振动发电装置的制作方法

1.本发明涉及振动发电装置。


背景技术：

2.已知有专利文献1所记载的决策装置，在该专利文献1中公开了选择使用决策装置来取出电力时的频率的振动发电装置。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：国际公开第2020/059723号


技术实现要素：

6.发明所要解决的课题
7.根据专利文献1所公开的振动发电装置，存在有时所取出的电力的效率较低的课题。
8.用于解决课题的手段
9.根据本发明的一个方式，振动发电装置具有：振动发电元件，其生成与电极的振动对应的电力；输出部，其在与负载电阻连接时，取出由所述振动发电元件生成的电力；判断部，其判断所述电力的功率值是否大于预定阈值；决定部，其根据所述判断部的判断结果来决定所述输出部的输入阻抗；以及调整部，其根据所述决定部的决定来调整所述输出部的所述输入阻抗。
10.发明效果
11.根据本发明，有时能够提高振动发电装置的发电效率。
附图说明
12.图1是表示与作为供电对象的负载电阻连接的振动发电装置的结构的一例的图。
13.图2是例示由振动发电元件生成的电力的功率值与作为振动产生源的振动产生装置的振动加速度的关系的图。
14.图3是表示由振动发电装置的决定部进行的、决定振动发电装置的输出部的输入阻抗的处理的一例的图。
15.图4a是用于说明由振动发电装置的调整部进行的、调整振动发电装置的输出部的输入阻抗的处理的一例的图。
16.图4b是用于说明由振动发电装置的调整部进行的、调整振动发电装置的输出部的输入阻抗的处理的一例的图。
17.图4c是用于说明由振动发电装置的调整部进行的、调整振动发电装置的输出部的输入阻抗的处理的一例的图。
18.图5是表示由振动发电装置的决定部进行的、决定振动发电装置的输出部的输入
阻抗的处理的其他例子的图。
19.图6a是用于说明由振动发电装置的调整部进行的、调整振动发电装置的输出部的输入阻抗的处理的其他例子的图。
20.图6b是用于说明由振动发电装置的调整部进行的、调整振动发电装置的输出部的输入阻抗的处理的其他例子的图。
21.图6c是用于说明由振动发电装置的调整部进行的、调整振动发电装置的输出部的输入阻抗的处理的其他例子的图。
具体实施方式
22.以下，使用图1至图4c对本发明的一实施方式中的振动发电装置100进行说明。图1是表示与作为供电对象的负载电阻200连接的振动发电装置100的结构的一例的图。振动发电装置100具有生成与电极的振动对应的电力的振动发电元件110、将由振动发电元件110生成的电力向负载电阻200供给的输出部120、判断部130、决定部140以及调整部150。振动发电装置100设置于作为使振动发电元件110的电极产生振动的振动产生源的未图示的振动产生装置。振动发电元件110具有固定电极和可动电极，固定电极的振动加速度成为与作为振动产生源的振动产生装置的振动加速度对应的值。为了容易理解说明，在本实施方式中，将振动发电元件110的固定电极的振动加速度设为与振动产生装置的振动加速度相等的值。在图1中，从振动发电元件110经由输出部120向负载电阻200延伸的箭头表示电力供给方向。从判断部130、决定部140以及调整部150分别延伸的箭头表示用于调整后述的输出部120的输入阻抗的控制方向。
23.判断部130例如由比较器构成，判断由输出部120提供给负载电阻200的电力的功率值是否大于预定阈值。预定阈值能够由决定部140设定为任意的值。决定部140例如由处理器以及存储器构成，处理器执行保存在存储器内的计算机程序，由此基于判断部130的判断结果来决定输出部120的输入阻抗。调整部150包含控制后述的开关电路122的切换动作的控制电路，根据决定部140的决定来调整输出部120的输入阻抗。
24.输出部120包含第一蓄电电路121、开关电路122和第二蓄电电路123。第一蓄电电路121例如由整流器和电容器构成，将从振动发电元件110输出的交流电力转换为直流电力并进行蓄电。开关电路122例如由晶体管构成，进行开始或停止从第一蓄电电路121向第二蓄电电路123的电力传输的切换动作。第二蓄电电路123例如由电感器和电容器构成，对从第一蓄电电路121经由开关电路122传输的直流电力的电压进行转换并蓄电。
25.图2是例示由振动发电元件110生成的电力的功率值p与作为振动产生源的振动产生装置的振动加速度a的关系的图。在输出部120的输入阻抗z为第一阻抗值z1时，由振动发电元件110生成的电力p与振动加速度a的2次方成比例地增加，直到振动产生装置的振动加速度a从0开始增加而达到ax为止。即，使用比例系数c1，如式(1)那样表示。
26.p＝c1
×
a2(0≤a≤ax)...(1)
27.在输出部120的输入阻抗z＝z1时，基于式(1)，在振动产生装置的振动加速度a＝ax时，由振动发电元件110生成的电力p＝px，在图2中能够表示拐点x(ax，px)。当振动加速度a＞ax时，电力p从表示与振动加速度a≤ax时的振动加速度a的2次方比例对应的增加的倾向，变化为表示从拐点x处的功率值px起大致平稳、或者渐增或渐减的倾向。
28.在输出部120的输入阻抗z是与第一阻抗值z1不同的第二阻抗值z2时，由振动发电元件110生成的电力p与振动加速度a的2次方成比例地增加，直到振动产生装置的振动加速度a从0开始增加而达到ay为止。即，使用比例系数c2，如式(2)那样表示。
29.p＝c2
×
a2(0≤a≤ay)...(2)
30.在输出部120的输入阻抗z＝z2时，基于式(2)，在振动产生装置的振动加速度a＝ay时，由振动发电元件110生成的电力p＝py，在图2中能够表示拐点y(ay，py)。当振动加速度a＞ay时，电力p从表示与振动加速度a≤ay时的振动加速度a的2次方比例对应的增加的倾向，变化为表示从拐点y处的功率值py起大致平稳、或者渐增或渐减的倾向。
31.在输出部120的输入阻抗z的第二阻抗值z2大于第一阻抗值z1的情况下，如图2所示，用于式(2)的比例系数c2小于用于式(1)的比例系数c1，并且拐点y处的功率值py大于拐点x处的功率值px。
32.如图2所示，在振动产生装置的振动加速度a较小时，若通过调整部150将输出部120的输入阻抗z调整为第一阻抗值，则能够得到比将输出部120的输入阻抗z调整为第二阻抗值时大的电力p。在振动产生装置的振动加速度a较大时，若通过调整部150将输出部120的输入阻抗z调整为第二阻抗值，则能够得到比将输出部120的输入阻抗z调整为第一阻抗值时大的电力p。
33.着眼于这一点，在本实施方式中，在输出部120的输入阻抗z为第一阻抗值z1时，随着振动产生装置的振动加速度a从0开始增加，由振动发电元件110生成的电力p的功率值增加，若进一步超过上述的预定阈值，则使用图3后述的指标值x成为增加倾向。当判断为该指标值x不小于后述的预定值时，调整部150将输出部120的输入阻抗z从第一阻抗值z1变更为第二阻抗值z2。于是，随着振动加速度a进一步增加而得到更大的电力p。之后，相反地，随着振动加速度a减小，由振动发电元件110生成的电力p的功率值减少，若进一步低于上述的预定阈值，则指标值x成为减少倾向。当判断为该指标值x小于后述的预定值时，调整部150将输出部120的输入阻抗z从第二阻抗值z2变更为第一阻抗值z1。于是，即使振动加速度a进一步减小，也能够得到比假定为输入阻抗z未被变更的情况大的电力p。
34.在本实施方式中，上述的预定阈值被设定为图2所示的第一阈值p1。第一阈值p1与输出部120的输入阻抗z＝z1时的、相对于加速度a1的功率值对应，优选比图2所示的拐点x处的功率值px稍小的值。若第一阈值p1被设定为接近功率值px的值，则在振动加速度a的范围0≤a≤ax内，通过上述的动作，输出部120的输入阻抗z被决定为第一阻抗值z1的倾向增强，得到比输入阻抗z为第二阻抗值z2时高的电力p的可能性变高。另一方面，通过将第一阈值p1设定为不过于接近功率值px的值，能够通过上述的动作确保输入阻抗z从第一阻抗值z1向第二阻抗值z2变更的可能性。因此，第一阈值p1是尽可能接近功率值px的值，但是是不会过于接近的值，例如是功率值px的90％左右的值。
35.此外，如上所述，由决定部140将预定阈值设定为第一阈值p1，如上所述，由判断部130判断由振动发电元件110生成的电力p的功率值是否大于预定阈值。如上述所述，由调整部150变更的输入阻抗z是基于判断部130的判断结果由决定部140决定的。
36.图3是表示由振动发电装置100的决定部140进行的、决定振动发电装置100的输出部120的输入阻抗z的处理的一例的图。通过决定部140所具有的处理器执行保存在存储器内的计算机程序，进行图3所示的步骤s310及其以后的各步骤中的处理。在图3所示的处理
中，使用上述的专利文献1所公开的竞争(tug-of-war；tow)模型。在本实施方式中，当在作为第一定时的时刻t完成图3所示的最终步骤的处理时，将比第一定时靠后的作为第二定时的时刻(t+1)置换为时刻t，在第二定时再次进行从步骤s310开始的各步骤的处理。
37.在步骤s310中，决定部140判定时刻t的输出部120的输入阻抗z(t)是否为第一阻抗值z1。在得到肯定判定的情况下，时刻t的输出部120的输入阻抗z(t)为第一阻抗值z1，处理进入与第一阻抗值z1对应的步骤s320。在得到否定判定的情况下，时刻t的输出部120的输入阻抗z(t)是与第一阻抗值z1不同的第二阻抗值z2，处理进入与第二阻抗值z2对应的步骤s330。
38.在步骤s320中，决定部140判定在时刻t由振动发电元件110生成的电力p的功率值p(t)是否小于设定为预定阈值的第一阈值p1。在步骤s320中得到肯定判定的情况下，即判定为功率值p(t)小于第一阈值p1的情况下，在步骤s322中，决定部140将第一变化量设定为后述的第一运算值r1(t)在时刻t的变化量δr1(t)。在本实施方式中，第一变化量为1，即δr1(t)＝1。此时，决定部140对后述的第二运算值r2(t)在时刻t的变化量δr2(t)设定0。在步骤s320中得到否定判定的情况下，即判定为功率值p(t)不小于第一阈值p1的情况下，在步骤s327中，决定部140对时刻t的变化量δr1(t)设定第二变化量的负值。在本实施方式中，第二变化量为w，即δr1(t)＝-w。此时，对于时刻t的变化量δr2(t)，决定部140设定0。当步骤s322或s327的处理完成时，处理前进到步骤s340。
39.在步骤s330中，决定部140判定在时刻t由振动发电元件110生成的电力p的功率值p(t)是否小于被设定为预定阈值的第一阈值p1。在步骤s330中得到肯定判定的情况下，即判定为功率值p(t)小于第一阈值p1的情况下，在步骤s332中，决定部140对时刻t的变化量δr2(t)设定第二变化量的负值。在本实施方式中，如上所述，第二变化量为w，即δr2(t)＝-w。此时，对于时刻t的变化量δr1(t)，决定部140设定0。在步骤s330中得到否定判定的情况下，即判定为功率值p(t)不小于第一阈值p1的情况下，在步骤s337中，决定部140对时刻t的变化量δr2(t)设定第一变化量。在本实施方式中，如上所述，第一变化量为1，即δr2(t)＝1。此时，对于时刻t的变化量δr1(t)，决定部140设定0。当步骤s332或s337的处理完成时，处理前进到步骤s340。
40.在步骤s340中，决定部140对时刻t的第一运算值r1(t)以及与第一运算值r1(t)不同的第二运算值r2(t)进行运算，并基于从时刻t的第二运算值r2(t)减去第一运算值r1(t)而得到的差，如式(3)所示，对时刻(t+1)的指标值x(t+1)进行运算。指标值x(t+1)表示用于决定第一阻抗值z1以及第二阻抗值z2中的任一方作为时刻(t+1)的输出部120的输入阻抗z(t+1)的指标。此外，在式(3)中，对校正量δ(t)设定考虑了时刻t的、包含在振动发电装置100中产生的噪声、错误的波动的值。
41.x(t+1)＝r2(t)-r1(t)+δ(t)
…
(3)
42.在步骤s340中，由决定部140运算的时刻t的第一运算值r1(t)以及第二运算值r2(t)如式(4)以及(5)所示。即，时刻t的第一运算值r1(t)以及第二运算值r2(t)使用比例系数α，基于分别与在与时刻t对应的第一定时之前的时刻(t-1)运算出的第一运算值r1(t-1)以及第二运算值r2(t-1)成比例的第一比例值αr1(t-1)以及第二比例值αr2(t-1)、和上述的变化量δr1(t)以及变化量δr2(t)来表示。此外，如上所述，基于步骤s310的判定处理，进行与第一阻抗值z1对应的步骤s320或者与第二阻抗值z2对应的步骤s330。基于各自的结
果，得到与第一阻抗值z1对应的变化量δr1(t)或者与第二阻抗值z2对应的变化量δr2(t)。由此，由式(4)表示的第一运算值r1(t)是与第一阻抗值z1对应的运算值，由式(5)表示的第二运算值r2(t)是与第二阻抗值z2对应的运算值。
43.r1(t)＝δr1(t)+αr1(t-1)
…
(4)
44.r2(t)＝δr2(t)+αr2(t-1)
…
(5)
45.说明在时刻t输出部120的输入阻抗z为第一阻抗值z1时、即在步骤s310中得到肯定判定时进行的处理。首先，说明在判断部130判断为由振动发电元件110生成的电力p的功率值p(t)小于作为预定阈值的第一阈值p1的情况下、即在步骤s320中得到肯定判定的情况下进行的处理。在该情况下，使用式(4)以及式(5)，如下那样运算第一运算值r1(t)以及第二运算值r2(t)。通过对在时刻(t-1)运算出的第一比例值αr1(t-1)加上上述的第一变化量即1，得到时刻t的第一运算值r1(t)。另外，作为与在时刻(t-1)运算出的第二比例值αr2(t-1)相等的值，得到时刻t的第二运算值r2(t)。
46.说明在时刻t判断部130判断为输出部120的输入阻抗z为第一阻抗值z1、且由振动发电元件110生成的电力p的功率值p(t)不小于作为预定阈值的第一阈值p1的情况下、即在步骤s320中得到否定判定的情况下进行的处理。在该情况下，使用式(4)以及式(5)，如下那样运算第一运算值r1(t)以及第二运算值r2(t)。通过从在时刻(t-1)运算出的第一比例值αr1(t-1)减去上述的第二变化量即w，得到时刻t的第一运算值r1(t)。另外，作为与在时刻(t-1)运算出的第二比例值αr2(t-1)相等的值，得到时刻t的第二运算值r2(t)。
47.说明在时刻t输出部120的输入阻抗z为与第一阻抗值z1不同的第二阻抗值z2时、即在步骤s310中得到否定判定时进行的处理。首先，说明在判断部130判断为由振动发电元件110生成的电力p的功率值p(t)小于作为预定阈值的第一阈值p1的情况下、即在步骤s330中得到肯定判定的情况下进行的处理。在该情况下，使用式(4)以及式(5)，如下那样运算第一运算值r1(t)以及第二运算值r2(t)。通过从在时刻(t-1)运算出的第二比例值αr2(t-1)减去上述的第二变化量即w，得到时刻t的第二运算值r2(t)。另外，作为与在时刻(t-1)运算出的第一比例值αr1(t-1)相等的值，得到时刻t的第一运算值r1(t)。
48.说明在时刻t判断部130判断为输出部120的输入阻抗z是与第一阻抗值z1不同的第二阻抗值z2、且由振动发电元件110生成的电力p的功率值p(t)不小于作为预定阈值的第一阈值p1的情况下、即在步骤s330中得到否定判定的情况下进行的处理。在该情况下，使用式(4)以及式(5)，如下那样运算第一运算值r1(t)以及第二运算值r2(t)。通过对在时刻(t-1)运算出的第二比例值αr2(t-1)加上上述的第一变化量即1，得到时刻t的第二运算值r2(t)。另外，作为与在时刻(t-1)运算出的第一比例值αr1(t-1)相等的值，得到时刻t的第一运算值r1(t)。
49.在步骤s350中，决定部140判定在步骤s340中得到的时刻(t+1)的指标值x(t+1)是否小于预定值。优选的是，将预定值设定为0。因此，在指标值x(t+1)小于0的情况下作出肯定判定，在指标值x(t+1)不小于0的情况下作出否定判定。在得到肯定判定的情况下，处理进入步骤s352，在得到否定判定的情况下，处理进入步骤s357。
50.在步骤s352中，决定部140将第一阻抗值z1决定为时刻(t+1)的输出部120的输入阻抗z(t+1)。之后，如上所述，在将作为第二定时的时刻(t+1)置换为时刻t之后，在第一定时决定输入阻抗z的处理结束，在第二定时再次开始决定输入阻抗z的处理。
51.在步骤s357中，决定部140将第二阻抗值z2决定为时刻(t+1)的输出部120的输入阻抗z(t+1)。之后，如上所述，在将作为第二定时的时刻(t+1)置换为时刻t之后，在第一定时决定输入阻抗z的处理结束，在第二定时再次开始决定输入阻抗z的处理。
52.此外，上述的第二变化量的值w例如是固定值1，但也可以是1以外的值，也可以不是固定值。也可以根据在时刻t的步骤s352以及s357中选择了第一阻抗值z1以及第二阻抗值z2的任一个作为输入阻抗z时的、在接下来的时刻(t+1)的步骤s320以及s330中得到肯定以及否定的任一个判定结果的概率，得到第二变化量的值w。并且，在第二变化量的值w为固定值的情况下，校正量δ(t)也可以为0。
53.另外，在上述的式(4)以及式(5)中使用的比例系数α的值为0以上1以下(0≤α≤1)，根据考虑到过去的运算值的影响的程度来决定。如果能够通过仅考虑比较前的影响来适当地设定输出部120的输入阻抗z，则比例系数α的值可以较小。
54.图4a～图4c是用于说明由振动发电装置100的调整部150进行的、调整振动发电装置100的输出部120的输入阻抗z的处理的一例的图。如上所述，调整部150包括对开关电路122的切换动作进行控制的控制电路。如图4a所示，当蓄电于第一蓄电电路121的直流电力的电压v上升至超过预定电压值vth的电压值时(v＞vth)，开关电路122按照调整部150的控制，进行电力传输的切换动作。开关电路122的状态从断开变化为接通，开始从第一蓄电电路121向第二蓄电电路123的电力传输。如图4b所示，当蓄电于第一蓄电电路121的直流电力的电压v降低至低于预定电压值vth的电压值时(v＜vth)，开关电路122按照调整部150的控制，进行电力传输的切换动作。开关电路122的状态从接通变化为断开，停止从第一蓄电电路121向第二蓄电电路123的电力传输。
55.调整部150根据使用图3所述的决定部140对输入阻抗z的决定，来变更开关电路122进行电力传输的切换动作的条件。在本实施方式中，调整部150通过变更上述的预定电压值vth，来变更开关电路122进行电力传输的切换动作的条件，根据决定部140对输入阻抗z的决定来变更该条件，由此调整输出部120的输入阻抗z。在图4c中示出了这样的调整部150进行的输入阻抗z的调整处理。
56.在决定部140决定了输入阻抗z(t)的时刻t开始进行图4c所示的调整部150进行的输入阻抗z的调整处理。在步骤s410中，调整部150判定由决定部140决定的输入阻抗z(t)是否为第一阻抗值z1。在得到了肯定判定的情况下，处理进入步骤s420，在得到了否定判定的情况下，处理进入步骤s430。
57.在步骤s420中，调整部150将时刻t的预定电压值vth(t)设定为第一电压值v1。在预定电压值vth(t)＝v1时，输出部120的输入阻抗z(t)成为第一阻抗值z1。当步骤s420完成时，时刻t的输入阻抗z的调整处理结束。
58.在步骤s430中，调整部150将时刻t的预定电压值vth(t)设定为比第一电压值v1大的第二电压值v2。在预定电压值vth(t)＝v2时，输出部120的输入阻抗z(t)成为第二阻抗值z2。当步骤s430完成时，时刻t的输入阻抗z的调整处理结束。
59.根据本实施方式的振动发电装置100，能够得到以下的作用效果。
60.(1)振动发电装置100包括：振动发电元件110，其生成与电极的振动对应的电力；输出部120，其在与负载电阻200连接时，取出由振动发电元件110生成的电力；判断部130；决定部140；以及调整部150。判断部130判断由振动发电元件110生成的电力p的功率值是否
大于作为预定阈值的第一阈值p1。决定部140基于判断部130的判断结果来决定输出部120的输入阻抗z。调整部150根据决定部140的决定来调整输出部120的输入阻抗z。因此，能够使由振动发电装置100的输出部120取出的电力p根据输入阻抗z而变化，得到有时提高振动发电装置100的发电效率的效果。
61.(2)在振动发电装置100中，决定部140根据基于判断部130的判断结果运算出的指标值x，将第一阻抗值z1以及与第一阻抗值z1不同的第二阻抗值z2中的任一方决定为输出部120的输入阻抗z。决定部140基于作为第一定时的时刻t的判断部130的判断结果和比第一定时靠前的时刻(t-1)的判断部130的判断结果，运算作为比第一定时靠后的第二定时的时刻(t+1)的指标值x(t+1)。因此，通过振动发电装置100的输出部120能够得到不受暂时的电压变动影响而稳定地取出电力p的效果。
62.(3)在振动发电装置100中，决定部140基于判断部130的判断结果来运算与第一阻抗值z1对应的第一运算值r1(t)以及与第二阻抗值z2对应的第二运算值r2(t)。决定部140基于从作为第一定时的时刻t的第二运算值r2(t)减去作为第一定时的时刻t的第一运算值r1(t)而得到的差，运算作为第二定时的时刻(t+1)的指标值x(t+1)。在运算该指标值x(t+1)时考虑校正量δ(t)。决定部140在指标值x(t+1)小于作为预定值的0的情况下，将第一阻抗值z1决定为输出部120的输入阻抗z(t+1)，在指标值x(t+1)大于作为预定值的0的情况下，将第二阻抗值z2决定为输出部120的输入阻抗z(t+1)。因此，通过选择第一阻抗值z1作为输出部120的输入阻抗z的可能性与选择第二阻抗值z2作为输出部120的输入阻抗z的可能性之间的竞争(tow)，能够得到决定为可能性较高的选项的效果。
63.(4)在振动发电装置100中，在作为第一定时的时刻t的输出部120的输入阻抗z(t)为第一阻抗值z1时，在由判断部130判断为输出部120取出的电力p的功率值小于作为预定阈值的第一阈值p1的情况下，通过对与在第一定时之前的时刻(t-1)运算出的第一运算值r1(t-1)成比例的第一比例值αr1(t-1)加上作为第一变化量的1，得到作为第一定时的时刻t的第一运算值r1(t)。在由判断部130判断为输出部120取出的电力p的功率值大于作为预定阈值的第一阈值p1的情况下，通过从与在第一定时之前的时刻(t-1)运算出的第一运算值r1(t-1)成比例的第一比例值αr1(t-1)减去作为第二变化量的w，得到作为第一定时的时刻t的第一运算值r1(t)。
64.在作为第一定时的时刻t的输出部120的输入阻抗z(t)是与第一阻抗值z1不同的第二阻抗值z2时，在由判断部130判断为输出部120取出的电力p的功率值大于作为预定阈值的第一阈值p1的情况下，通过对与在第一定时之前的时刻(t-1)运算出的第二运算值r2(t-1)成比例的第二比例值αr2(t-1)加上作为第一变化量的1，得到作为第一定时的时刻t的第二运算值r2(t)，在由判断部130判断为输出部120取出的电力p的功率值小于作为预定阈值的第一阈值p1的情况下，通过从与在第一定时之前的时刻(t-1)运算出的第二运算值r2(t-1)成比例的第二比例值αr2(t-1)减去作为第二变化量的w，得到作为第一定时的时刻t的第二运算值r2(t)。因此，基于实验将作为第二变化量的w设定为适当的值，由此能够得到由输出部120稳定地取出效率性高的电力p的效果。
65.(5)在振动发电装置100中，输出部120具有：第一蓄电电路121，其将从振动发电元件110输出的交流电力转换为直流电力并进行蓄电；第二蓄电电路123，其对该直流电力的电压进行转换并进行蓄电；以及开关电路122，其进行开始或停止从第一蓄电电路121向第
二蓄电电路123的电力传输的切换动作。调整部150通过变更进行由调整部150所包含的控制电路控制的电力传输的切换动作的条件，来调整输出部120的输入阻抗z。能够得到不需要对现有的输出部120的电路结构施加特别的变更便可调整输出部120的输入阻抗z的效果。
66.(6)在振动发电装置100中，在蓄电于第一蓄电电路121的直流电力的电压v上升到超过预定电压值vth的电压值时，或者下降到低于预定电压值vth的电压值时，开关电路122进行电力传输的切换动作。调整部150所包含的控制电路通过变更预定电压值vth，能够变更通过开关电路122进行电力传输的切换动作的条件。在该情况下，能够得到可由比较简单的电路构成控制电路的效果。
67.以下那样的变形也在本发明的范围内，也能够将以下所示的变形例的一个或多个与上述的实施方式进行组合。
68.(1)在上述的一个实施方式中，在振动发电装置100的判断部130判断由振动发电元件110生成的电力p的功率值是否大于预定阈值时，作为预定阈值仅使用第一阈值p1。但是，作为该预定阈值，不仅可以使用第一阈值p1，也可以使用多种阈值。将用作该预定阈值的阈值的种类的数量例如设为与能够对输出部120的输入阻抗z设定的阻抗值的种类的数量相等的数量。在能够对输出部120的输入阻抗z设定第一阻抗值z1或第二阻抗值z2的情况下，作为预定阈值，也可以使用与第一阻抗值z1对应的第一阈值p1和与第二阻抗值z2对应的第二阈值p2。第二阈值p2与第一阈值p1同样地由决定部140决定。
69.使用图2，对作为预定阈值而与第一阈值p1一起使用的第二阈值进行说明。将振动产生装置的振动加速度a小时设为初始状态，在该初始状态下，通过调整部150将输出部120的输入阻抗z调整为第一阻抗值。随着振动加速度a从0开始增加，由振动发电元件110生成的电力p的功率值增加，当进一步超过作为预定阈值的第一阈值p1时，指标值x成为增加倾向。当判断为该指标值x不小于预定值时，调整部150将输出部120的输入阻抗z从第一阻抗值z1变更为第二阻抗值z2。于是，随着振动加速度a进一步增加而得到更大的电力p。之后，相反地，随着振动加速度a减小，由振动发电元件110生成的电力p的功率值减小，进而若低于不是第一阈值p1的预定阈值即第二阈值p2，则指标值x成为减少倾向。当判断为该指标值x小于预定值时，调整部150将输出部120的输入阻抗z从第二阻抗值z2变更为第一阻抗值z1。于是，即使振动加速度a进一步减小，也能够得到比假定为输入阻抗z未被变更的情况大的电力p。
70.第二阈值p2与输出部120的输入阻抗z＝z2时的、相对于加速度a2的功率值对应，优选比图2所示的拐点x处的功率值px稍大的值。在图2中，设为与输出部120的输入阻抗z＝z1时的电力p的图表和输入阻抗z＝z2时的电力p的图表的交点c处的功率值px对应的振动加速度a＝ac。若第二阈值p2被设定为比功率值px大的值，则在输入阻抗z＝z2时振动加速度a的值低于ac的情况下(a＜ac)，通过上述的动作，输出部120的输入阻抗z被决定为第一阻抗值z1的倾向增强，得到比输入阻抗z为第二阻抗值z2时高的电力p的可能性变高。因第二阈值p2比功率值px大，由此尽管输出部120的输入阻抗z被决定为第一阻抗值z1能够得到较大的电力p，但能够防止输出部120的输入阻抗z被决定为第二阻抗值z2这样的不优选的动作的可能性较高。
71.如上所述，第二阈值p2虽然比功率值px大，但优选不要过于大。若第二阈值p2(p2
＞px)被设定为接近功率值px的值，则在振动加速度a的范围a＞ac内，通过上述的动作，输出部120的输入阻抗z被决定为第二阻抗值z2的倾向增强，得到比输入阻抗z为第一阻抗值z1时高的电力p的可能性变高。
72.图5是表示由振动发电装置100的决定部140进行的、决定振动发电装置100的输出部120的输入阻抗z的处理的其他例子的图。该输入阻抗决定处理由本变形例中的振动发电装置100的决定部140进行。该图5与表示由上述的一实施方式中的振动发电装置100的决定部140进行的输入阻抗决定处理的图3的不同点在于，代替图3中的步骤s330的处理，在图5中进行步骤s331的处理。在步骤s331中，决定部140判定在时刻t由振动发电元件110生成的电力p的功率值p(t)是否小于设定为预定阈值的第二阈值p2。在得到肯定判定的情况下，即判定为功率值p(t)小于第二阈值p2的情况下，处理进入步骤s332，在得到否定判定的情况下，即判定为功率值p(t)不小于第二阈值p2的情况下，处理进入步骤s337。
73.在本变形例的振动发电装置100中，在输入阻抗z是第一阻抗值z1时，判断部130的判断所使用的预定阈值是第一阈值p1，在输入阻抗z是第二阻抗值z2时，预定阈值是与第一阈值p1不同的第二阈值p2。输入阻抗z为第一阻抗值z1时的、与对应于振动发电元件110所具有的电极的振动的加速度的电力p的功率值的增加放慢的拐点x对应的特定的功率值px大于第一阈值p1且小于第二阈值p2。因此，能够得到如下效果：在输入阻抗z为第二阻抗值z2时振动加速度a的值降低时的、由振动发电元件110生成并由振动发电装置100的输出部120输出的电力p有可能进一步提高。此外，在本变形例中，振动发电元件110所具有的固定电极的振动的加速度是与作为振动产生源的振动产生装置的振动加速度相等的值。
74.(2)在上述的一实施方式中，能够对振动发电装置100的输出部120的输入阻抗z设定由第一阻抗值z1和第二阻抗值z2构成的2种阻抗值。但是，也可以对输出部120的输入阻抗z设定多于2种的多种阻抗值。这些多种阻抗值也可以是能够连续地变更的设定值。
75.(3)在上述的一实施方式中，通过振动发电装置100的输出部120所具有的开关电路122进行电力传输的切换动作的条件取决于蓄积在第一蓄电电路121中的直流电力的电压v与预定电压值vth的关系，通过变更该预定电压值vth，来变更进行该电力传输的切换动作的条件。但是，也可以是开关电路122周期性地反复进行电力传输的切换动作，调整部150所包含的控制电路变更基于从开始电力传输到停止电力传输为止的时间和从停止电力传输到开始电力传输为止的时间的占空比，由此变更进行电力传输的切换动作的条件。
76.图6a～图6c是用于说明由振动发电装置的调整部150进行的、调整振动发电装置的输出部的输入阻抗的处理的其他例子的图。该输入阻抗调整处理由本变形例中的振动发电装置100的调整部150进行。如上所述，调整部150包括对开关电路122的切换动作进行控制的控制电路。如图6a所示，开关电路122按照调整部150的控制，在时间序列上以周期t周期性地反复进行从断开状态变化为接通状态的切换动作和从接通状态变化为断开状态的切换动作。当开关电路122变化为接通状态时，开始从第一蓄电电路121向第二蓄电电路123的电力传输，当开关电路122变化为断开状态时，停止从第一蓄电电路121向第二蓄电电路123的电力传输。
77.在图6a中，最初，周期t中的从电力传输开始到停止为止的电力传输时间是第一时间h1，因此基于周期t和第一时间h1的占空比d通过式(6)得到。通过调整部150运算该占空比d。
78.d＝h1/t
ꢀꢀ…
(6)
79.接着，在图6a中，在调整部150基于由振动发电装置100的决定部140决定的输出部120的输入阻抗z变更了输入阻抗z的情况下，在之后的期间，周期t中的从电力传输开始到停止为止的电力传输时间是比第一时间h1小的第二时间h2，因此通过式(7)得到基于周期t和第二时间h2的占空比d。
80.d＝h2/t
ꢀꢀ…
(7)
81.即，调整部150通过变更基于从第一蓄电电路121向第二蓄电电路123的电力传输开始起至停止为止的电力传输时间和从该电力传输停止起至开始为止的电力停止时间的占空比d，来变更进行开关电路122的电力传输的切换动作的条件。如图6a所示，占空比d从基于式(6)的h1/t变更为比其小的值即基于式(7)的值h2/t，由此输出部120的输入阻抗z从第一阻抗值z1变更为比第一阻抗值z1大的第二阻抗值z2。
82.如图6b所示，占空比d从基于上述的式(7)的值h2/t变更为比其大的值即基于式(6)的值h1/t，由此输出部120的输入阻抗z从第二阻抗值z2变更为比第二阻抗值z2小的第一阻抗值z1。
83.调整部150根据使用图3或图5所述的决定部140对输入阻抗z的决定，来变更开关电路122进行电力传输的切换动作的条件。在本变形例中，调整部150通过变更上述的占空比d，来变更开关电路122进行电力传输的切换动作的条件，根据决定部140进行的输入阻抗z的决定来变更该条件，由此调整输出部120的输入阻抗z。在图6c中示出了这样的调整部150进行的输入阻抗z的调整处理。
84.图6c所示的调整部150进行的输入阻抗z的调整处理在由决定部140决定了输入阻抗z(t)的时刻t开始。图6c所示的输入阻抗z的调整处理与图4c相比，步骤s410的处理相同，不同点在于，之后代替步骤s420和s430的处理而分别进行步骤s620和s630的处理。在步骤s410中，调整部150判定由决定部140决定的输入阻抗z(t)是否为第一阻抗值z1。在得到肯定判定的情况下，处理进入步骤s620，在得到否定判定的情况下，处理进入步骤s630。
85.在步骤s620中，调整部150设定使用式(6)得到的值h1/t作为占空比d。在占空比d＝h1/t时，输出部120的输入阻抗z(t)成为第一阻抗值z1。当步骤s620完成时，时刻t的输入阻抗z的调整处理结束。
86.在步骤s630中，调整部150设定使用式(7)得到的值h2/t作为占空比d。在占空比d＝h2/t时，输出部120的输入阻抗z(t)成为第二阻抗值z2。当步骤s630完成时，时刻t的输入阻抗z的调整处理结束。
87.在本变形例的振动发电装置100中，调整部150所包含的控制电路通过变更占空比d，能够变更由开关电路122进行电力传输的切换动作的条件，该占空比d是通过反复进行开关电路122的电力传输的切换动作而得到的、基于从开始电力传输到停止电力传输为止的电力传输时间和从停止电力传输到开始电力传输为止的电力停止时间的比例。在该情况下，能够得到控制电路容易控制由开关电路122进行的电力传输的切换动作的效果。另外，由于不需要测定蓄电于第一蓄电电路121的直流电力的电压v，因此得到能够防止伴随该测定的电流损失的效果。
88.只要不损害本发明的特征性的功能，则本发明不受上述的实施方式以及各变形例的结构的任何限定。
89.符号说明
90.100振动发电装置、
91.110振动发电元件、
92.120输出部、
93.121第一蓄电电路、
94.122开关电路、
95.123第二蓄电电路、
96.130判断部、
97.140决定部、
98.150调整部、
99.200负载电阻。

技术特征：
1.一种振动发电装置，其特征在于，具备：振动发电元件，其生成与电极的振动对应的电力；输出部，其在与负载电阻连接时，取出由所述振动发电元件生成的电力；判断部，其判断所述电力的功率值是否大于预定阈值；决定部，其基于所述判断部的判断结果来决定所述输出部的输入阻抗；以及调整部，其根据所述决定部的决定来调整所述输出部的所述输入阻抗。2.根据权利要求1所述的振动发电装置，其特征在于，所述决定部根据基于所述判断结果运算出的指标值，将第一阻抗值以及与所述第一阻抗值不同的第二阻抗值中的某一方决定为所述输入阻抗，所述决定部基于第一定时的所述判断结果和所述第一定时之前的所述判断结果，运算所述第一定时之后的第二定时的所述指标值。3.根据权利要求2所述的振动发电装置，其特征在于，所述决定部进行以下处理：基于所述判断结果来运算与所述第一阻抗值对应的第一运算值以及与所述第二阻抗值对应的第二运算值；基于从所述第一定时的所述第二运算值减去所述第一定时的所述第一运算值而得到的差来运算所述第二定时的所述指标值；在所述指标值小于预定值的情况下，将所述第一阻抗值决定为所述输入阻抗；以及在所述指标值大于所述预定值的情况下，将所述第二阻抗值决定为所述输入阻抗。4.根据权利要求3所述的振动发电装置，其特征在于，在所述第一定时的所述输入阻抗为所述第一阻抗值时，在由所述判断部判断为所述功率值小于所述预定阈值的情况下，通过对与在所述第一定时之前运算出的所述第一运算值成比例的第一比例值加上第一变化量，得到所述第一定时的所述第一运算值，在由所述判断部判断为所述功率值大于所述预定阈值的情况下，通过从与在所述第一定时之前运算出的所述第一运算值成比例的所述第一比例值减去第二变化量，得到所述第一定时的所述第一运算值，在所述第一定时的所述输入阻抗为所述第二阻抗值时，在由所述判断部判断为所述功率值大于所述预定阈值的情况下，通过对与在所述第一定时之前运算出的所述第二运算值成比例的第二比例值加上所述第一变化量，得到所述第一定时的所述第二运算值，在由所述判断部判断为所述功率值小于所述预定阈值的情况下，通过从与在所述第一定时之前运算出的所述第二运算值成比例的所述第二比例值减去所述第二变化量，得到所述第一定时的所述第二运算值。5.根据权利要求3或4所述的振动发电装置，其特征在于，在所述输入阻抗为所述第一阻抗值时，所述预定阈值为第一阈值，在所述输入阻抗为所述第二阻抗值时，所述预定阈值为与所述第一阈值不同的第二阈值，所述输入阻抗为所述第一阻抗值时的、与所述振动的加速度对应的所述功率值的增加
放慢的拐点所对应的特定的功率值大于所述第一阈值且小于所述第二阈值。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的振动发电装置，其特征在于，所述输出部具有：第一蓄电电路，其将从所述振动发电元件输出的交流电力转换为直流电力并进行蓄电；第二蓄电电路，其对所述直流电力的电压进行转换并进行蓄电；以及开关电路，其进行开始或停止从所述第一蓄电电路向所述第二蓄电电路的电力传输的切换动作，所述调整部通过变更进行所述切换动作的条件来调整所述输入阻抗。7.根据权利要求6所述的振动发电装置，其特征在于，在蓄电于所述第一蓄电电路的所述直流电力的电压上升至超过预定电压值的电压值时，或者下降至低于所述预定电压值的电压值时，所述开关电路进行所述切换动作，所述调整部通过变更所述预定电压值来变更进行所述切换动作的所述条件。8.根据权利要求6所述的振动发电装置，其特征在于，所述调整部通过变更占空比来变更进行所述切换动作的所述条件，所述占空比是通过反复进行所述切换动作而得到的、基于从开始所述电力传输到停止所述电力传输为止的时间和从停止所述电力传输到开始所述电力传输为止的时间的占空比。

技术总结
一种振动发电装置，包括：振动发电元件，其生成与电极的振动对应的电力；输出部，其在与负载电阻连接时，取出由所述振动发电元件生成的电力；判断部，其判断所述电力的功率值是否大于预定阈值；决定部，其根据所述判断部的判断结果来决定所述输出部的输入阻抗；以及调整部，其根据所述决定部的决定来调整所述输出部的所述输入阻抗。的所述输入阻抗。的所述输入阻抗。


技术研发人员：三屋裕幸 芦泽久幸 金成主 青野真士
受保护的技术使用者：庆应义塾
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2023/8/14