠高效地進(jìn)行發(fā)電。以上，說(shuō)明了按上述定時(shí)接通開(kāi)關(guān)SWl時(shí)能夠高效地進(jìn)行發(fā)電的情況。在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，除了上述定時(shí)以外，通過(guò)在以下說(shuō)明的定時(shí)接通開(kāi)關(guān)SW1，還能夠抑制梁104的變形量。圖6是示出對(duì)梁104施加了振動(dòng)時(shí)的梁104的位移(相當(dāng)于本發(fā)明的“變形量”)的說(shuō)明圖，示出了隨著梁104的振動(dòng)，梁104的末端的位移u發(fā)生變化的狀態(tài)。圖6中的實(shí)線表示開(kāi)關(guān)SWl斷開(kāi)時(shí)的梁104 (和壓電元件108)的位移，虛線表示開(kāi)關(guān)SWl接通時(shí)、即壓電元件108的上部電極109a與下部電極109b處于短接狀態(tài)時(shí)的梁104(和壓電元件108)的位移。另外，對(duì)于圖6中的開(kāi)關(guān)SWl斷開(kāi)的情況(實(shí)線)與開(kāi)關(guān)SWl接通的情況(虛線)雙方而言，對(duì)梁104施加彼此相同的力。對(duì)圖6的虛線與實(shí)線進(jìn)行比較可知，與斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SWl的情況相比，在接通了開(kāi)關(guān)SWl而使上部電極109a與下部電極109b成為短接狀態(tài)的情況下，能抑制梁104(和壓電元件108)的變形。在本實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，利用壓電元件108的這種性質(zhì)，通過(guò)壓電元件110對(duì)梁104(和壓電元件108)的變形量進(jìn)行控制。即，控制用壓電元件110設(shè)于梁104上，它們以相同程度發(fā)生變形，所以，梁104的變形量越大，在壓電元件110中產(chǎn)生的電壓Vpzt的絕對(duì)值越大。而且，在該電壓Vpzt的絕對(duì)值達(dá)到規(guī)定值以上(后述的限制電壓Vl以上)的情況下，通過(guò)接通開(kāi)關(guān)SWl而使發(fā)電用壓電元件108的上部電極109a與下部電極109b成為短接狀態(tài)，由此來(lái)抑制壓電元件108 (和梁104)變形至規(guī)定的變形量以上。圖7是示出控制用壓電元件110所產(chǎn)生的電壓達(dá)到規(guī)定值以上時(shí)進(jìn)行短接來(lái)抑制壓電元件108 (和梁104)的變形的狀態(tài)的說(shuō)明圖。圖7(a)示出了梁104的位移。并且，圖7(b)示出了隨著梁104的振動(dòng)，壓電元件110所產(chǎn)生的電壓Vpzt發(fā)生變化的狀態(tài)。如圖 7(b)所示，壓電元件110所產(chǎn)生的電壓Vpzt在定時(shí)tl到達(dá)規(guī)定值(限制電壓VI)。如圖7(a)所示，該定時(shí)tl是梁104的位移達(dá)到一定值以上的定時(shí)。而且，如圖7(c)所示，通過(guò)在定時(shí)tl接通開(kāi)關(guān)SWl而使發(fā)電用壓電元件108的上部電極109a與下部電極109b成為短接狀態(tài)，來(lái)抑制壓電元件108 (和梁104)的變形。即，在如果不接通開(kāi)關(guān)SW1、則如圖7(a)中虛線所示會(huì)發(fā)生大幅變形的位置處，接通開(kāi)關(guān)SW1，將壓電元件108(和梁104)的變形抑制為實(shí)線所示的程度。如上所述，由于能夠控制梁104的變形量，所以，能夠防止梁104與配置于梁104周邊的部件和筐體發(fā)生碰撞。其結(jié)果，不需要設(shè)置用于對(duì)該碰撞的沖擊進(jìn)行緩沖的緩沖部件，能夠使發(fā)電裝置100小型化。圖8是示出檢測(cè)在控制用壓電元件110中產(chǎn)生的電壓來(lái)切換開(kāi)關(guān)SWl的通/斷的開(kāi)關(guān)控制處理的流程圖。該處理由內(nèi)置于控制電路112中的CPU執(zhí)行。S卩，控制用壓電元件110和控制電路112的CPU相當(dāng)于“變形量檢測(cè)單元”。并且，控制電路112的CPU相當(dāng)于“電壓檢測(cè)單元”。當(dāng)開(kāi)始開(kāi)關(guān)控制處理后，控制電路112的CPU檢測(cè)控制用壓電元件110的上部電極Illa與下部電極Illb之間的電壓，判斷電壓值是否已達(dá)到峰值(即電壓值是否已達(dá)到極值)(步驟S100)。關(guān)于電壓值是否已達(dá)到峰值，進(jìn)行電壓波形的微分，如果微分值的符號(hào)發(fā)生了改變，則可判斷為電壓值已達(dá)到峰值。如果檢測(cè)到控制用壓電元件110所產(chǎn)生的電壓值的峰值(S100 :是)，則接通諧振電路(由壓電元件108的電容成分Cg和電感器L構(gòu)成的諧振電路)的開(kāi)關(guān)SWl (步驟S102)，之后啟動(dòng)內(nèi)置于控制電路112中的未圖示的計(jì)時(shí)器(步驟S104)。然后，判斷是否經(jīng)過(guò)了由壓電元件108的電容成分Cg和電感器L構(gòu)成的諧振電路的諧振周期的1/2時(shí)間(步驟S106)。在其結(jié)果是判斷為尚未經(jīng)過(guò)諧振周期的1/2時(shí)間的情況下(步驟S106 :否)，在該狀態(tài)下反復(fù)進(jìn)行同樣的判斷，由此，在經(jīng)過(guò)諧振周期的1/2時(shí)間之前成為待機(jī)狀態(tài)。然后，如果判斷為經(jīng)過(guò)了諧振周期的1/2時(shí)間(步驟S106 :是)，則斷開(kāi)諧振電路的開(kāi)關(guān)SWl (步驟 S108)。在通過(guò)進(jìn)行以上的步驟SlOO S108的處理來(lái)執(zhí)行諧振電路的開(kāi)關(guān)SWl的通/斷的情況下，能夠與梁104的動(dòng)作相應(yīng)地在恰當(dāng)?shù)亩〞r(shí)使開(kāi)關(guān)SWl通/斷，所以，能夠高效地進(jìn)行發(fā)電。如果斷開(kāi)了諧振電路的開(kāi)關(guān)SWl (步驟S108)，則返回開(kāi)關(guān)控制處理的開(kāi)頭，重復(fù)進(jìn)行上述一系列的處理。在步驟SlOO的處理中未檢測(cè)到控制用壓電元件110所產(chǎn)生的電壓值的峰值的情況下(步驟SlOO :否)，接著判斷控制用壓電元件110所產(chǎn)生的電壓值是否已達(dá)到限制電壓Vl (步驟SI 10)。在其結(jié)果是該電壓值已達(dá)到限制電壓Vl的情況下(步驟SllO :是)，接通SWl，使得上部電極109a與下部電極109b短接來(lái)抑制梁104的變形(步驟SI 12)。然后，啟動(dòng)內(nèi)置于控制電路112中的計(jì)時(shí)器(步驟S114)。然后，判斷是否經(jīng)過(guò)了設(shè)定時(shí)間(相當(dāng)于本發(fā)明的“規(guī)定時(shí)間(步驟S116)。這里，設(shè)定時(shí)間是為了抑制梁104的變形而使上部電極109a與下部電極109b短接的時(shí)間。作為該設(shè)定時(shí)間的長(zhǎng)度，例如設(shè)定為梁104的振動(dòng)周期的1/2左右的能夠充分抑制梁104的變形的時(shí)間。在步驟S116的判斷處理中判斷為尚未經(jīng)過(guò)設(shè)定時(shí)間的情況下(步驟S116 :否)，在該狀態(tài)下反復(fù)進(jìn)行同樣的判斷， 由此，在經(jīng)過(guò)設(shè)定時(shí)間之前成為待機(jī)狀態(tài)。然后，如果判斷為經(jīng)過(guò)了設(shè)定時(shí)間(步驟S116 :是)，則斷開(kāi)開(kāi)關(guān)SWl (步驟S118)。如果斷開(kāi)了開(kāi)關(guān)SW1、或者控制用壓電元件110所產(chǎn)生的電壓值未達(dá)到限制電壓Vl (步驟SI 10 :否)，則返回開(kāi)關(guān)控制處理的開(kāi)頭，重復(fù)進(jìn)行上述一系列的處理。通過(guò)進(jìn)行以上的步驟SllO SI 18的處理，由此，在控制用壓電元件110所產(chǎn)生的電壓值達(dá)到了限制電壓Vl的情況下(即梁104的變形量達(dá)到規(guī)定大小以上的情況下)，將上部電極109a與下部電極10%短接設(shè)定時(shí)間，能夠抑制梁104變形至超過(guò)預(yù)想的程度的狀況。其結(jié)果，能夠防止梁104與配置于梁104周邊的部件和筐體發(fā)生碰撞，不需要配置用于對(duì)該碰撞的沖擊進(jìn)行緩沖的緩沖部件，所以，能夠使發(fā)電裝置100小型化。并且，通過(guò)對(duì)接通一個(gè)開(kāi)關(guān)SWl的定時(shí)進(jìn)行控制，能夠高效地進(jìn)行發(fā)電(步驟SlOO S108)，并且，能夠抑制梁104的變形量(步驟SllO SI 18)。即，為了高效地進(jìn)行發(fā)電而設(shè)置的開(kāi)關(guān)SWl還用于抑制梁104的變形量，所以，能夠抑制構(gòu)成發(fā)電裝置100的部件數(shù)量的增加。B 第I變形例上述實(shí)施例存在各種變形例。下面，對(duì)第I變形例進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。在上述實(shí)施例的發(fā)電裝置100中，說(shuō)明了發(fā)電用壓電元件108和控制用壓電元件110各設(shè)置了一個(gè)的情況。但是，這些壓電元件108、110并非必須僅為一個(gè)，也可以分別設(shè)置有多個(gè)。下面，對(duì)這樣的第I變形例進(jìn)行說(shuō)明。另外，關(guān)于與上述實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)，在變形例中也標(biāo)注相同編號(hào)，并省略詳細(xì)說(shuō)明。圖9是示出具有多個(gè)發(fā)電用壓電元件和控制用壓電元件的第I變形例的發(fā)電裝置100A的說(shuō)明圖。圖9(a)是從梁104的一個(gè)表面觀察的平面圖。圖9 (b)是從梁104的另一個(gè)表面觀察的平面圖。圖9(a)示出了在梁104的一個(gè)表面上設(shè)置的2個(gè)發(fā)電用壓電元件(壓電元件108和壓電元件116)，圖9 (b)示出了在梁104的另一個(gè)表面上設(shè)置的2個(gè)控制用壓電元件(壓電元件110和壓電元件114)。如圖9(a)所示，發(fā)電用壓電元件108、116沿著梁104的長(zhǎng)度方向并列設(shè)置在梁104的一個(gè)表面上。并且，對(duì)圖9(a)與圖9(b)進(jìn)行比較可知，在隔著梁104與發(fā)電用壓電元件108相對(duì)的位置處設(shè)有控制用壓電元件110，在隔著梁104與發(fā)電用壓電元件116相對(duì)的位置處設(shè)有控制用壓電元件114。另外，發(fā)電用壓電元件116和控制用壓電元件114也與發(fā)電用壓電元件108和控制用壓電元件110同樣，設(shè)有由金屬薄膜形成的上部電極117a、115a、下部電極117b、115b。圖10是示出具有2個(gè)發(fā)電用壓電元件108、116和2個(gè)控制用壓電元件110、114的第I變形例的發(fā)電裝置100A的電氣構(gòu)造的說(shuō)明圖。對(duì)圖10與圖1(b)進(jìn)行比較可知，相對(duì)于上述實(shí)施例，第I變形例的發(fā)電裝置IOOA追加了發(fā)電用壓電元件116、電感器L2、開(kāi)關(guān)SW2、全波整流電路121、控制用壓電元件114等。追加了這些部件后的結(jié)構(gòu)與上述實(shí)施例中說(shuō)明的發(fā)電用壓電元件108、電感器LI、開(kāi)關(guān)SW1、全波整流電路120、控制用壓電元件110等同樣地進(jìn)行工作。
S卩，從控制用壓電元件110所產(chǎn)生的電壓達(dá)到峰值起到經(jīng)過(guò)了諧振周期的1/2時(shí)間為止，接通開(kāi)關(guān)SW1，由此，發(fā)電用壓電元件108所產(chǎn)生的電荷被高效地蓄積到輸出用電容器Cl中。同樣，從控制用壓電元件114所產(chǎn)生的電壓達(dá)到峰值起到經(jīng)過(guò)了諧振周期的1/2時(shí)間為止，接通開(kāi)關(guān)SW2，由此，發(fā)電用壓電元件116所產(chǎn)生的電荷也被蓄積到輸出用電容器Cl中。并且，從控制用壓電元件110所產(chǎn)生的電壓達(dá)到限制電壓Vl以上起到經(jīng)過(guò)了設(shè)定時(shí)間為止，接通開(kāi)關(guān)SW1，由此抑制發(fā)電用壓電元件108的變形，同樣，從控制用壓電元件114所產(chǎn)生的電壓達(dá)到限制電壓Vl以上起到經(jīng)過(guò)了設(shè)定時(shí)間為止，接通開(kāi)關(guān)SW2，由此抑制發(fā)電用壓電元件116的變形。通過(guò)分別抑制壓電元件108、116的變形，能夠分別抑制設(shè)有壓電元件108、116的梁104的各個(gè)部分(參照?qǐng)D7)的變形。這樣，分別抑制了梁104的各個(gè)部分的變形，所以，即使梁104的各個(gè)部分中的僅一個(gè)部分產(chǎn)生了過(guò)度變形，也是僅抑制這一個(gè)部分的變形，能夠在不對(duì)其他部分抑制變形的情況下產(chǎn)生電力。因此，能夠根據(jù)梁104的多種變形來(lái)抑制過(guò)度的變形，且能夠高效地進(jìn)行發(fā)電。C.第2變形例接著，對(duì)第2變形例進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。圖11是示出第2變形例的發(fā)電裝置100B的電氣構(gòu)造的說(shuō)明圖。對(duì)圖11與圖1(b)進(jìn)行比較可清楚地看出，相對(duì)于上述實(shí)施例，第2變形例的發(fā)電裝置100B未連接電感器LI。即，在第2變形例的發(fā)電裝置100B內(nèi)，不構(gòu)成上述實(shí)施例的LC諧振電路。由此，能夠省略由內(nèi)置于控制電路112中的CPU執(zhí)行的用于利用LC諧振電路的控制處理(圖8的步驟 SlOO S108)。當(dāng)然，在第2變形例的發(fā)電裝置100B中，由于沒(méi)有像上述實(shí)施例的發(fā)電裝置100那樣利用LC諧振電路，所以，不能期望如實(shí)施例的發(fā)電裝置100那樣高效地蓄積電荷，但是，通過(guò)進(jìn)行當(dāng)梁104的變形量達(dá)到規(guī)定值以上時(shí)接通SWl的處理(圖8的步驟SllO S118)，能夠抑制梁104的變形。如上所述，第2變形例的發(fā)電裝置IOOb在抑制了部件數(shù)量(電感器LI)和CPU的處理負(fù)載(用于利用LC諧振電路的控制處理)的增大的基礎(chǔ)上，能夠防止梁104與配置于梁104周邊的部件和筐體發(fā)生碰撞。以上，對(duì)實(shí)施例或變形例進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例或變形例，可在不脫離其主旨的范圍內(nèi)以各種方式來(lái)實(shí)施。例如，在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了在梁104的變形方向發(fā)生切換的定時(shí)接通開(kāi)關(guān)SW1、由此來(lái)高效地在輸出電容器Cl中蓄積電荷的情況。但不限于此，也可以是在圖2(b)所示的斷開(kāi)了開(kāi)關(guān)SWl的狀態(tài)下在輸出電容器Cl中蓄積電荷的結(jié)構(gòu)。即，只要能夠以某種形式對(duì)壓電元件108所產(chǎn)生的電荷進(jìn)行蓄積即可，此時(shí)可以是任意結(jié)構(gòu)。并且，在上述實(shí)施例中，說(shuō)明了壓電元件108被安裝在懸臂梁構(gòu)造的梁104上的情況。但是，安裝壓電元件108和壓電元件110等的部件只要是通過(guò)振動(dòng)等容易反復(fù)產(chǎn)生變形的部件即可，此時(shí)，也可以是雙臂梁構(gòu)造的梁，或者為任意的構(gòu)造和形狀。例如，也可以在薄膜表面安裝壓電元件108和壓電元件110等。
并且，本發(fā)明的發(fā)電裝置是與振動(dòng)或移動(dòng)相應(yīng)地進(jìn)行發(fā)電，所以，例如，如果將發(fā)電裝置設(shè)置在橋梁、建筑物或預(yù)計(jì)地表滑落的地方等，則能夠在地震等災(zāi)害時(shí)進(jìn)行發(fā)電，且僅在必要時(shí)(災(zāi)害時(shí))對(duì)電子設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)單元供給電源。另外，不限于電子設(shè)備，由于本發(fā)明的發(fā)電裝置能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，所以能夠設(shè)置在任何設(shè)備中。例如，通過(guò)在車輛或電車等移動(dòng)手段中使用本發(fā)明的發(fā)電裝置，由此，通過(guò)與移動(dòng)相伴的振動(dòng)進(jìn)行發(fā)電，能夠高效地對(duì)移動(dòng)手段所具有的設(shè)備供給電力。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置具有 變形部件，其設(shè)有第I壓電元件，且切換變形方向而變形； 變形量檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述變形部件的變形量； 一對(duì)電極，它們?cè)O(shè)于所述第I壓電兀件上； 開(kāi)關(guān)，其設(shè)于所述一對(duì)電極之間；以及 開(kāi)關(guān)控制單元，其控制所述開(kāi)關(guān)，使得當(dāng)所述變形量達(dá)到規(guī)定大小以上時(shí)，使所述一對(duì)電極之間在規(guī)定期間內(nèi)為短接狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的發(fā)電裝置，其中， 所述變形量檢測(cè)單元具有 第2壓電元件，其設(shè)于所述變形部件上，用于檢測(cè)所述變形量；以及 電壓檢測(cè)單元，其檢測(cè)所述第2壓電元件所產(chǎn)生的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的發(fā)電裝置，其中， 所述發(fā)電裝置具有電感器，該電感器設(shè)于所述一對(duì)電極之間，并且與所述開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接，由此與所述第I壓電元件的電容成分構(gòu)成諧振電路， 所述開(kāi)關(guān)控制單元是這樣的單元在所述變形量未達(dá)到所述規(guī)定大小的期間內(nèi)，當(dāng)所述變形部件的變形方向發(fā)生了切換時(shí)連接所述開(kāi)關(guān)，之后，當(dāng)經(jīng)過(guò)了相當(dāng)于所述諧振電路的諧振周期的半個(gè)周期的時(shí)間時(shí)，切斷所述開(kāi)關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)電裝置，其中， 所述第2壓電元件被設(shè)置在隔著所述變形部件與所述第I壓電元件相對(duì)的位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求2 4中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置，其中， 所述第I壓電元件和所述第2壓電元件為多個(gè)。
6.—種電子設(shè)備,該電子設(shè)備具有權(quán)利要求I 5中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置。
7.一種移動(dòng)單元，該移動(dòng)單元具有權(quán)利要求I 5中任意一項(xiàng)所述的發(fā)電裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供能夠?qū)崿F(xiàn)小型化的利用了壓電效應(yīng)的發(fā)電裝置。發(fā)電裝置通過(guò)外力使由壓電材料形成的第1壓電元件變形，將該第1壓電元件中產(chǎn)生的電荷作為電流取出，其中，檢測(cè)設(shè)有第1壓電元件的變形部件的變形量，在該變形量達(dá)到規(guī)定大小以上的情況下，使設(shè)于第1壓電元件上的一對(duì)電極成為短接狀態(tài)。其結(jié)果，抑制了該第1壓電元件的變形，進(jìn)而抑制了變形部件的超過(guò)預(yù)想的變形。
文檔編號(hào)H02N2/18GK102647109SQ20121003556
公開(kāi)日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月17日
發(fā)明者井出典孝, 小野泰弘, 平林篤哉, 田端邦夫 申請(qǐng)人:精工愛(ài)普生株式會(huì)社