振動型發(fā)電裝置、電源模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及具備靜電感應(yīng)型發(fā)電元件的振動型發(fā)電裝置、W及具備該振動型發(fā)電 裝置的電源模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] W往，作為將基于振動的動能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換元件，例如有專利文獻1中 記載的具備駐極體巧lectret)的靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件。該靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件具備相向 配置的第1導(dǎo)體和第2導(dǎo)體，W及配置于第1導(dǎo)體的駐極體。第2導(dǎo)體W能夠相對于第1 導(dǎo)體作相對運動的方式被彈黃等彈性構(gòu)件支承，具有來源于彈黃常數(shù)等的固有的機械諧振 頻率。
[0003] 根據(jù)上述靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件，當由于振動，第2導(dǎo)體相對于第1導(dǎo)體作相對運動 時，注入至駐極體的電荷使第2導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電荷而進行發(fā)電。所W，如果使用上述靜電感 應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件，則能夠?qū)崿F(xiàn)利用環(huán)境中的振動而進行發(fā)電的振動型發(fā)電裝置。根據(jù)該振動 型發(fā)電裝置，在靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件所具備的第2導(dǎo)體固有的機械諧振頻率附近，該第2導(dǎo) 體的動能變得較大、發(fā)電量較大。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻 [000引專利文獻
[0006] 專利文獻1:日本專利特開2006-180450號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0008] 但是，根據(jù)上述振動型發(fā)電裝置，當靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件所具備的第2導(dǎo)體的振 動頻率在該第2導(dǎo)體固有的機械諧振頻率附近時，第2導(dǎo)體的動能降低，不一定能獲得足夠 的發(fā)電量。
[0009] 于是，本發(fā)明提供一種在寬廣的振動頻率范圍內(nèi)能將動能轉(zhuǎn)換為電能而進行發(fā)電 的振動型發(fā)電裝置和電源模塊。
[0010] 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0011] 本發(fā)明提供具有W下[1]~[13]的結(jié)構(gòu)的振動型發(fā)電裝置和電源模塊。
[0012] [1] 一種振動型發(fā)電裝置，其具備；多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件，和將上述多個靜電 感應(yīng)型發(fā)電元件的各發(fā)電輸出進行合成的合成部。
[001引 凹如山所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件由具有彼 此不同的諧振頻率的多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件構(gòu)成。
[0014]閒如山所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件由具有彼 此相同的諧振頻率的多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件構(gòu)成。
[001引[句如山所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件由至少3 個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件構(gòu)成，該至少3個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件包括具有彼此相同的諧振頻 率的組合和具有彼此不同的諧振頻率的組合。
[001引 閒如山~W中任一項所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述多個靜電感應(yīng)型發(fā) 電元件分別具備；固定電極，W能夠相對于上述固定電極作相對運動的方式相向配置的可 動電極，和在與上述固定電極相向的上述可動電極的一面、或在與上述可動電極相向的上 述固定電極的一面配置的駐極體。
[0017] [6]如山~閒中任一項所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述合成部具備將上述 多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件的發(fā)電輸出進行整流的多個整流電路，上述多個整流電路的輸出 部相互并聯(lián)連接。
[001引[7]如[6]所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述多個整流電路分別具備用于抑制該 整流電路的輸出電流的逆流的肖特基勢壘二極管。
[001引閒如[6]或[7]所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述多個整流電路分別為全波整 流電路。
[0020] [9]如閒~巧]中任一項所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述駐極體是在使用含 氣聚合物的樹脂膜中注入電荷而得的。
[0021] [10]如[9]所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述含氣聚合物是主鏈具有脂肪族環(huán) 的含氣聚合物（a)或該含氣聚合物（a)的衍生物（a')。
[002引[山如[10]所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述含氣聚合物（a)具有反應(yīng)性官能 團。
[002引[切如[10]所述的振動型發(fā)電裝置，其中，上述含氣聚合物（a)的衍生物（a')包 括具有反應(yīng)性官能團的含氣聚合物（a)與具有氨基的硅烷偶聯(lián)劑的混合物或反應(yīng)生成物。
[0024][切一種電源模塊，其具備：上述山~[切中任一項所述的振動型發(fā)電裝置， 將上述振動型發(fā)電裝置的發(fā)電輸出平滑化的平滑部，和將由上述平滑部進行平滑化后的上 述發(fā)電輸出電壓轉(zhuǎn)換成所需電壓的電壓轉(zhuǎn)換部。
[00幼發(fā)明的效果
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的振動型發(fā)電裝置和電源模塊，能夠在寬廣的振動頻率范圍內(nèi)將動能 轉(zhuǎn)換為電能而進行發(fā)電。
【附圖說明】
[0027] 圖1是表示本發(fā)明的第1實施方式的振動型發(fā)電裝置的結(jié)構(gòu)的一例的電路圖。
[0028] 圖2是表示本發(fā)明的第1實施方式的振動型發(fā)電裝置具備的靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件 的結(jié)構(gòu)的一例的立體圖。
[0029] 圖3是表示本發(fā)明的第1實施方式的振動型發(fā)電裝置具備的靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件 的發(fā)電功率的頻率特性的一例的波形圖。
[0030] 圖4是表示本發(fā)明的第1實施方式的振動型發(fā)電裝置具備的靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件 的發(fā)電輸出（電壓）的一例的波形圖。
[0031] 圖5是表示本發(fā)明的第1實施方式的振動型發(fā)電裝置具備的肖特基勢壘二極管的 反向電流特性的一例的波形圖。
[0032] 圖6是表示本發(fā)明的第1實施方式的振動型發(fā)電裝置的發(fā)電功率的頻率特性的一 例的波形圖。
[0033] 圖7是表示本發(fā)明的第1實施方式的振動型發(fā)電裝置的變形例的電路圖。
[0034] 圖8是表示本發(fā)明的第2實施方式的電源模塊的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。
【具體實施方式】
[00對[第1實施方式]
[0036](結(jié)構(gòu)的說明）
[0037] 圖1表示本發(fā)明的第1實施方式的振動型發(fā)電裝置100的結(jié)構(gòu)的一例。
[003引振動型發(fā)電裝置100具備多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件1101，1102,…110。(n是2W上 的自然數(shù)），和將上述多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件的各發(fā)電輸出進行合成的合成部120。靜電 感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件1101，1102,…110。具有彼此不同的機械諧振頻率化1，化2,…化。，將由后述 的圖2示出的可動基板112和可動電極114構(gòu)成的可動構(gòu)件的動能通過靜電感應(yīng)轉(zhuǎn)換成電 能。
[0039] 另外，W下的說明中，"靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110"表示多個靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件 110。11〇2, ???110。中的任意一個。此外，本實施方式中，"發(fā)電輸出"表示電壓、電流、功率中 的任一種。
[0040]圖2表示靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110的結(jié)構(gòu)的一例。靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110具備 固定基板111、可動基板112、固定電極113、可動電極114、和駐極體115。固定基板111和 可動基板112相向配置，可動基板112W能夠相對于固定基板111作相對運動的方式由彈 性構(gòu)件（例如彈黃）支承。本實施方式中，可動基板112W在與固定基板111保持一定間 隔的狀態(tài)下能夠沿一方向（圖中的箭頭方向）作往返運動的方式被支承。但是，在產(chǎn)生靜 電感應(yīng)的限度內(nèi)，可動基板112可相對于固定基板111在任意方向上作相對運動。
[0041] 在與可動基板112相向的固定基板111的一面W-定的間距配置細片狀的多個固 定電極113。多個固定電極113的長軸方向設(shè)定為與可動基板112的往返運動方向正交的 方向。在與固定基板111相向的可動基板112的一面，在與固定電極113相向的位置配置 有細片狀的多個可動電極114。配置有可動電極114的可動基板112相對于配置有固定電 極113的固定基板111能夠保持一定間隔并沿一方向作往返運動，所W可動電極114W能 夠相對于固定電極113作相對運動的方式進行相向配置。在與多個可動電極114相向的多 個固定電極113的每一面上配置駐極體115。
[0042] 由可動基板112和可動電極114構(gòu)成的可動構(gòu)件（無標號）具有固有的機械諧振 頻率化。該機械諧振頻率化可通過調(diào)整上述可動構(gòu)件的質(zhì)量、支承該可動構(gòu)件的彈性構(gòu) 件（例如彈黃）的彈性系數(shù)（例如彈黃常數(shù)）等來設(shè)定。圖1示出的靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件 110。11〇2, ???110。所具有的機械諧振頻率打。打2,…打。對應(yīng)于上述可動構(gòu)件的機械諧振頻 率化，通過調(diào)整例如圖2示出的可動基板112的質(zhì)量、或支承可動基板112的彈性構(gòu)件（未 圖示）的彈性系數(shù)等，將機械諧振頻率化1，化2,…化。設(shè)定為彼此不同的值。作為一例，如 果將具有后述的圖3(a)示出的頻率特性（機械諧振頻率30Hz)的靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件的、 支承可動基板的彈黃的長度或直徑增加30%左右，則可得到具有圖3(b)示出的機械諧振 頻率20化的靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件。此外，例如通過設(shè)置用于使彈黃的伸縮運動衰減的阻巧 器，設(shè)置該阻巧器的衰減系數(shù)，從而也能夠調(diào)整各機械諧振頻率下的諧振的Q值。
[004引能將靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件1101，1102,…110。所具有的機械諧振頻率化。化2,… 化2設(shè)定為例如環(huán)境中存在的任意的振動的頻率。作為環(huán)境中存在的振動的一例，可列舉在1~10化左右的頻帶存在的高層大樓的振動、在2~4化左右的頻帶存在的由行人往來引 起的振動、在4~20化左右的頻帶存在的空調(diào)的室外機（壓縮機）的振動、在20~llOHz 左右的頻域存在的管道配管送風(fēng)機的振動、在30~110化左右的頻域存在的汽車的振動 等。
[0044] 另外，固定電極113和可動電極114的各自的個數(shù)不一定是多個，也可W是單個。 此外，駐極體115可W不配置在圖2示出的固定電極113上，而是配置在與固定電極113相 向的可動電極114上。
[0045] 駐極體115是通過注入正極性或負極性的電荷、在內(nèi)部保持純號電荷（獨立的電 荷）的膜狀的電荷保持介質(zhì)。靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110的發(fā)電輸出隨著駐極體115的表面 電荷密度升高而升高。本實施方式中，作為構(gòu)成駐極體115的電荷保持介質(zhì)，使用后述的樹 脂膜（A)。籍此，駐極體115的表面電荷密度增高，作為靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110的發(fā)電輸 出，可得到例如120~200V左右的高電壓。
[0046] 通常，構(gòu)成駐極體的電荷保持介質(zhì)使用絕緣材料，所W靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件的輸 出阻抗極高，達到例如10M歐姆左右。因此，靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110的輸出電流微弱。所 W，通常靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件不適合于發(fā)電的用途。對于此，本實施方式中，作為形成駐極 體115的電荷保持介質(zhì)，利用使用后述的含氣聚合物而得的樹脂膜（A)，從而能夠產(chǎn)生高電 壓，所W能將靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110用于發(fā)電。
[0047] 圖3表示靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110的發(fā)電輸出（發(fā)電功率）的頻率特性的一例。 圖3(a)表示將機械諧振頻率化設(shè)定為30化時的發(fā)電功率的頻率特性的一例，圖3(b)表 示將機械諧振頻率化設(shè)定為20化時的發(fā)電功率的頻率特性的一例。在任一例中，在機械 諧振頻率化附近，靜電感應(yīng)型轉(zhuǎn)換元件110的配置有可動電極114的可動基板112的動能 均增大，所W可得到較大的發(fā)電輸出（發(fā)電功率）。
[004引返至圖1進行說明。合成部120具備將多個靜電感應(yīng)型發(fā)電元件1101，1102,…110。 的發(fā)電輸出進行整流的多個整流電路1201，1202,…120。。多個整流電路120