[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP7156649B2 - Vibration power generation element and vibration power generation device - Google Patents

Vibration power generation element and vibration power generation device Download PDF

Info

Publication number
JP7156649B2
JP7156649B2 JP2021015902A JP2021015902A JP7156649B2 JP 7156649 B2 JP7156649 B2 JP 7156649B2 JP 2021015902 A JP2021015902 A JP 2021015902A JP 2021015902 A JP2021015902 A JP 2021015902A JP 7156649 B2 JP7156649 B2 JP 7156649B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
electret
electrode
intermediate electrode
vibration power
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021015902A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021078352A (en
Inventor
洋 年吉
久幸 芦澤
將裕 森田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Tokyo NUC
Saginomiya Seisakusho Inc
Original Assignee
University of Tokyo NUC
Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Tokyo NUC, Saginomiya Seisakusho Inc filed Critical University of Tokyo NUC
Priority to JP2021015902A priority Critical patent/JP7156649B2/en
Publication of JP2021078352A publication Critical patent/JP2021078352A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7156649B2 publication Critical patent/JP7156649B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Micromachines (AREA)

Description

本発明は、振動発電素子および振動発電装置に関する。 The present invention relates to a vibration power generation element and a vibration power generation device.

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一つとして、ME
MS(Micro Electro Mechanical Systems)振動素子である振動発電素子を用いて環境振
動から発電を行う手法が知られている。振動発電素子自体は、圧電素子や静電容量型素子
を備え、それを環境振動の周波数で振動させると、その周波数に等しい交流の電力を発生
する素子である。静電誘導型振動発電素子は、複数の電極が相互に振動することにより生
じる誘導電荷により発電を行う(例えば、特許文献1参照)。
As one of the energy harvesting technologies for harvesting energy from environmental vibrations, ME
A method of generating power from environmental vibrations using a vibration power generating element, which is an MS (Micro Electro Mechanical Systems) vibration element, is known. The vibration power generating element itself includes a piezoelectric element or an electrostatic capacitance type element, and is an element that generates AC power equal to the frequency of the environmental vibration when vibrated at the frequency of the environmental vibration. An electrostatic induction vibration power generation element generates power by induced charges generated by mutually vibrating a plurality of electrodes (see, for example, Patent Document 1).

特開2014-228283号公報JP 2014-228283 A

環境振動の振動エネルギーは微弱であるため、環境振動を高い効率で電気エネルギーに
変換する振動発電素子が求められている。
Since the vibrational energy of environmental vibrations is weak, there is a demand for a vibration power generation element that converts environmental vibrations into electrical energy with high efficiency.

本発明の第1の態様による振動発電素子は、外部からの振動により交流電力を出力線から出力する振動発電素子において、エレクトレットを有さず、前記出力線に接続されていない中間電極と、前記中間電極と対向して配置され、前記中間電極と対向する面の表面の少なくとも一部にエレクトレットを有する複数のエレクトレット電極と、前記中間電極と前記複数のエレクトレット電極とを互いに相対振動自在に保持する保持部と、前記中間電極に、前記複数のエレクトレット電極の表面に形成されているエレクトレットの特性とは逆の特性の電荷を注入する電荷注入器と、を備えている。
本発明の第2の態様による振動発電装置は、第1の態様による振動発電素子振動発電素子と、電源装置とを備えている。
A vibration power generation device according to a first aspect of the present invention is a vibration power generation device that outputs alternating current power from an output line by vibration from the outside , wherein the intermediate electrode does not have an electret and is not connected to the output line; A plurality of electret electrodes arranged to face an intermediate electrode and having electrets on at least part of a surface facing the intermediate electrode; and a charge injector for injecting charges having characteristics opposite to characteristics of electrets formed on surfaces of the plurality of electret electrodes into the intermediate electrode.
A vibration power generation device according to a second aspect of the present invention includes the vibration power generation element vibration power generation element according to the first aspect, and a power supply device.

本発明によれば、環境振動のエネルギーを高効率で電気エネルギーに変換することがで
きる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the energy of an environmental vibration can be converted into an electrical energy with high efficiency.

本発明の実施形態の振動発電素子10、および振動発電素子10を備える振動発電装置100の構成を表す図。1 is a diagram showing a configuration of a vibration power generation device 10 according to an embodiment of the present invention and a vibration power generation device 100 including the vibration power generation device 10. FIG. 実施形態の振動発電素子10の動作原理を説明する図。図2(a)~(c)は、エレクトレット電極11に対する中間電極12の各相対位置におけるエレクトレット電極11および中間電極12に誘起される電荷を表す図。4A and 4B are views for explaining the principle of operation of the vibration power generation element 10 of the embodiment; FIG. 2A to 2C are diagrams showing charges induced in the electret electrode 11 and the intermediate electrode 12 at respective relative positions of the intermediate electrode 12 with respect to the electret electrode 11. FIG. 中間電極12が中性化した場合の動作の一態様を説明する図。図3(a)~(c)は、エレクトレット電極11に対する中間電極12の各相対位置におけるエレクトレット電極11および中間電極12に誘起される電荷を表す図。FIG. 4 is a diagram for explaining one mode of operation when an intermediate electrode 12 is neutralized; 3A to 3C are diagrams showing charges induced in the electret electrode 11 and the intermediate electrode 12 at respective relative positions of the intermediate electrode 12 with respect to the electret electrode 11. FIG. 変形例1の振動発電素子10aを表す図。FIG. 8 is a diagram showing a vibration power generation element 10a of Modification 1; 変形例2の振動発電素子10bを表す図。FIG. 10 is a diagram showing a vibration power generation element 10b of Modification 2; 変形例3の振動発電素子10cを表す図。図5(a)は振動発電素子10cの上面図、図5(b)は、図5(a)中のB-B断面を-Y方向から見た断面図。FIG. 11 is a diagram showing a vibration power generation element 10c of Modification 3; FIG. 5(a) is a top view of the vibration power generation element 10c, and FIG. 5(b) is a cross-sectional view of the BB cross section in FIG. 5(a) viewed from the -Y direction. 変形例4の振動発電素子10dを表す図。FIG. 11 is a diagram showing a vibration power generation element 10d of Modification 4; 変形例5の振動発電素子10e、および振動発電素子10eを備える振動発電装置100bの構成を表す図。FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a vibration power generation device 10e of Modification 5 and a vibration power generation device 100b including the vibration power generation device 10e; 変形例6の振動発電素子10fの構成を表す図。FIG. 11 is a diagram showing the configuration of a vibration power generation element 10f of Modification 6;

(実施形態)
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明の実施形態の
振動発電素子10を備える振動発電装置100を表す図である。振動発電装置100は、
振動発電素子10と、電源装置40とを有する。静電容量型の振動発電素子10は、第1
エレクトレット電極11aと、第2エレクトレット電極11bと、これら2つエレクトレ
ット電極11a,11bの間に配置される中間電極12とを有している。
(embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a vibration power generation device 100 including a vibration power generation element 10 according to an embodiment of the present invention. The vibration power generator 100 is
It has a vibration power generation element 10 and a power supply device 40 . The capacitive vibration power generation element 10 has a first
It has an electret electrode 11a, a second electret electrode 11b, and an intermediate electrode 12 arranged between these two electret electrodes 11a and 11b.

第1エレクトレット電極11aは、支持枠13に固定されているとともに、中間電極1
2と対向する面の表面に、一例として負電荷のエレクトレット15aが形成されている。
第2エレクトレット電極11bも、支持枠13に固定されているとともに、中間電極1
2と対向する面の表面に、一例として負電荷のエレクトレット15bが形成されている。
The first electret electrode 11a is fixed to the support frame 13 and the intermediate electrode 1
2, negatively charged electrets 15a are formed as an example.
The second electret electrode 11b is also fixed to the support frame 13, and the intermediate electrode 1
2, negatively charged electrets 15b are formed as an example.

エレクトレット15a、15bは、例えば、特開2014-049557号公報に記載
される公知の帯電処理を施すことにより、形成されている。
エレクトレット15aとエレクトレット15bとを、併せてエレクトレット15とも呼
ぶ。
また、第1エレクトレット電極11aと第2エレクトレット電極11bのようにエレク
トレット15が形成されている電極を、併せてエレクトレット電極11とも呼ぶ。
The electrets 15a and 15b are formed, for example, by performing a known electrification treatment described in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2014-049557.
The electret 15a and the electret 15b are collectively referred to as the electret 15 as well.
Further, the electrodes on which the electrets 15 are formed, such as the first electret electrode 11a and the second electret electrode 11b, are collectively referred to as the electret electrodes 11 as well.

中間電極12は、バネ等の弾性変形する保持部14を介して支持枠13に保持されてい
る。従って、支持枠13を含む振動発電素子10が図1中に図示したX方向(図1中の上
下方向)に振動すると、保持部14の弾性変形により、中間電極12は第1エレクトレッ
ト電極11aおよび第2エレクトレット電極11bに対して、X方向に相対的に振動する
。具体的には、中間電極12と第1エレクトレット電極11aとの間の静電容量(電極間
対向面積)と、中間電極12と第2エレクトレット電極11bとの間の静電容量(電極間
対向面積)とが逆位相で増減するように、中間電極12の振動に伴う電極間の相対振動が
生じる。このように中間電極12と2つのエレクトレット電極11との間の静電容量が相
互に逆位相で変動するので、互いに噛合する固定櫛歯電極と可動櫛歯電極を相対移動させ
た静電容量型振動発電素子に比べて、発電効率がよい。
The intermediate electrode 12 is held by the support frame 13 via an elastically deformable holding portion 14 such as a spring. Therefore, when the vibration power generating element 10 including the support frame 13 vibrates in the X direction shown in FIG. It vibrates in the X direction relative to the second electret electrode 11b. Specifically, the capacitance between the intermediate electrode 12 and the first electret electrode 11a (interelectrode facing area) and the capacitance between the intermediate electrode 12 and the second electret electrode 11b (interelectrode facing area ) increase and decrease in opposite phases, relative vibration between the electrodes is generated accompanying the vibration of the intermediate electrode 12 . In this way, since the capacitance between the intermediate electrode 12 and the two electret electrodes 11 fluctuates in mutually opposite phases, a capacitance-type electrode in which the fixed comb-teeth electrode and the movable comb-teeth electrode that mesh with each other are moved relative to each other. Power generation efficiency is better than that of the vibration power generation element.

中間電極12とエレクトレット電極11との相対振動により、第1エレクトレット電極
11aおよび第2エレクトレット電極11bには、正または負の電荷、第1実施の形態で
は正の電荷が誘起され、交流電力が発電される。これらの電荷は、第1エレクトレット電
極11aに接続された導電体の配線Wa、および第2エレクトレット電極11bに接続さ
れた導電体の配線Wbにより、振動発電素子10の外部に設けられた電源装置40に送電
される。
Relative vibration between the intermediate electrode 12 and the electret electrode 11 induces a positive or negative charge (positive charge in the first embodiment) in the first electret electrode 11a and the second electret electrode 11b, thereby generating AC power. be done. These charges are generated by a conductor wiring Wa connected to the first electret electrode 11a and a conductor wiring Wb connected to the second electret electrode 11b. is transmitted to

電源装置40は、4つのダイオードD1~D4を含むブリッジ方式の全波整流回路を有
する。配線WaはダイオードD1のアノードとダイオードD2のカソードに接続され、配
線WbはダイオードD4のアノードとダイオードD3のカソードに接続されている。
ダイオードD1のカソードとダイオードD4のカソードは、電源装置40の第1出力端
Vo1に接続され、ダイオードD2のアノードとダイオードD3のアノードは、電源装置
40の第2出力端Vo2に接続されるとともに、接地電位に維持されている。
The power supply device 40 has a bridge-type full-wave rectifier circuit including four diodes D1 to D4. The wiring Wa is connected to the anode of the diode D1 and the cathode of the diode D2, and the wiring Wb is connected to the anode of the diode D4 and the cathode of the diode D3.
The cathode of the diode D1 and the cathode of the diode D4 are connected to the first output terminal Vo1 of the power supply device 40, the anode of the diode D2 and the anode of the diode D3 are connected to the second output terminal Vo2 of the power supply device 40, Maintained at ground potential.

中間電極12には、中間電極12に電荷を注入するための電荷注入配線WIの一端が接
続されている。
電荷注入配線WIの他端は抵抗素子RIの一端に接続されている。抵抗素子RIの他端
は、電源装置40内のダイオードD2のアノード、およびダイオードD3のアノードに接
続され、すなわち接地電位に維持されている。
One end of a charge injection wiring WI for injecting charge into the intermediate electrode 12 is connected to the intermediate electrode 12 .
The other end of the charge injection wiring WI is connected to one end of the resistance element RI. The other end of resistance element RI is connected to the anode of diode D2 and the anode of diode D3 in power supply device 40, that is, maintained at the ground potential.

振動発電素子10が振動のエネルギーを変換して生成した交流電力は、電源装置40に
より、第2出力端Vo2に接地電位、第1出力端Vo1に正の電位を有する電力として出
力される。
なお、電源装置40は、例えばコンデンサや、チョッパ型のDC-DCコンバータを含
む電圧変換器を備えていても良い。
The AC power generated by the vibration power generation element 10 by converting vibration energy is output by the power supply device 40 as power having a ground potential at the second output end Vo2 and a positive potential at the first output end Vo1.
Note that the power supply device 40 may include, for example, a capacitor or a voltage converter including a chopper-type DC-DC converter.

以下、図2を参照して実施形態の振動発電素子10を用いた振動発電装置100の動作
原理を説明する。
図2(a)~(c)は、中間電極12が第1エレクトレット電極11aおよび第2エレ
クトレット電極11bに対してX方向に振動(移動)する際に、各相対位置において各電
極内に誘起される電荷の状態を表わしている。
Hereinafter, the principle of operation of the vibration power generator 100 using the vibration power generation element 10 of the embodiment will be described with reference to FIG.
FIGS. 2A to 2C show the induced in each electrode at each relative position when the intermediate electrode 12 vibrates (moves) in the X direction with respect to the first electret electrode 11a and the second electret electrode 11b. It represents the state of charge in

図2(a)は、中間電極12が、振動の中間点(以下、中立点とも呼ぶ)にある場合の電
荷の状態を表わす。
中間電極12の+X側の端部は、第1エレクトレット電極11aの表面に形成されてい
るエレクトレット15aの負の電荷16aと対向するため、この部分には正の電荷17a
が誘起されている。
中間電極12の-X側の端部は、第2エレクトレット電極11bの表面に形成されてい
るエレクトレット15bの負の電荷16bと対向するため、この部分には正の電荷17b
が誘起されている。
FIG. 2(a) shows the charge state when the intermediate electrode 12 is at the middle point of vibration (hereinafter also referred to as the neutral point).
Since the +X side end of the intermediate electrode 12 faces the negative charge 16a of the electret 15a formed on the surface of the first electret electrode 11a, this portion has a positive charge 17a.
is induced.
Since the −X side end of the intermediate electrode 12 faces the negative charge 16b of the electret 15b formed on the surface of the second electret electrode 11b, this portion has a positive charge 17b.
is induced.

一方、第1エレクトレット電極11aのうち、中間電極12と対向しない部分では、エ
レクトレット15aによる負の電荷16aに誘起され、第1エレクトレット電極11aの
内部に正の電荷18aが誘起されている。
第2エレクトレット電極11bのうち、中間電極12と対向しない部分では、エレクト
レット15bによる負の電荷16bに誘起され、第2エレクトレット電極11bの内部に
正の電荷18bが誘起されている。
以上説明した図2(a)は、第1エレクトレット電極11aと第2エレクトレット電極
11bとの間で起電力は発生せず電荷の移動は起きていないことを示している。この意味
で図2(a)の中間電極12の位置を中立点と呼び、振動発電素子10は中立状態にある
と呼ぶ。
On the other hand, in the portion of the first electret electrode 11a that does not face the intermediate electrode 12, a negative charge 16a is induced by the electret 15a, and a positive charge 18a is induced inside the first electret electrode 11a.
In a portion of the second electret electrode 11b that does not face the intermediate electrode 12, negative charges 16b are induced by the electrets 15b, and positive charges 18b are induced inside the second electret electrode 11b.
FIG. 2(a) described above shows that no electromotive force is generated between the first electret electrode 11a and the second electret electrode 11b and no charge is transferred. In this sense, the position of the intermediate electrode 12 in FIG. 2A is called a neutral point, and the vibration power generation element 10 is called in a neutral state.

図2(b)は、図2(a)に比べ、中間電極12が+X側に相対移動した状態を表す。
図2(b)の状態では、図2(a)の状態に比べ、第1エレクトレット電極11aの表
面の中で、中間電極12と対向する部分の面積が増加している。このため、エレクトレッ
ト15aの負の電荷16aに誘起される中間電極12の正の電荷17aが増大する。その
結果、図2(a)の状態において第1エレクトレット電極11aの内部に誘起されていた
正の電荷18aの一部は、余剰電荷19aとなる。
FIG. 2(b) shows a state in which the intermediate electrode 12 has relatively moved to the +X side compared to FIG. 2(a).
In the state of FIG. 2(b), the area of the portion facing the intermediate electrode 12 in the surface of the first electret electrode 11a is increased as compared with the state of FIG. 2(a). Therefore, the positive charge 17a of the intermediate electrode 12 induced by the negative charge 16a of the electret 15a increases. As a result, part of the positive charge 18a induced inside the first electret electrode 11a in the state of FIG. 2(a) becomes surplus charge 19a.

一方、図2(b)の状態では、図2(a)の状態に比べ、第2エレクトレット電極11
bの表面の中で、中間電極12と対向する部分の面積が減少している。このため、エレク
トレット15bの負の電荷16bに誘起される中間電極12の正の電荷17bが減少する
。その結果、第2エレクトレット電極11bの内部においては、エレクトレット15bの
負の電荷16bに対して、誘起されるべき正の電荷が不足した部分である電荷不足部20
bが生じる。
On the other hand, in the state of FIG. 2(b), compared with the state of FIG. 2(a), the second electret electrode 11
In the surface of b, the area of the portion facing the intermediate electrode 12 is reduced. Therefore, the positive charge 17b of the intermediate electrode 12 induced by the negative charge 16b of the electret 15b is reduced. As a result, in the interior of the second electret electrode 11b, a charge-deficient portion 20, which is a portion lacking positive charges to be induced with respect to the negative charges 16b of the electrets 15b, is generated.
b is produced.

従って、図2(b)の状態では、第1エレクトレット電極11aは正に帯電し、第2エ
レクトレット電極11bは負に帯電する。この帯電による起電力により第1エレクトレッ
ト電極11aから出力回路Rを介して第2エレクトレット電極11bに電流I1を流すこ
とで、発電を行うことができる。ここで第1エレクトレット電極11aと第2エレクトレ
ット電極11bの間に設けられている抵抗Rは、図1の電源装置40を表している。
Therefore, in the state of FIG. 2B, the first electret electrode 11a is positively charged and the second electret electrode 11b is negatively charged. Electricity can be generated by causing a current I1 to flow from the first electret electrode 11a to the second electret electrode 11b through the output circuit R by the electromotive force generated by this charging. Here, the resistor R provided between the first electret electrode 11a and the second electret electrode 11b represents the power supply device 40 in FIG.

一方、図2(c)は、図2(a)に比べ、中間電極12が-X側に相対移動した状態を
表す。図2(c)の状態では、図2(a)の状態に比べ、第2エレクトレット電極11b
の内部に余剰電荷19bが生じるとともに、第1エレクトレット電極11aの内部に誘起
されるべき正の電荷が不足した部分である電荷不足部20aが生じる。
従って、図2(c)の状態では、第1エレクトレット電極11aは負に帯電し、第2エ
レクトレット電極11bは正に帯電する。この帯電による起電力により第2エレクトレッ
ト電極11bから第1エレクトレット電極11aに電流I2を流すことで、発電を行うこ
とができる。
On the other hand, FIG. 2(c) shows a state in which the intermediate electrode 12 has relatively moved to the −X side compared to FIG. 2(a). In the state of FIG. 2(c), compared with the state of FIG. 2(a), the second electret electrode 11b
A surplus charge 19b is generated inside the first electret electrode 11a, and a charge-deficient portion 20a, which is a portion lacking positive charges to be induced inside the first electret electrode 11a, is generated.
Therefore, in the state of FIG. 2(c), the first electret electrode 11a is negatively charged and the second electret electrode 11b is positively charged. Electricity can be generated by causing a current I2 to flow from the second electret electrode 11b to the first electret electrode 11a by the electromotive force generated by this charging.

なお、中間電極12は、第1エレクトレット電極11a、第2エレクトレット電極11
b、支持枠13などと絶縁した状態で保持部14で保持しても良いし、保持部14自体を
絶縁性の材料で形成してもよい。
Note that the intermediate electrode 12 includes the first electret electrode 11a and the second electret electrode 11.
b. It may be held by the holding portion 14 in a state of being insulated from the support frame 13 or the like, or the holding portion 14 itself may be made of an insulating material.

ところで、電荷注入配線WIにより中間電極12に電荷の注入を行わないとすると、振
動発電素子10が設置された環境が多湿である場合などでは、中間電極12に保持される
べき電荷が大気中の水蒸気またはイオンを介して放電される恐れ、または中間電極12で
本来誘起されるはずだった電荷が気体中のイオンと結合し、中性となってしまう恐れがあ
る。本明細書では、中間電極12が上記のように放電されること、および中性となること
を、併せて中間電極12の中性化と呼ぶ。
By the way, if charge is not injected into the intermediate electrode 12 by the charge injection wiring WI, when the environment in which the vibration power generation element 10 is installed is humid, the charge to be held in the intermediate electrode 12 may be lost in the atmosphere. There is a risk of discharge via water vapor or ions, or a charge that should have originally been induced in the intermediate electrode 12 may combine with ions in the gas and become neutral. In this specification, the intermediate electrode 12 being discharged as described above and becoming neutral are collectively referred to as neutralization of the intermediate electrode 12 .

図3は、中間電極12に中性化した場合の、振動発電素子10の動作を表す図である。
上述の図2と同様に、図3(a)~(c)は、中間電極12が第1エレクトレット電極1
1aおよび第2エレクトレット電極11bに対してX方向に振動(移動)する際に、各相
対位置において各電極内に誘起される電荷の状態を表わしている。
以下、図3の状態と上述の図2に示した状態との差異に基づいて、中間電極12内の電
荷が放電されてしまった場合の振動発電素子10の動作を説明する。
FIG. 3 is a diagram showing the operation of the vibration power generation element 10 when the intermediate electrode 12 is neutralized.
3A to 3C, the intermediate electrode 12 is the first electret electrode 1, as in FIG.
It shows the state of charges induced in each electrode at each relative position when vibrating (moving) in the X direction with respect to 1a and second electret electrode 11b.
Hereinafter, based on the difference between the state shown in FIG. 3 and the state shown in FIG. 2, the operation of the vibration power generation element 10 when the charge in the intermediate electrode 12 is discharged will be described.

図3(a)は、図2(a)に対応する図であり、中間電極12が振動の中間点にある場
合の電荷の状態を表わす。中間電極12が放電されてしまった状態では、中間電極12の
うち、第1エレクトレット電極11aと対向する部分21a、および第2エレクトレット
電極11bと対向する部分21bに正の電荷は誘起されない。そのため、第1エレクトレ
ット電極11aの中間電極12と対向する部分の内部には、エレクトレット15aの負の
電荷16aにより誘起された正の電荷22aが発生している。第2エレクトレット電極1
1bの中間電極12と対向する部分の内部にも、エレクトレット15bの負の電荷16a
により誘起された正の電荷22bが発生している。
FIG. 3(a) is a diagram corresponding to FIG. 2(a) and shows the charge state when the intermediate electrode 12 is at the midpoint of the vibration. When the intermediate electrode 12 is discharged, no positive charge is induced in the portion 21a facing the first electret electrode 11a and the portion 21b facing the second electret electrode 11b of the intermediate electrode 12. Therefore, a positive charge 22a induced by the negative charge 16a of the electret 15a is generated inside the portion of the first electret electrode 11a facing the intermediate electrode 12. As shown in FIG. Second electret electrode 1
The negative charge 16a of the electret 15b is also inside the portion of the electret 1b facing the intermediate electrode 12.
A positive charge 22b induced by is generated.

図3(b)は、図2(b)に対応する図であり、中間電極12が図3(a)に示した位
置から+X側に相対移動した状態を表す。
図3(c)は、図2(c)に対応する図であり、中間電極12が図3(a)に示した位
置から-X側に相対移動した状態を表す。
図2に示した場合と異なり、図3の場合には中間電極12に電荷が存在しないため、中
間電極12が図3(a)の状態から図3(b)または図3(c)の状態に移動しても、第
1エレクトレット電極11a、第2エレクトレット電極11b、および中間電極12内の
電荷の状態は、変化しない。
FIG. 3(b) is a diagram corresponding to FIG. 2(b), showing a state in which the intermediate electrode 12 has relatively moved to the +X side from the position shown in FIG. 3(a).
FIG. 3(c) is a diagram corresponding to FIG. 2(c), showing a state in which the intermediate electrode 12 has moved relative to the −X side from the position shown in FIG. 3(a).
Unlike the case shown in FIG. 2, in the case of FIG. 3, there is no electric charge on the intermediate electrode 12, so that the intermediate electrode 12 changes from the state of FIG. 3(a) to the state of FIG. 3(b) or FIG. , the states of charges in the first electret electrode 11a, the second electret electrode 11b, and the intermediate electrode 12 do not change.

すなわち、図3に示すように中間電極12が中性化した場合には、エレクトレット電極
11と中間電極12が相対移動(振動)しても、第1エレクトレット電極11aおよび第
2エレクトレット電極11bのいずれもおいても余剰電荷や電荷不足が発生せず、発電を
行うことができない。
That is, when the intermediate electrode 12 is neutralized as shown in FIG. 3, even if the electret electrode 11 and the intermediate electrode 12 move (vibrate) relative to each other, either the first electret electrode 11a or the second electret electrode 11b Electricity cannot be generated even if the battery is put in place without causing excess electric charge or insufficient electric charge.

そこで、実施形態の振動発電素子10では、中間電極12からの電荷の喪失を防止する
ために、電荷注入配線WIおよび抵抗素子RIを用いて、電源装置40から中間電極12
に電荷を注入する構成としている。電荷注入配線WIおよび抵抗素子RIは、電荷注入器
30と解釈することができる。
Therefore, in the vibration power generation element 10 of the embodiment, in order to prevent loss of charge from the intermediate electrode 12, the charge injection wiring WI and the resistance element RI are used to transfer the charge from the power supply 40 to the intermediate electrode 12.
It is configured to inject charge into the . The charge injection wiring WI and the resistive element RI can be interpreted as the charge injector 30 .

振動発電素子10では、中間電極12内には、中間電極12と対向するエレクトレット
電極11のエレクトレット15の電荷に誘引されて、電源装置40から電荷注入器30を
介して、エレクトレット15の電荷とは逆特性の電荷が注入される。エレクトレット電極
11a、11bの表面に負の電荷領域が設けられている場合には中間電極12に正の電荷
が注入される。電荷注入器30からの正電荷の注入により、振動発電素子10は長期に渡
って中間電極12に電荷を維持することが可能となり、すなわち、高い発電効率を長期に
渡って維持することができる。正電荷のエレクトレット電極と負電荷が帯電された中間電
極では、中間電極には負の電荷が注入される。
In the vibration power generation element 10, the charge of the electret 15 of the electret electrode 11 facing the intermediate electrode 12 is attracted to the intermediate electrode 12, and the charge of the electret 15 is transferred from the power supply 40 via the charge injector 30. Charges of opposite characteristics are injected. A positive charge is injected into the intermediate electrode 12 when the surfaces of the electret electrodes 11a and 11b are provided with negatively charged regions. Injection of positive charges from the charge injector 30 enables the vibration power generation element 10 to maintain charge in the intermediate electrode 12 over a long period of time, that is, to maintain high power generation efficiency over a long period of time. With a positively charged electret electrode and a negatively charged intermediate electrode, a negative charge is injected into the intermediate electrode.

なお、電荷注入器30を接続する箇所は、上述の電源装置40内のダイオードD2のア
ノードおよびダイオードD3のアノードに限らず、電源装置40内の他の場所であっても
良い。ただし、電源装置40内であっても、第1エレクトレット電極11aに接続される
配線Wa、または第2エレクトレット電極11bに接続される配線Wbに対して、低電気
抵抗で接続されている部分に電荷注入器30を接続することは、好ましくない。従って、
電荷注入器30は、電源装置40内の、配線Waおよび配線Wbに対してそれぞれある程
度の大きさの電気抵抗を持って接続されている部分に接続すればよい。
なお、電荷注入器30を構成する抵抗素子RIは省略することもできる。
It should be noted that the location where the charge injector 30 is connected is not limited to the anode of the diode D2 and the anode of the diode D3 in the power supply device 40 described above, and may be other location in the power supply device 40. FIG. However, even in the power supply device 40, electric charges are generated in a portion connected with low electrical resistance to the wiring Wa connected to the first electret electrode 11a or the wiring Wb connected to the second electret electrode 11b. Connecting the injector 30 is not preferred. Therefore,
The charge injector 30 may be connected to a portion of the power supply device 40 that is connected to the wiring Wa and the wiring Wb with a certain amount of electrical resistance.
Note that the resistance element RI that constitutes the charge injector 30 may be omitted.

(変形例1)
図4は、変形例1の振動発電素子10aを表す図である。上述の実施形態の振動発電素
子10との共通部分については、同一の符号を付して、説明を省略する。
変形例1の振動発電素子10aは、平行に配置される複数のエレクトレット電極11を
有し、複数のエレクトレット電極11のそれぞれの間に中間電極12が配置されている。
(Modification 1)
FIG. 4 is a diagram showing the vibration power generation element 10a of Modification 1. As shown in FIG. Parts common to the vibration power generation element 10 of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
A vibration power generation element 10a of Modification 1 has a plurality of electret electrodes 11 arranged in parallel, and an intermediate electrode 12 is arranged between each of the plurality of electret electrodes 11 .

各中間電極12は、バネ等の弾性変形する保持部14を介して、支持枠13に対して図
中のX方向に振動可能に保持されている。そして、上述の実施形態と同様に、各中間電極
12には、中間電極12に電荷を注入するための電荷注入配線WI(上述の実施形態の電
荷注入器30の一部)の一端が接続されている。
各エレクトレット電極11のうち、第1エレクトレット電極11aおよび第2エレクト
レット電極11bには、上述の実施形態と同様に中間電極12と対向する側に、エレクト
レット15が形成されている。
Each intermediate electrode 12 is held by a support frame 13 via an elastically deformable holding portion 14 such as a spring so as to be able to vibrate in the X direction in the drawing. As in the above-described embodiment, each intermediate electrode 12 is connected to one end of a charge injection wiring WI (part of the charge injector 30 of the above-described embodiment) for injecting charges into the intermediate electrode 12. ing.
Of the electret electrodes 11, the first electret electrode 11a and the second electret electrode 11b are provided with electrets 15 on the side facing the intermediate electrode 12, as in the above-described embodiment.

第3エレクトレット電極11a1および第4エレクトレット電極11b1は、それぞれ
その両側の面で中間電極12と対向するため、共に、その両側の面にエレクトレット15
が形成されている。
第1エレクトレット電極11aおよび第3エレクトレット電極11a1には、配線Wa
が接続されている。一方、第2エレクトレット電極11bおよび第4エレクトレット電極
11b1には、配線Wbが接続されている。
そして、第1エレクトレット電極11aおよび第3エレクトレット電極11a1は、第
2エレクトレット電極11bおよび第4エレクトレット電極11b1に対して、+X方向
にずれて配置されている。
Since the third electret electrode 11a1 and the fourth electret electrode 11b1 face the intermediate electrode 12 on both sides thereof, the electrets 15 are formed on both sides thereof.
is formed.
Wiring Wa is connected to the first electret electrode 11a and the third electret electrode 11a1.
is connected. On the other hand, a wiring Wb is connected to the second electret electrode 11b and the fourth electret electrode 11b1.
The first electret electrode 11a and the third electret electrode 11a1 are shifted in the +X direction with respect to the second electret electrode 11b and the fourth electret electrode 11b1.

中間電極12がX方向にエレクトレット電極11と相対振動すると、上述の実施形態と
同様に、第1エレクトレット電極11aおよび第3エレクトレット電極11a1と、第2
エレクトレット電極11bおよび第4エレクトレット電極11b1には、それぞれ電荷が
誘起される。これにより発電を行うことができる。
変形例1においても、中間電極12に電荷を注入する電荷注入配線WI(電荷注入器3
0の一端)が接続されているので、振動発電素子10aは中間電極12の中性化を防ぎ、
長期間にわたって高い発電効率を維持することができる。
When the intermediate electrode 12 vibrates relative to the electret electrode 11 in the X direction, the first electret electrode 11a and the third electret electrode 11a1 and the second electret electrode 11a1 and the second
Electric charges are induced in each of the electret electrode 11b and the fourth electret electrode 11b1. This enables power generation.
Also in Modification 1, the charge injection wiring WI (charge injector 3
0) is connected, the vibration power generation element 10a prevents neutralization of the intermediate electrode 12,
High power generation efficiency can be maintained over a long period of time.

(変形例2)
図5は、変形例2の振動発電素子10bを表す図である。上述の実施形態の振動発電素
子10との共通部分については、同一の符号を付して、説明を省略する。
変形例2の振動発電素子10bでは、複数のエレクトレット電極11が支持枠13aの
内側面に固定して配置されている。そして、複数の中間電極12aが導電性の支持体25
に保持され、支持体25はバネ等の弾性変形する絶縁性の保持部14aを介して、支持枠
13aに対して図中のX方向に振動可能に保持されている。導電性の支持体25には、電
荷注入配線WIが接続されており、従って、複数の中間電極12aには導電性の支持体2
5を介して電荷注入配線WIから電荷が注入される。
(Modification 2)
FIG. 5 is a diagram showing a vibration power generation element 10b of Modification 2. As shown in FIG. Parts common to the vibration power generation element 10 of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
In the vibration power generating element 10b of Modified Example 2, a plurality of electret electrodes 11 are fixedly arranged on the inner surface of the support frame 13a. Then, the plurality of intermediate electrodes 12a are connected to a conductive support 25.
The support member 25 is held by the support frame 13a through an elastically deformable insulating holding portion 14a such as a spring so as to be able to vibrate in the X direction in the figure. A charge injection wiring WI is connected to the conductive support 25, so that the conductive support 2 is connected to the plurality of intermediate electrodes 12a.
5, charges are injected from the charge injection wiring WI.

複数の中間電極12aのそれぞれは、支持体25のX方向の振動の中心位置(中立位置
)において、それぞれ第1エレクトレット電極11a2および第2エレクトレット電極1
1b2と、ほぼ等しい面積で対向するように配置されている。従って、中間電極12aを
保持する支持体25がX方向に振動すると、それぞれの中間電極12aと第1エレクトレ
ット電極11a2および第2エレクトレット電極11b2との対向部分の面積が変化する
。すなわち、対向部分の面積が互いに逆方向に、換言すると逆位相で増減する。
At the center position (neutral position) of vibration of the support 25 in the X direction, each of the plurality of intermediate electrodes 12a is connected to the first electret electrode 11a2 and the second electret electrode 1, respectively.
1b2 and are arranged so as to face each other with approximately the same area. Therefore, when the support 25 holding the intermediate electrodes 12a vibrates in the X direction, the areas of the opposing portions between the intermediate electrodes 12a and the first electret electrode 11a2 and the second electret electrode 11b2 change. That is, the areas of the opposing portions increase and decrease in opposite directions, in other words, in opposite phases.

これにより、上述の実施形態と同様に、第1エレクトレット電極11a2および第2エ
レクトレット電極11b2に電荷が誘起され、発電が行われる。各第1エレクトレット電
極11a2には配線Waが接続され、各第2エレクトレット電極11b2には配線Wbが
接続されており、配線Wa、Wbにより誘起された電荷を取り出すことができる。そして
、中間電極12aには電荷注入配線WIにより電荷が注入され中性化が防止されるので、
振動発電素子10bは、長期間にわたって高い発電効率を維持することができる。
As a result, charges are induced in the first electret electrode 11a2 and the second electret electrode 11b2, and power generation is performed, as in the above-described embodiment. A wiring Wa is connected to each first electret electrode 11a2, and a wiring Wb is connected to each second electret electrode 11b2, so that charges induced by the wirings Wa and Wb can be taken out. Since charges are injected into the intermediate electrode 12a by the charge injection wiring WI and neutralization is prevented,
The vibration power generation element 10b can maintain high power generation efficiency over a long period of time.

(変形例3)
図6は、変形例3の振動発電素子10cを表す図である。図6(a)は振動発電素子1
0cの上面図を表し、図6(b)は、図6(a)中のB-B断面を-Y方向から見た断面
図を表す。上述の実施形態の振動発電素子10との共通部分については、同一の符号を付
して、説明を省略する。
(Modification 3)
FIG. 6 is a diagram showing a vibration power generation element 10c of Modification 3. As shown in FIG. FIG. 6(a) shows the vibration power generation element 1
0c, and FIG. 6(b) is a cross-sectional view of the BB cross section in FIG. 6(a) viewed from the -Y direction. Parts common to the vibration power generation element 10 of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

変形例3の振動発電素子10cは、上述の変形例1の振動発電素子10aと同様に複数
のエレクトレット電極11を有し、複数のエレクトレット電極11のそれぞれの間に中間
電極12b1~12b3が配置されている。
各中間電極12b1~12b3は、金属薄板等の弾性変形する保持部14bを介して、
保持部14bを概ね中心として図中のX方向に揺動可能に保持されている。保持部14b
には電荷注入配線WIが接続され、従って、中間電極12b1~12b3には導電性の保
持部14bを介して電荷注入配線WIにより電荷が注入される。保持部14bと支持枠1
3の間には絶縁部材を設ける。
The vibration power generation element 10c of Modification 3 has a plurality of electret electrodes 11 similarly to the vibration power generation element 10a of Modification 1 described above, and intermediate electrodes 12b1 to 12b3 are arranged between each of the plurality of electret electrodes 11. ing.
Each of the intermediate electrodes 12b1 to 12b3 is supported by an elastically deformable holding portion 14b such as a thin metal plate.
It is held so as to be able to swing in the X direction in the drawing about the holding portion 14b. Holding portion 14b
A charge injection wiring WI is connected to the intermediate electrodes 12b1 to 12b3. Therefore, charges are injected by the charge injection wiring WI into the intermediate electrodes 12b1 to 12b3 via the conductive holding portion 14b. Holding portion 14b and support frame 1
An insulating member is provided between 3.

一方、各エレクトレット電極11については、配線Waに接続される第1エレクトレッ
ト電極11a3および第3エレクトレット電極11a4が、配線Wbに接続される第2エ
レクトレット電極11b3および第4エレクトレット電極11b4に対して、-X方向に
ずれて配置されている。この様子を図6(b)に示す。
On the other hand, for each electret electrode 11, the first electret electrode 11a3 and the third electret electrode 11a4 connected to the wiring Wa are - They are displaced in the X direction. This state is shown in FIG.

図6(b)は、図6(a)中のB-B断面を-Y方向から見た断面図であるため、図中
上方(+X方向)に揺動した中間電極12b2と、中間電極12b2の奥(+Y方向)に
ある第4エレクトレット電極11b4とが示されている。なお、破線で示した第3エレク
トレット電極11a4は、図6(a)中のB-B断面よりも-Yにあるが、理解を容易に
するために図6(b)に示したものである。
図6(b)に示したとおり、X方向の振動により中間電極12b2がX方向に揺動(振
動)すると、中間電極12b2と第3エレクトレット電極11a4および第4エレクトレ
ット電極11b4との対向部分の面積が変化する。すなわち、対向部分の面積が互いに逆
方向に、換言すると逆位相で増減する。
6(b) is a cross-sectional view of the BB cross section in FIG. 6(a) as seen from the -Y direction. The fourth electret electrode 11b4 behind (+Y direction) is shown. Although the third electret electrode 11a4 indicated by a dashed line is located at -Y from the BB section in FIG. 6(a), it is shown in FIG. 6(b) for easy understanding. .
As shown in FIG. 6B, when the intermediate electrode 12b2 oscillates (vibrates) in the X direction due to vibration in the X direction, the area of the facing portion between the intermediate electrode 12b2 and the third electret electrode 11a4 and the fourth electret electrode 11b4 changes. That is, the areas of the opposing portions increase and decrease in opposite directions, in other words, in opposite phases.

これにより、上述の実施形態と同様に、第3エレクトレット電極11a4および第4エ
レクトレット電極11b4に電荷が誘起され、発電が行われる。他の中間電極12b1、
12b3と対向するエレクトレット電極11についても同様である。
これにより、発電を行うことができる。そして、中間電極12b1~12b3には電荷
注入配線WIにより電荷が注入され中性化が防止されるので、振動発電素子10cは、長
期間にわたって高い発電効率を維持することができる。
As a result, charges are induced in the third electret electrode 11a4 and the fourth electret electrode 11b4, and power generation is performed, as in the above-described embodiment. another intermediate electrode 12b1,
The same applies to the electret electrode 11 facing 12b3.
Thereby, electric power can be generated. Since charges are injected into the intermediate electrodes 12b1 to 12b3 by the charge injection wiring WI and neutralization is prevented, the vibration power generation element 10c can maintain high power generation efficiency over a long period of time.

(変形例4)
図7は、変形例4の振動発電素子10dを表す図である。上述の実施形態の振動発電素
子10との共通部分については、同一の符号を付して、説明を省略する。
変形例4の振動発電素子10dでは、支持枠13に固定され配線Waが接続される第1
エレクトレット電極11aと、支持枠13に固定され配線Wbが接続される第2エレクト
レット電極11bとの間に、第1エレクトレット電極11a側から順に、第1中間電極1
2c1、第5エレクトレット電極11c、第2中間電極12c2が配置されている。
(Modification 4)
FIG. 7 is a diagram showing a vibration power generation element 10d of Modification 4. As shown in FIG. Parts common to the vibration power generation element 10 of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
In the vibration power generation element 10d of the fourth modification, the first
Between the electret electrode 11a and the second electret electrode 11b fixed to the support frame 13 and connected to the wiring Wb, the first intermediate electrode 1 is arranged in order from the first electret electrode 11a side.
2c1, a fifth electret electrode 11c, and a second intermediate electrode 12c2 are arranged.

第1中間電極12c1および第2中間電極12c2のそれぞれの両端にはバネ等の弾性
変形する保持部14が接続されている。それぞれの保持部14の一端は支持枠13に接続
され、他端は支持枠13に固定されている支持枠延長部21に接続されている。従って、
第1中間電極12c1および第2中間電極12c2は、支持枠13に対して図中のX方向
に振動可能に保持されている。
そして、第1中間電極12c1および第2中間電極12c2のそれぞれには、電荷注入
配線WIが接続されている。
Each end of the first intermediate electrode 12c1 and the second intermediate electrode 12c2 is connected to an elastically deformable holding portion 14 such as a spring. One end of each holding portion 14 is connected to the support frame 13 and the other end is connected to a support frame extension 21 fixed to the support frame 13 . Therefore,
The first intermediate electrode 12c1 and the second intermediate electrode 12c2 are held by the support frame 13 so as to vibrate in the X direction in the figure.
A charge injection wiring WI is connected to each of the first intermediate electrode 12c1 and the second intermediate electrode 12c2.

第5エレクトレット電極11cは、不図示の保持機構により支持枠13に固定される。
第5エレクトレット電極11cには、配線Wa、配線Wbおよびその他の出力線は配線さ
れず、第5エレクトレット電極11cは電気的に浮遊している。第5エレクトレット電極
11cは、その両面がそれぞれ第1中間電極12c1および第2中間電極12c2と対向
するため、その両面にエレクトレット15cが形成されている。
変形例4の振動発電素子10dにおいても、上述の原理により、第1中間電極12c1
および第2中間電極12c2と各エレクトレット電極11とがX方向に相対振動すること
により発電が行われる。そして、第1中間電極12c1および第2中間電極12c2には
電荷注入配線WIにより電荷が注入され中性化が防止されるので、振動発電素子10dは
、長期間にわたって高い発電効率を維持することができる。
The fifth electret electrode 11c is fixed to the support frame 13 by a holding mechanism (not shown).
The wiring Wa, the wiring Wb, and other output lines are not wired to the fifth electret electrode 11c, and the fifth electret electrode 11c is electrically floating. Since both surfaces of the fifth electret electrode 11c face the first intermediate electrode 12c1 and the second intermediate electrode 12c2, the electrets 15c are formed on both surfaces thereof.
Also in the vibration power generation element 10d of Modification 4, the first intermediate electrode 12c1
And the second intermediate electrode 12c2 and each electret electrode 11 are relatively vibrated in the X direction to generate power. Since electric charges are injected into the first intermediate electrode 12c1 and the second intermediate electrode 12c2 by the charge injection wiring WI and neutralization is prevented, the vibration power generation element 10d can maintain high power generation efficiency over a long period of time. can.

(変形例5)
図8は、変形例5の振動発電素子10e、および振動発電素子10eを備える振動発電
装置100bを表す図である。
変形例5の振動発電素子10eおよび振動発電装置100bは、その大部分の構成は上
述の実施形態の振動発電素子10および振動発電装置100と同様であるため、共通部分
には同一の符号を付し、説明を省略する。
(Modification 5)
FIG. 8 is a diagram showing a vibration power generation device 10e of Modification 5 and a vibration power generation device 100b including the vibration power generation device 10e.
Since the vibration power generation element 10e and the vibration power generation device 100b of Modification 5 are mostly the same as the vibration power generation element 10 and the vibration power generation device 100 of the above-described embodiment, common parts are denoted by the same reference numerals. and the explanation is omitted.

変形例5の振動発電素子10eは、電荷注入器30bとして、電荷注入配線WIとMO
SFET等のスイッチング素子TIとを備えている。電源装置40aには、電圧変換回路
VCが設けられ、電圧変換回路VCの出力電圧は、電圧検出用集積回路VDによりモニタ
されている。電圧検出用集積回路VDは、電圧変換回路VCの出力電圧が所定値を下回っ
た場合にはスイッチング素子TIに制御信号を送り、スイッチング素子TIはこの制御信
号により導通される。これにより、電源装置40aから中間電極12に電荷が注入される
Vibration power generation element 10e of Modification 5 includes charge injection wirings WI and MO as charge injector 30b.
and a switching element TI such as an SFET. The power supply device 40a is provided with a voltage conversion circuit VC, and the output voltage of the voltage conversion circuit VC is monitored by the voltage detection integrated circuit VD. The voltage detection integrated circuit VD sends a control signal to the switching element TI when the output voltage of the voltage conversion circuit VC falls below a predetermined value, and the switching element TI is turned on by this control signal. Thereby, electric charges are injected into the intermediate electrode 12 from the power supply device 40a.

電圧変換回路VCの出力電圧が所定値を上回る場合には、電圧検出用集積回路VDはス
イッチング素子TIに制御信号を送信せず、スイッチング素子TIは遮断状態となる。
変形例5の振動発電素子10eにおいては、スイッチング素子TIの導通または遮断の
切替制御により、中間電極12への電荷の注入を制御することができる。
When the output voltage of the voltage conversion circuit VC exceeds a predetermined value, the voltage detection integrated circuit VD does not transmit the control signal to the switching element TI, and the switching element TI is in the cutoff state.
In the vibration power generation element 10e of Modification 5, the injection of electric charge into the intermediate electrode 12 can be controlled by switching control of conduction or interruption of the switching element TI.

変形例5では、制御部材であるスイッチング素子TIへの制御信号として、電源装置4
0a内の電圧をモニタした信号を使用している。よって、電源装置40a内の電圧が低下
した場合、すなわち振動発電素子10eの発電効率が低下した場合に、中間電極12への
電荷の注入を行い、振動発電素子10eの発電効率を復活させることができる。
なお、スイッチング素子TIへの制御信号は、電源装置40a内の電圧をモニタした信
号に限られるわけではなく、例えばタイマー回路が所定間隔毎に発生するトリガー信号を
スイッチング素子TIへの制御信号として使用することもできる。
In Modified Example 5, the power supply device 4
A signal obtained by monitoring the voltage within 0a is used. Therefore, when the voltage in the power supply device 40a drops, that is, when the power generation efficiency of the vibration power generation element 10e drops, charge is injected into the intermediate electrode 12 to restore the power generation efficiency of the vibration power generation element 10e. can.
The control signal to the switching element TI is not limited to the signal obtained by monitoring the voltage in the power supply device 40a. For example, a trigger signal generated by a timer circuit at predetermined intervals is used as the control signal to the switching element TI. You can also

(変形例6)
図9は、変形例6の振動発電素子10fを表す図である。
変形例6の振動発電素子10fは、その大部分の構成は上述の実施形態の振動発電素子
10と同様であるため、共通部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
(Modification 6)
FIG. 9 is a diagram showing a vibration power generation element 10f of Modification 6. As shown in FIG.
Since most of the configuration of the vibration power generation element 10f of Modification 6 is the same as that of the vibration power generation element 10 of the above-described embodiment, common parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

変形例6の振動発電素子10fは、一端が中間電極12に接続されている電荷注入配線
WIと、一端が電荷注入配線WIの他端に接続され他端が配線Waに接続されている抵抗
素子RI1と、一端が電荷注入配線WIの他端に接続され他端が配線Wbに接続されてい
る抵抗素子RI2とを有している。電荷注入配線WI、抵抗素子RI1、および抵抗素子
RI2が、電荷注入器30cを構成している。
なお、抵抗素子RI1および抵抗素子RI2が有する電気抵抗は、振動発電素子10f
に接続される電源装置40の負荷による抵抗に比べて、十分大きな抵抗値を有する構成と
する。
The vibration power generation element 10f of Modification 6 includes a charge injection wiring WI having one end connected to the intermediate electrode 12, and a resistance element having one end connected to the other end of the charge injection wiring WI and the other end connected to the wiring Wa. RI1 and a resistive element RI2 having one end connected to the other end of the charge injection wiring WI and the other end connected to the wiring Wb. The charge injection wiring WI, the resistive element RI1, and the resistive element RI2 constitute the charge injector 30c.
The electrical resistance of the resistance element RI1 and the resistance element RI2 is equal to that of the vibration power generation element 10f.
It has a sufficiently large resistance value compared to the resistance due to the load of the power supply device 40 connected to the .

変形例6の振動発電素子10fにおいては、中間電極12には、第1エレクトレット電
極11aから抵抗素子RI1を介して、および第2エレクトレット電極11bから抵抗素
子RI2を介して、電荷が注入される。よって、中間電極12内の電荷が放電により喪失
することを防ぐことができ、振動発電素子10fの高い発電効率を長期に渡って維持する
ことができる。
In the vibration power generating element 10f of Modification 6, charges are injected into the intermediate electrode 12 from the first electret electrode 11a through the resistance element RI1 and from the second electret electrode 11b through the resistance element RI2. Therefore, it is possible to prevent the charge in the intermediate electrode 12 from being lost due to discharge, and it is possible to maintain high power generation efficiency of the vibration power generation element 10f over a long period of time.

なお、抵抗素子RI1および抵抗素子RI2の接続方法は、上述の形態に限るものでは
ない。例えば、抵抗素子RI1および抵抗素子RI2を、配線Waおよび配線Wbを介す
ることなく、それぞれ直接第1エレクトレット電極11aおよび第2エレクトレット電極
11bに接続する構成としても良い。
あるいは、抵抗素子RI1、RI2の一方を省略し、第1エレクトレット電極11aま
たは第2エレクトレット電極11bの一方から、中間電極12に電荷を注入する構成とし
ても良い。
Note that the method of connecting the resistance element RI1 and the resistance element RI2 is not limited to the form described above. For example, the resistive element RI1 and the resistive element RI2 may be directly connected to the first electret electrode 11a and the second electret electrode 11b, respectively, without the wiring Wa and the wiring Wb.
Alternatively, one of the resistance elements RI1 and RI2 may be omitted, and charges may be injected into the intermediate electrode 12 from either the first electret electrode 11a or the second electret electrode 11b.

また、振動発電素子10fの抵抗素子RI1、RI2を、上述の変形例5のスイッチン
グ素子TIで置き換える、または抵抗素子RI1、RI2とスイッチング素子TIとを直
列に配置することもできる。これにより、発電する電圧が低下した場合等に限り、エレク
トレット電極11から中間電極12に電荷を注入する構成とすることもできる。
また、これらの変形例5および変形例6に含まれる電荷注入器30、30a、30bを
、上述の変形例1から変形例4の振動発電素子10、10a~10dに適用して、中間電
極12、12a、12bに電荷を注入することもできる。
Also, the resistance elements RI1 and RI2 of the vibration power generation element 10f can be replaced with the switching element TI of Modification 5, or the resistance elements RI1 and RI2 and the switching element TI can be arranged in series. Accordingly, it is also possible to adopt a configuration in which charges are injected from the electret electrode 11 to the intermediate electrode 12 only when the voltage to be generated is lowered.
Further, the charge injectors 30, 30a, and 30b included in Modifications 5 and 6 are applied to the vibration power generation elements 10, 10a to 10d of Modifications 1 to 4 described above, and the intermediate electrode 12 , 12a, 12b can also be injected.

以上で説明した実施形態および各変形例においては、エレクトレット電極11が支持枠
13に固定され、中間電極12が支持枠13に対して振動または揺動する構成としている
。しかし、この構成に限られるものではなく、中間電極12が支持枠13に固定され、エ
レクトレット電極11が支持枠13に対して振動または揺動する構成としてもよい。
In the embodiment and each modified example described above, the electret electrode 11 is fixed to the support frame 13 and the intermediate electrode 12 vibrates or swings with respect to the support frame 13 . However, the configuration is not limited to this configuration, and a configuration in which the intermediate electrode 12 is fixed to the support frame 13 and the electret electrode 11 vibrates or swings with respect to the support frame 13 may be employed.

なお、実施形態および各変形例においては、中間電極12とエレクトレット電極11と
の相対振動の方向は、エレクトレット電極11の中間電極12と対向する面に平行な方向
(X方向)であるとしたが、振動方向はこの方向には限定されない。例えば、この対向す
る面に垂直な方向に振動させることによって、エレクトレット電極11と中間電極12と
の対向距離を変化させ、両電極が形成するコンデンサの静電容量を変化させることで、電
荷を誘起させて発電することもできる。
ただし、相対振動の方向を、エレクトレット電極11の中間電極12と対向する面に平
行な方向とすることで、発電効率を一層向上させることができる。
In the embodiment and each modified example, the direction of relative vibration between the intermediate electrode 12 and the electret electrode 11 is the direction (X direction) parallel to the surface of the electret electrode 11 facing the intermediate electrode 12. , the vibration direction is not limited to this direction. For example, by vibrating in a direction perpendicular to the facing surfaces, the distance between the electret electrode 11 and the intermediate electrode 12 facing each other is changed, and the capacitance of the capacitor formed by both electrodes is changed, thereby inducing charge. It can also be used to generate electricity.
However, the power generation efficiency can be further improved by making the direction of the relative vibration parallel to the surface of the electret electrode 11 facing the intermediate electrode 12 .

(実施形態および各変形例の効果)
(1)以上で説明した実施形態および各変形例の振動発電素子10、10a~10fは、
外部からの振動により交流電力を出力線から出力する振動発電素子において、出力線に接
続されていない中間電極12と、中間電極12と対向して配置され、中間電極12と対向
する面の表面の少なくとも一部にエレクトレット15を有する複数のエレクトレット電極
11と、中間電極12と複数のエレクトレット電極11とを互いに相対振動自在に保持す
る保持部14と、中間電極12に、複数のエレクトレット電極11の表面に形成されてい
るエレクトレット15とは逆特性の電荷を注入する電荷注入器30と、を備えている。実
施形態では、中間電極12の振動により、中間電極12と複数のエレクトレット電極11
とが相対的に振動する。
この構成により、中間電極12の中性化を防ぐことができ、振動発電素子10、10a
~10fが設置された環境の振動のエネルギーを、長期にわたって効率良く電気エネルギ
ーに変換することができる。言い換えれば、発電効率を向上することができる。
(Effects of Embodiment and Modifications)
(1) The vibration power generation elements 10, 10a to 10f of the embodiment and modifications described above are
In a vibration power generation element that outputs AC power from an output line by vibration from the outside, an intermediate electrode 12 that is not connected to the output line, and a surface of the surface facing the intermediate electrode 12 that is arranged to face the intermediate electrode A plurality of electret electrodes 11 having electrets 15 at least in part thereof, a holding portion 14 for holding the intermediate electrode 12 and the plurality of electret electrodes 11 so as to freely relatively vibrate each other, and a surface of the plurality of electret electrodes 11 on the intermediate electrode 12. and a charge injector 30 for injecting a charge having a characteristic opposite to that of the electret 15 formed in . In the embodiment, vibration of the intermediate electrode 12 causes the intermediate electrode 12 and the plurality of electret electrodes 11 to vibrate.
and vibrate relative to each other.
With this configuration, neutralization of the intermediate electrode 12 can be prevented, and the vibration power generation elements 10 and 10a can be prevented.
Vibrational energy in the environment where ~10f is installed can be efficiently converted into electric energy over a long period of time. In other words, power generation efficiency can be improved.

(2)さらに、エレクトレット電極11と中間電極12との相対振動の方向を、複数のエ
レクトレット電極11の中間電極12と対向する面に平行な方向とすることで、発電効率
をさらに向上することができ、従来と同じ大きさの振動発電素子であっても、より大電力
の発電を行うことができる。
(3)(2)において、中間電極12が複数のエレクトレット電極11に対して相対的に
第1の向きに移動すると、複数のエレクトレット電極11のうちの1つと中間電極12と
の対向部の面積が増加し、複数のエレクトレット電極11のうちの他の1つと中間電極1
2との対向部の面積が減少し、第1の向きとは異なる第2の向きに移動すると、対向部の
面積は第1の向きの移動の場合とは逆に増減する構成とすることで、発電効率をさらに向
上することができる。
(2) Furthermore, by making the direction of relative vibration between the electret electrodes 11 and the intermediate electrodes 12 parallel to the surfaces of the plurality of electret electrodes 11 facing the intermediate electrodes 12, the power generation efficiency can be further improved. Thus, even with a vibration power generating element of the same size as the conventional one, it is possible to generate a larger amount of electric power.
(3) In (2), when the intermediate electrode 12 moves in the first direction relative to the plurality of electret electrodes 11, the area of the facing portion between one of the plurality of electret electrodes 11 and the intermediate electrode 12 increases, and the other one of the plurality of electret electrodes 11 and the intermediate electrode 1
When the area of the facing portion decreases and moves in a second direction different from the first direction, the area of the facing portion increases or decreases opposite to the case of movement in the first direction. , the power generation efficiency can be further improved.

(4)(1)~(3)において、電荷注入器30を、振動発電素子10、10a~10f
から電力の供給を受ける回路(電源装置40)の一部を、中間電極12に接続する構成と
することもできる。
(5)(1)~(3)において、電荷注入器30を、抵抗素子RI1、RI2を含み、電
荷注入器30の一端が中間電極12に接続され、他端が複数のエレクトレット電極11の
少なくとも1つに接続されている構成とすることもできる。
(6)以上において、さらに電荷注入器30による中間電極12への電荷の注入を制御す
る制御部材(スイッチング素子TI)を有する構成とすることもできる。この構成により
、必要なときにだけ、電荷注入器30により中間電極12に電荷を注入することができる
(4) In (1) to (3), the charge injector 30 is
A part of the circuit (power supply device 40 ) to which power is supplied from the intermediate electrode 12 may be connected to the intermediate electrode 12 .
(5) In (1) to (3), the charge injector 30 includes resistance elements RI1 and RI2, one end of the charge injector 30 is connected to the intermediate electrode 12, and the other end is connected to at least one of the plurality of electret electrodes 11. A configuration in which they are connected to one is also possible.
(6) In the above structure, a control member (switching element TI) for controlling charge injection to the intermediate electrode 12 by the charge injector 30 may be provided. This configuration allows charge to be injected into intermediate electrode 12 by charge injector 30 only when needed.

(7)以上で説明した振動発電装置100、100a、100bは、以上の実施形態およ
び各変形例の振動発電素子10、10a~10fと、電源装置40、40aを備えている
。この構成により、振動発電装置100、100a、100bが設置された環境の振動の
エネルギーを効率良く電気エネルギーに変換することができる。言い換えれば、発電効率
を向上することができる。
(7) The vibration power generators 100, 100a, 100b described above include the vibration power generators 10, 10a to 10f of the above embodiments and modifications, and the power supply devices 40, 40a. With this configuration, it is possible to efficiently convert energy of vibration in the environment where the vibration power generators 100, 100a, and 100b are installed into electric energy. In other words, power generation efficiency can be improved.

上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定
されるものではない。また、各実施形態および変形例は、それぞれ単独で適用しても良い
し、組み合わせて用いても良い。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様
も本発明の範囲内に含まれる。
Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Moreover, each embodiment and modification may be applied independently, respectively, and may be used in combination. Other aspects conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.

100,100a,100b…振動発電装置、10,10a~10f…振動発電素子、
11…エレクトレット電極、11a…第1エレクトレット電極、11b…第2エレクトレ
ット電極、12,12a…中間電極、13,13a…支持枠、14,14a…保持部、1
5,15a,15b…エレクトレット、30,30a~30c…電荷注入器、40…電源
回路、D1~D4…ダイオード、VC…電圧変換回路、VD…電圧検出用集積回路
100, 100a, 100b... Vibration power generator, 10, 10a to 10f... Vibration power generator,
Reference Signs List 11 electret electrode 11a first electret electrode 11b second electret electrode 12, 12a intermediate electrode 13, 13a support frame 14, 14a holding portion 1
5, 15a, 15b... electret, 30, 30a-30c... charge injector, 40... power supply circuit, D1-D4... diode, VC... voltage conversion circuit, VD... integrated circuit for voltage detection

Claims (7)

外部からの振動により交流電力を出力線から出力する振動発電素子において、
エレクトレットを有さず、前記出力線に接続されていない中間電極と、
前記中間電極と対向して配置され、前記中間電極と対向する面の表面の少なくとも一部にエレクトレットを有する複数のエレクトレット電極と、
前記中間電極と前記複数のエレクトレット電極とを互いに相対振動自在に保持する保持部と、
前記中間電極に、前記複数のエレクトレット電極の表面に形成されているエレクトレットの特性とは逆の特性の電荷を注入する電荷注入器と、を備える、振動発電素子。
In the vibration power generation element that outputs AC power from the output line by vibration from the outside,
an intermediate electrode that does not have an electret and is not connected to the output line;
a plurality of electret electrodes arranged to face the intermediate electrode and having electrets on at least part of a surface of a surface facing the intermediate electrode;
a holding unit that holds the intermediate electrode and the plurality of electret electrodes so that they can vibrate relative to each other;
and a charge injector that injects into the intermediate electrode a charge having characteristics opposite to the characteristics of the electrets formed on the surfaces of the plurality of electret electrodes.
請求項1に記載の振動発電素子において、
前記相対振動の方向は、前記複数のエレクトレット電極の前記中間電極と対向する前記面に平行な方向である、振動発電素子。
In the vibration power generation element according to claim 1,
The vibration power generation element, wherein the direction of the relative vibration is parallel to the surface of the plurality of electret electrodes facing the intermediate electrode.
請求項2に記載の振動発電素子において、
前記相対振動により前記中間電極が前記複数のエレクトレット電極に対して相対的に第1の向きに移動すると、前記複数のエレクトレット電極のうちの1つと前記中間電極との対向部の面積が増加し、前記複数のエレクトレット電極のうちの他の1つと前記中間電極 との対向部の面積が減少し、前記第1の向きとは異なる第2の向きに移動すると、前記対 向部の面積は前記第1の向きの移動の場合とは逆に増減する、振動発電素子。
In the vibration power generation element according to claim 2,
When the intermediate electrode moves in the first direction relative to the plurality of electret electrodes due to the relative vibration, the area of the facing portion between one of the plurality of electret electrodes and the intermediate electrode increases, When the area of the opposing portion between the other one of the plurality of electret electrodes and the intermediate electrode decreases and moves in the second direction different from the first direction, the area of the opposing portion decreases to the second direction. A vibration power generation element that increases and decreases in the opposite direction to movement in one direction.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の振動発電素子において、
前記電荷注入器は、振動発電素子から電力の供給を受ける回路の一部を前記中間電極に接続する、振動発電素子。
In the vibration power generation element according to any one of claims 1 to 3,
The vibration power generation element, wherein the charge injector connects a part of a circuit that receives power supply from the vibration power generation element to the intermediate electrode.
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の振動発電素子において、
前記電荷注入器は抵抗素子を含み、前記電荷注入器の一端が前記中間電極に接続され、他端が前記複数のエレクトレット電極の少なくとも1つに接続されている、振動発電素子。
In the vibration power generation element according to any one of claims 1 to 3,
The vibration power generation device, wherein the charge injector includes a resistive element, one end of the charge injector is connected to the intermediate electrode, and the other end is connected to at least one of the plurality of electret electrodes.
請求項4または請求項5に記載の振動発電素子において、
前記電荷注入器による前記中間電極への電荷の注入を制御する制御部材を有する、振動発電素子。
In the vibration power generation element according to claim 4 or claim 5,
A vibration power generation element, comprising a control member for controlling injection of charges into the intermediate electrode by the charge injector.
請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の振動発電素子と、
電源装置と、を備える、振動発電装置。
The vibration power generation element according to any one of claims 1 to 6;
A vibration power generator, comprising: a power supply.
JP2021015902A 2021-02-03 2021-02-03 Vibration power generation element and vibration power generation device Active JP7156649B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021015902A JP7156649B2 (en) 2021-02-03 2021-02-03 Vibration power generation element and vibration power generation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021015902A JP7156649B2 (en) 2021-02-03 2021-02-03 Vibration power generation element and vibration power generation device

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018090196A Division JP6927527B2 (en) 2018-05-08 2018-05-08 Vibration power generation element and vibration power generation device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021078352A JP2021078352A (en) 2021-05-20
JP7156649B2 true JP7156649B2 (en) 2022-10-19

Family

ID=75898883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021015902A Active JP7156649B2 (en) 2021-02-03 2021-02-03 Vibration power generation element and vibration power generation device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7156649B2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009095181A (en) 2007-10-11 2009-04-30 Panasonic Corp Electrostatic induction generator and generating method using the same
JP2011151944A (en) 2010-01-21 2011-08-04 Panasonic Corp Generator
JP2012044823A (en) 2010-08-23 2012-03-01 Seiko Epson Corp Electrostatic induction power generation device, and electrostatic induction power generation equipment
JP6927527B2 (en) 2018-05-08 2021-09-01 国立大学法人 東京大学 Vibration power generation element and vibration power generation device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009095181A (en) 2007-10-11 2009-04-30 Panasonic Corp Electrostatic induction generator and generating method using the same
JP2011151944A (en) 2010-01-21 2011-08-04 Panasonic Corp Generator
JP2012044823A (en) 2010-08-23 2012-03-01 Seiko Epson Corp Electrostatic induction power generation device, and electrostatic induction power generation equipment
JP6927527B2 (en) 2018-05-08 2021-09-01 国立大学法人 東京大学 Vibration power generation element and vibration power generation device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021078352A (en) 2021-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5411871B2 (en) Electret electrode, actuator using the same, vibration power generator, vibration power generation device, and communication device equipped with the vibration power generation device
Mitcheson et al. Electrostatic microgenerators
Mehraeen et al. Energy harvesting from vibration with alternate scavenging circuitry and tapered cantilever beam
JP4811537B1 (en) Power generator
CN112166546B (en) Power supply circuit and vibration power generation device
WO2013136691A1 (en) Generator device and electrical apparatus using same
KR101876344B1 (en) Method of energy harvesting using built-in potential difference of metal-to-metal juntions and device thereof
KR20110039864A (en) Energy harvester
US8564170B2 (en) Vibration power generator, vibration power generation apparatus, and electric device and communication device with vibration power generation apparatus mounted thereon
WO2019216165A1 (en) Vibration power generation element and vibration power generation device
JP7156649B2 (en) Vibration power generation element and vibration power generation device
WO2018235658A1 (en) Dielectric elastomer transducer and dielectric elastomer driving device
US20210234479A1 (en) Vibration-Driven Energy Harvester
JP5879197B2 (en) Electrostatic converter, electrostatic transformer, and AC voltage generator
JP2009171821A (en) Micro power generator
JP6985702B2 (en) Vibration power generation device and vibration power generation element
JP2020022214A (en) Dielectric elastomer transducer system
JP2014128040A (en) Electret electrode, vibration power generating unit and vibration power generating device using the same, communication device equipped with vibration power generating device, and electret electrode manufacturing method
JP2011259584A (en) Power generator and power generation method
Honma et al. A paradoxical approach to enhance the output power of vibrational energy harvester beyond the impedance matching conditions
KR101332008B1 (en) Energy harvester
US9908770B2 (en) Micromechanical structure
Kempitiya et al. Silicon-integrated electrostatic energy harvesters
JP2023076648A (en) Vibration power generation element
JP2021145502A (en) Power generation device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210203

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210203

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20210428

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211124

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211207

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220106

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220517

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220602

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220920

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220928

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7156649

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150