CN105849925A - 压电发电模块以及遥控器 - Google Patents
压电发电模块以及遥控器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105849925A CN105849925A CN201480071275.2A CN201480071275A CN105849925A CN 105849925 A CN105849925 A CN 105849925A CN 201480071275 A CN201480071275 A CN 201480071275A CN 105849925 A CN105849925 A CN 105849925A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mentioned
- piezoelectric element
- piezoelectric
- generation module
- voltage
- 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.)
- Granted
Links
- 238000010248 power generation Methods 0.000 title abstract 5
- 230000006854 communication Effects 0.000 claims description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 28
- 230000009471 action Effects 0.000 description 11
- 230000008859 change Effects 0.000 description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000004044 response Effects 0.000 description 3
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 1
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/18—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing electrical output from mechanical input, e.g. generators
- H02N2/181—Circuits; Control arrangements or methods
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
- G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
- G08C2201/00—Transmission systems of control signals via wireless link
- G08C2201/10—Power supply of remote control devices
- G08C2201/11—Energy harvesting
- G08C2201/112—Mechanical energy, e.g. vibration, piezoelectric
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/304—Beam type
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
本发明涉及压电发电模块以及遥控器。本发明的压电元件(1)与二极管(2)并联连接，在按压时输出发电电压(Vpe)。若发电电压超过第一阈值电压(Vth)，则负荷开关控制电路(3)使负荷开关(4)接通，若发电电压低于第二阈值电压(Vtl)，则断开负荷开关。并且，在按压释放时，二极管对压电元件的残留电荷放电，使其成为零。
Description
技术领域
本发明涉及压电发电模块以及搭载了该压电发电模块的遥控器，例如，涉及将对压电元件施加的机械能转换为电能，并向处理电路供给电力的压电发电模块以及遥控器。
背景技术
提出有一种涉及不需要电池的内置压电元件的遥控器，并提高其发电效率的结构。在日本特开2011-103729号公报(专利文献1)中，公开了一种在检测出被用户的手指压入的输入部复原了之后，执行输入指令的带有发电功能的遥控器的结构。该遥控器利用整流部将在针对输入部的压入时以及复原时产生的交流电力转换为直流电力，并通过蓄电部(电容器)保存该直流电力。在日本特开2004-201376号公报(专利文献2)中，公开了一种利用整流器将通过使致动器的自由端自由振动而产生的交流电力转换为直流电力的结构。
专利文献1：日本特开2011-103729号公报
专利文献2：日本特开2004-201376号公报
在专利文献1以及专利文献2中，压电元件所生成的电荷经由全波整流电路，移动至蓄电部即电容器。全波整流电路能够将在平板状的压电元件位移的情况下，由相对于压电元件未发生位移的状态下的电位即基准电位向第一主面侧变形而得到的正电位、以及向第二主面侧变形而得到的负电位生成的电荷双方供给至后段的电路。然而，在全波整流电路中，由于发生伴随着该电荷移动的能量损失，所以存在相对于所产生的能量的能够使用的能量的比率(能量效率)恶化的问题。
发明内容
基于本发明的压电发电模块具备：压电元件，具有第一端子以及第二端子；二极管，具有与上述压电元件的上述第一端子连接的阴极和与上述压电元件的上述第二端子连接的阳极；开关控制电路，具有与上述阴极连接的第一输入端子、与上述阳极连接的第二输入端子、以及输出开关控制信号的输出端子；以及第一开关，与上述开关控制电路的上述第一输入端子连接，并响应于上述开关控制信号而切换接通状态和断开状态。
在该结构中，由于并没有在压电元件与开关控制电路之间以串联的方式设置像二极管那样的非线性元件，所以能够减少由压电元件生成的电荷在移动中所受到的能量损失。另外，由于在压电元件与开关控制电路之间，相对于基准电位成为负的电压进行钳位的二极管设置为与压电元件并联连接，所以在压电元件的两端电压为基准电位以下的情况下，迅速释放压电元件的电荷。因此，即使初次将由压电元件生成的电荷供给至后段，也不会产生由于基准电位降低而在第二次及以后不能进行稳定的驱动的问题。因此，能够实现可进行稳定的驱动，且能量效率良好的压电发电模块。
优选上述压电元件是发电元件，由于上述压电元件的两端电压超过比基准电位大的第一阈值电压，上述第一开关成为接通状态，由于上述压电元件的两端电压成为比上述第一阈值电压低的第二阈值电压，上述开关成为断开状态。
优选上述压电元件因被施加载荷而在上述压电元件的第一端子产生电压，若释放对上述压电元件施加的载荷，则上述压电元件的两端电压成为基准电位。
优选上述开关控制电路具有比较电路和温度补偿元件，上述温度补偿元件相对于上述上述开关控制电路的上述第一输入端子和上述第二输入端子并联连接。
由此，能够减少产生能量以及发电电压的温度依存性。
优选上述开关控制电路还具有第二开关，上述第二开关相对于上述温度补偿元件并联连接，上述第二开关与上述第一开关的状态同步地对开闭进行切换。
由此，由于能够减少压电元件的第一端子上的电压成为第一阈值电压后的温度依存性，所以能够进一步提高能量效率。
优选还具备电容元件，上述电容元件相对于上述开关控制电路的上述第一输入端子和上述第二输入端子并联连接。
由此，能够更加精密地对朝向开关的后段的供给电压进行控制。
基于本发明的遥控器具备压电发电模块和RF电路，在上述压电元件的第一端子上的电压从超过上述第一阈值电压到成为上述第二阈值电压期间，上述RF电路执行通信处理。
在该结构中，由于并没有在压电元件与开关控制电路之间以串联的方式设置像二极管那样的非线性元件，所以能够减少由压电元件生成的电荷在移动中所受到的能量损失。另外，由于在压电元件与开关控制电路之间，以与压电元件并联的方式设置有对相对于基准电位成为负的电压进行钳位的二极管，所以在压电元件的两端电压成为基准电位以下的情况下，迅速释放压电元件的电荷。因此，能够实现可进行稳定的驱动，且能量效率良好的遥控器。
能够实现可进行稳定的驱动，且能量效率良好的压电发电模块以及遥控器。
附图说明
图1是实施方式1的压电发电模块的电路图。
图2是对针对实施方式1的压电发电模块所具备的压电元件的按压状态与产生电荷的关系进行说明的剖视图。
图3是实施方式1的压电元件的变形例的剖视图。
图4是实施方式1的压电发电模块所具备的负荷开关控制电路的电路图。
图5是对实施方式1的压电发电模块的动作进行说明的时序图。
图6是实施方式2的压电发电模块的电路图。
图7是实施方式2的负荷开关控制电路的电路图。
图8是实施方式3的压电发电模块的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式进行说明。在实施方式的说明中，在不提及个数、数量等的情况下，除了有特别记载的情况以外，没必要对其个数、数量等进行限定。在实施方式的附图中，相同参照符号、参照编号表示相同部分或者相当部分。另外，在实施方式的说明中，存在对于标注了相同参照符号等的部分等不反复重复的说明的情况。
＜实施方式1＞
图1是实施方式1的压电发电模块100的电路图。
压电发电模块100具备压电元件1、二极管2、负荷开关控制电路3、负荷开关4、第一信号线Tpe1、第二信号线Tpe2、输出节点N1以及输出节点N2。
在输出节点N1以及输出节点N2间连接负载5。负载5例如是RF电路或者微型计算机等处理电路。这些处理电路从压电发电模块100的输出节点N1以及输出节点N2供给电源电压，并输出对处于分离位置的电子设备进行控制的信号(识别编码ID等)。因此，通过使负载5与压电发电模块100连接，可实现遥控器或者无线开关。此外，负荷开关控制电路3相当于本申请的开关控制电路。负荷开关4相当于本申请的第一开关。
图2(a)是示意性地表示未施加应力的压电元件1的状态的剖视图。压电元件1具有压电体1C和金属板1D。压电体1C具有平板状的形状，例如由锆钛酸铅系陶瓷构成。在压电体1C的一个主面设置有电极1A，在另一个主面设置有电极1B。压电元件1经由电极1B使金属板1D和压电体1C电接合。电极1A与第一信号线Tpe1连接，金属板1D与第二信号线Tpe2连接。第二信号线Tpe2与基准电位(GND)连接。
如图2(b)所示，压电元件1的两端被支承部1E保持。压电元件1被向图2(b)所示的箭头方向极化。此外，电极1A相当于本申请的压电元件的第一端子。电极1B相当于本申请的压电元件的第二端子。
二极管2例如是钳位二极管。二极管2的阳极以及阴极分别与压电元件1的第二信号线Tpe2以及第一信号线Tpe1连接。即，二极管2与压电元件1以并联的方式连接。为了不对负载5施加相对于压电元件1未发生位移的状态的电位即基准电位成为负的电压而设置二极管2。
负荷开关控制电路3的电源节点Nc1以及电源节点Nc2分别与压电元件1的第一信号线Tpe1以及第二信号线Tpe2连接。负荷开关4的第一输入端子与负荷开关控制电路3的电源节点Nc1连接。负荷开关4的第二输入端子与电源节点Nc2连接。负荷开关控制电路3从负荷开关4的输出端子输出负荷开关控制信号S4，来对负荷开关4的接通状态和断开状态进行切换。
图4是图1的压电发电模块100所具备的负荷开关控制电路3的电路图。
负荷开关控制电路3例如由CMOS电路构成。负荷开关控制电路3具备与电源节点Nc1连接的第一输入端子、与电源节点Nc2连接的第二输入端子以及输出端子。负荷开关控制电路3在电源节点Nc1与电源节点Nc2之间，具备从电源节点Nc1侧开始依次以串联的方式连接的电阻R1、电阻R2以及电阻R3。另外，负荷开关控制电路3例如具备作为电子开关的开关3A、例如作为带隙基准的比较电压生成电路33、例如作为运算放大器的比较电路32。
电阻R1的一端与电源节点Nc1连接，另一端与电阻R2的一端连接。电阻R2的一端与电阻R1的另一端连接，另一端与电阻R3的一端连接。电阻R3的一端与电阻R2的另一端连接，另一端与电源节点Nc2连接。开关3A的一端与电源节点Nc1连接，另一端与电阻R1的另一端连接。
比较电压生成电路33的输入端子与电源节点Nc2连接，输出端子与比较电路32的反转输入端子连接。比较电路32的非反转输入端子与电阻R3的一端连接，输出端子与开关3A以及负荷开关4连接。此外，开关3A相当于本申请的第二开关。
负荷开关控制电路3被设定为相对于在电源节点Nc1以及电源节点Nc2间输入的发电电压Vpe的变化，输出的负荷开关控制信号S4的逻辑电平的变化具有磁滞特性。通过根据比较电路32输出的负荷开关控制信号S4，切换开关3A的接通状态来实现该磁滞特性。
(压电元件的动作)
在图2(b)中，示意性地示出了施加有负载的状态下的压电元件1的剖视图。通过按压(施加应力)压电元件1的中央部，将机械能转换为电能。图2(b)示出了压电元件1的压电体1C通过由按压引起的变形而极化，在与第一信号线Tpe1连接的电极1A带有正电荷，在与第二信号线Tpe2连接的电极1B带有负电荷的情况。
在图2(c)中，示出了针对压电元件1的按压释放中，即，释放对压电元件1施加的应力，而从图2(b)恢复到图2(a)的状态中的情况。在按压释放中的压电元件1中，压电体1C在与第一信号线Tpe1连接的电极1A上带有负电荷，在与第二信号线Tpe2连接的电极1B上带有负电荷的情况。
若按压(施加应力)压电元件1，则伴随着压电元件1的变形，第一信号线Tpe1的电位相对于第二信号线Tpe2的电位上升。而且，在第一信号线Tpe1上生成发电电压Vpe。另一方面，若释放针对压电元件1的按压，则压电元件1自动恢复到初始形状，第一信号线Tpe1的发电电压Vpe为零。
(负荷开关控制电路的动作)
如上所述，图4的负荷开关控制电路3根据对电源节点Nc1以及电源节点Nc2间施加的发电电压Vpe的增减，来使输出的负荷开关控制信号S4的逻辑电平变化。在负荷开关控制信号S4的逻辑电平被设定为高电平以及低电平的情况下，负荷开关4分别被设定为接通状态(ON状态)以及断开状态(OFF状态)。若负荷开关4被设定为接通状态，则将在输出节点N1以及输出节点N2间产生的发电电压Vpe供给至负载5。随着负载5消耗电流，压电元件1所存储的电荷量逐渐减少，而使发电电压Vpe的值降低。此外，压电元件未发生位移的状态下的电源节点Nc2的电位相当于本申请的基准电位。
负荷开关控制电路3被设定为相对于输入的发电电压Vpe的变化，输出的负荷开关控制信号S4的逻辑电平的变化具有磁滞特性。若发电电压Vpe的值从零上升到阈值电压Vth，则负荷开关4从断开状态向接通状态迁移。之后，若伴随着向负载5的电流供给，发电电压Vpe的值下降到比阈值电压Vth低的阈值电压Vtl，则负荷开关4从接通状态迁移至断开状态。此外，阈值电压Vth相当于本申请的第一阈值电压，阈值电压Vtl相当于本申请的第二阈值电压。
在开关3A是断开状态的情况下，发电电压Vpe被在电源节点Nc1以及电源节点Nc2间以串联的方式连接的电阻R1、电阻R2以及电阻R3分压。比较电路32对电阻R3的两端间的电位和比较电压生成电路33生成的电位进行比较，并决定负荷开关控制信号S4的逻辑电平。
以阈值电压Vth(参照图1)为目的值，来适当地设定电阻R1～R3的值以及比较电压的值。由于以串联的方式连接的电阻R1～R3与压电元件1以并联的方式连接，所以也是压电元件1的漏电电流路径。因此，电阻R1～R3的值设定成以相对于压电元件1的由按压引起的发电电压Vpe的充电时常量的值而言，漏电时常量的值增大。
若发电电压Vpe的值超过阈值电压Vth，则比较电路32使负荷开关控制信号S4的逻辑电平从低电平变化为高电平。对该负荷开关控制信号S4的变化进行响应，负荷开关4被设定为接通状态，以输出节点N2为基准，对输出节点N1施加发电电压Vpe(参照图1)。
若负荷开关控制信号S4被设定为高电平，则与电阻R1并联连接的开关3A也被设定为接通状态，电源节点Nc1的电压(发电电压Vpe)被电阻R2以及电阻R3分压。与开关3A处于断开状态的情况相比较，电阻R3的两端间的电压的值增加，所以在发电电压Vpe的值达到比阈值电压Vth低的阈值电压Vtl时，比较电路32使负荷开关控制信号S4的逻辑电平从高电平变化为低电平。对该负荷开关控制信号S4的变化进行响应，负荷开关4被设定为断开状态，停止对输出节点N1的发电电压Vpe的供给。
图5是对图1的压电发电模块100的动作进行说明的时序图。
参照图5以及图1，对压电发电模块100的动作进行说明。在图5中，示意性地用横轴表示时刻，纵轴表示发电电压Vpe。图5所示的压电发电模块100的动作分为以下3个期间的动作：1)时刻t1～时刻t2的对压电元件1施加应力的第一次按压的期间；2)时刻t2～时刻t3的释放对压电元件1的按压的期间；以及3)时刻t3～时刻t4的对压电元件1的第二次按压的期间。
(第一次按压期间)
若在时刻t1开始对压电元件1的按压，则随着在压电元件1上产生的形变的增加，发电电压Vpe增加。若从时刻t1经过时间T1后，发电电压Vpe的值达到阈值电压Vth，则负荷开关控制电路3使负荷开关控制信号S4的逻辑电平从低电平变化为高电平。对该负荷开关控制信号S4的变化进行响应，负荷开关4成为接通状态，压电发电模块100开始向负载5供给发电电压Vpe。
负载5在时间T2期间，消耗压电元件1所存储的电荷，来执行规定的处理(朝向电子设备的信号发送处理)，在时间T2的结束时刻，发电电压Vpe的值急剧降低到阈值电压Vtl附近。在整个时间T3，处于空转状态的负载5消耗电荷，并在时间T3的结束时刻，发电电压Vpe的值达到阈值电压Vtl。若在时间T4的开始时刻，发电电压Vpe达到阈值电压Vtl，则负荷开关控制电路3将负荷开关控制信号S4的逻辑电平设定为低电平并使负荷开关4成为断开状态，停止针对负载5的电力供给。
(按压释放期间)
若在时间T5的开始时刻t2，释放对压电元件1的按压，则在压电元件1上产生的电荷的极性反转，第二信号线Tpe2的电位变得比第一信号线Tpe1的电位高。即，Tpe2的电位相对于基准电位成为负。因此，通过电流从二极管2的阳极流入阴极，电压被钳位，压电元件1所存储的电荷被放电。其结果，发电电压Vpe的值从阈值电压Vtl急剧降低到零。直到按压释放的时间结束的时间T6的结束时刻，发电电压Vpe的值被维持在零。
(第二次按压期间)
在时间T7的开始时刻t3，开始针对压电元件1的第二次按压。与第一次按压期间相同，压电元件1使发电电压Vpe的值从零上升到阈值电压Vth。在时间T7以后，也与第一次按压期间的情况相同，压电发电模块100反复时间T2～时间T6的动作。
(从压电发电模块100删除二极管2后的情况下的波形)
在图5中，虚线的发电电压Vpe的波形是比较例，是从压电发电模块100删除二极管2后的情况下的发电电压Vpe的波形。以下，对比较例即虚线的发电电压Vpe和实施方式1的上述实线的发电电压Vpe的波形进行对比，并且对压电发电模块100所具备的以并联的方式与压电元件1连接的二极管2的效果进行说明。
由于比较例的时刻t1～时刻t2的第一次按压期间、以及按压释放的期间所包含的时间T5的发电电压Vpe的波形与实施方式1相同，所以省略记载。
若在时间T5的开始时刻t2，释放对压电元件1的按压，则在压电元件1上产生的电荷的极性反转，第二信号线Tpe2的电位变得比第一信号线Tpe1的电位高。即，Tpe2的电位相对于基准电位成为负。在时刻t2对压电元件1施加的应力为在期间T1对压电元件1施加的应力反转的而成的应力。
因此，在被释放了按压的压电元件1上感应出可以在第一信号线Tpe1以及第二信号线Tpe2间产生阈值电压Vth的电荷。其结果，在时刻t2以后，第一信号线Tpe1的值从阈值电压Vtl下降了与阈值电压Vth相等的量。即，第一信号线Tpe1的值具有从阈值电压Vth减去了阈值电压Vtl的值所得的值的相对于基准电位成为负的电压。
若在时刻t3开始第二次按压，则第一信号线Tpe1的电压从相对于上述基准电位成为负的电压开始上升，所以不能到达阈值电压Vtl。因此，负荷开关控制电路3不能使负荷开关4成为接通状态。其结果，不进行针对负载5的电极供给，即使按压压电元件1，负载5也不能够执行所希望的处理。
与此相对，由于实施方式1的压电发电模块100具备与压电元件1以并联的方式连接的二极管2，所以按压释放后的压电元件1所存储的电荷在压电元件1的第一信号线Tpe1以及第二信号线Tpe2间放电。其结果，即使在按压释放后按压了压电元件1的情况下，压电元件1也能够产生具有负载5的处理动作所需要的电压值的发电电压Vpe。
对实施方式1的压电发电模块100的效果进行说明。
(减少由全波整流电路引起的能量损失)
在压电发电模块100中，将被按压的压电元件1所生成的直流电力供给至负载5，但不将按压释放的压电元件1所生成的直流电力供给至负载5。因此，与利用全波整流电路将被按压以及按压释放的压电元件所生成的交流电力转换为直流电力并供给至负荷的以往的信号产生装置不同，压电发电模块100不是必须需要全波整流电路以及充电用电容器(均未图示)。
通过删除全波整流电路，由构成全波整流电路的二极管，即以串联的方式设置在压电元件1与负载5之间的二极管产生的电荷移动的能量损失被减少。换言之，减少与被削减的电荷移动的能量损失相当的机械势能，提高相对于压电元件1的发电能量的负载5的消耗能量的比率即能量利用效率。
并且，通过删除充电用电容器，由电荷移动引起的能量损失被削减。若将压电元件1的等效电容值设为Cs，将由压电元件1产生的电荷量设为Qs，将充电用电容器的电容值设为Cc，则充电能量P1通过式1来求出。另一方面，只有压电元件1的情况下的充电能量P2通过式2来求出。
P1＝Qs2/2(Cc+Cs)……式1
P2＝Qs2/2Cs……式2
由于P1＜P2，所以不设置充电用电容器，而是通过压电元件1来直接驱动负载5的压电发电模块100相对于具备整流电路以及充电用电容器的一般的结构来说，能够将更大的充电能量供给至负载5。
(并联二极管)
压电发电模块100具备与压电元件1以并联的方式连接的二极管2。被按压到按压最低点的压电元件1虽然取决于由压电元件1生成的电荷量与负载5的消耗电荷量的平衡，但通常输出具有负载5的最低动作电压以上的值的发电电压Vpe。若在负载5的处理动作后，按压被释放，则因在压电元件1上生成的电荷，相对于第二信号线Tpe2的第一信号线Tpe1的电位经由基准电位即零，降低到相对于基准电位成为负的值。
于是，在压电元件1上生成的电荷从二极管2的阳极经由阴极，在压电元件1的内部被消耗，压电元件1的第一信号线Tpe1的电压在按压释放后，也维持零。其结果，在按压释放后又被按压的压电元件1再次输出具有负载5的最低动作电压以上的值的发电电压Vpe，确保负载5的正常动作。
(磁滞特性)
若压电元件1的发电电压Vpe的值超过阈值电压Vth，则负荷开关控制电路3将负荷开关4设定为接通状态，将压电元件1所存储的电荷供给至负载5。之后，若由于负载5的电力消耗、或者压电元件1的按压释放，发电电压Vpe的值低于被设定为比阈值电压Vth的值低的阈值电压Vtl的值，则负荷开关4被设定为断开状态，停止针对负载5的电荷即电力供给。
像这样，设定为相对于输入的发电电压Vpe的变化，负荷开关4的接通状态的变化具有磁滞特性，从而通过针对压电元件1的1次按压动作，来向负载5供给电力，并使搭载有压电发电模块100的遥控器的响应高速化。
＜实施方式1的变形例＞
图3是作为图2的压电元件1的变形例的压电元件11的剖视图。
在图3中，标注了与图2相同符号的部件具有相同结构或者功能，省略重复说明。在图3中，压电元件11具有将压电体11C层叠为在按压时，在各压电体11C对面的面上产生具有相同的极性的电荷的结构。成为层叠压电体11的结构，从而由压电元件11生成的电荷量增加，并能够更长时间地驱动负载5(参照图1)。
此外，在上述实施方式中，压电元件1由锆钛酸铅系陶瓷构成，但并不限于此。例如，也可以由铌酸钾钠系以及铌酸碱系陶瓷等非铅系压电体陶瓷的压电材料等构成。
并且，在上述实施方式中，压电元件1的支承构造为利用两个支承部1E的支承，但并不限于此。例如，也可以为通过悬臂梁保持压电元件1的一端，并对成为自由端的另一端施加应力的结构。另外，也可以使压电元件1成为棒状的形状，通过悬臂梁保持其一端，并对另一端施加应力的结构。即，压电元件1的支承方式是能够通过按压而变形的结构即可。
＜实施方式2＞
图6是实施方式2的压电发电模块200的电路图。
在图6中，标注了与图1相同的符号的部件具有相同的结构或者功能，省略它们的重复说明。图6所示的压电发电模块200对应于在图1的压电发电模块100中，将负荷开关控制电路3置换为负荷开关控制电路31的结构。
图7是图6的负荷开关控制电路31的电路图。
图7的负荷开关控制电路31对应于在图4的负荷开关控制电路3中，将电阻R1置换为温度补偿元件R1S的结构。
作为压电体1C例如使用了PZT(锆钛酸铅)的压电元件1(参照图2)为了增大发电能量，通常将组成调整到相变附近，其结果，压电元件1的电容以及发电电压的值具有较大的温度特性。在压电体1C的介电常数具有正的温度系数的情况下，随着周围温度的上升，压电元件1的电容值增加，压电元件1的发电电压Vpe的值减少。其结果，存在在周围温度的高温侧(比常温的25℃高的温度范围)，压电元件1的发电电压Vpe的值达不到阈值电压Vth，负荷开关4维持断开状态，而不能将发电电压Vpe供给至负载5的问题。
因此，在图7的负荷开关控制电路31中，温度补偿元件R1S作为电阻值具有负的温度特性的元件，例如应用热敏电阻。随着周围温度的上升，温度补偿元件R1S的电阻值减少，电阻R2与电阻R3的连接点的电位上升。其结果，在周围温度是高温侧，比较电路32也使负荷开关控制信号S4的逻辑电平反转，而将发电电压Vpe供给至负载5。即，通过电阻值具有负的温度特性的温度补偿元件R1S，对负荷开关控制电路31设定的阈值电压Vth的值被赋予了负的温度系数。
此外，在压电体1C的介电常数具有负的温度系数的情况下，作为温度补偿元件R1S，应用电阻值具有正的温度系数的部件、或使R3具有负的温度系数的、例如热敏电阻。另外，代替电阻R1(参照图4)的值具有温度依存性，也可以构成为比较电压生成电路33所生成的比较电压具有温度依存性。
通过对负荷开关控制电路31设定的阈值电压的值采用温度补偿元件，从而阈值电压Vth随着温度变化。其结果，即使在压电元件1的电容值因温度而发生变化的情况下，也不取决于周围温度，而能够将发电电压Vpe可靠地供给至负载5。此外，在上述实施方式中，将图4的电阻R1置换为温度补偿元件R1S，但并不限于此。即使将图4中的电阻R2或者电阻R3置换为温度补偿元件，也能够得到相同的效果。
＜实施方式3＞
图8是实施方式3的压电发电模块300的电路图。
在图8中，标注了与图1相同符号的部件具有相同的结构或者功能，省略它们的重复说明。图8所示的压电发电模块300对应于在图1所示的压电发电模块100中，在第一信号布线Tpe1以及第二信号布线Tpe2间连接了存储电容器6的结构。此外，存储电容器6相当于本申请的电容元件。
如上所述，压电元件1的电容值以及发电电压Vpe的值存在根据周围温度而变动的情况。例如，在周围温度是低温侧(比常温的25℃低的温度范围)，若由于压电元件1的电容值的减少，发电电压Vpe的值与常温时相比增加，则有可能对负载5施加过电压。通过以并联的方式将存储电容器6连接于压电元件1，将压电元件1生成的电荷分配给压电元件1和存储电容器6，并抑制发电电压Vpe的增加。
压电发电模块300是对没有阈值电压Vth的温度补偿的负荷开关控制电路3和存储电容器6进行组合而成的结构，但也可以对图6所示的压电发电模块200的具有阈值电压Vth的温度补偿的负荷开关控制电路31和存储电容器6进行组合。在该情况下，能够解决在周围温度是高温侧可能发生的问题和在上述低温侧可能发生的过电压施加的问题。
应该认为本次公开的实施方式在全部的点上都是例示，并不是限制性的内容。本发明的范围并不是上述的说明而是通过权利要求书来示出，旨在包含与权利要求书等效的意思以及范围内的全部的变更。
附图标记的说明：1…压电元件；1A…电极；1B…电极；1C…压电体；1D…金属板；1E…支承部；2…二极管；3…负荷开关控制电路；4…负荷开关；5…负载；6…存储电容器；11…压电体；11C…压电体；3A…开关；31…负荷开关控制电路；32…比较电路；33…比较电压生成电路；100…压电发电模块；200…压电发电模块；300…压电发电模块；GND…基准电位；N1、N2…输出节点；Nc1、Nc2…电源节点；R1～R3…电阻；R1S…温度补偿元件；S4…负荷开关控制信号；Tpe1…第一信号线；Tpe2…第二信号线；Vpe…发电电压；Vth、Vtl…阈值电压。
Claims (7)
1.一种压电发电模块，具备：
压电元件，具有第一端子以及第二端子；
二极管，具有与上述压电元件的上述第一端子连接的阴极、和与上述压电元件的上述第二端子连接的阳极；
开关控制电路，具有与上述阴极连接的第一输入端子、与上述阳极连接的第二输入端子、以及输出开关控制信号的输出端子；以及
第一开关，与上述开关控制电路的上述第一输入端子连接，并响应于上述开关控制信号而切换接通状态和断开状态。
2.根据权利要求1所述的压电发电模块，其中，
上述压电元件是发电元件，由于上述压电元件的两端电压超过比基准电位大的第一阈值电压，上述第一开关成为接通状态，
由于上述压电元件的两端电压成为比上述第一阈值电压低的第二阈值电压，上述第一开关成为断开状态。
3.根据权利要求1或2所述的压电发电模块，其中，
上述压电元件因被施加负载而在上述压电元件的第一端子产生电压，若释放对上述压电元件施加的负载，则上述压电元件的两端电压成为基准电位。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的压电发电模块，其中，
上述开关控制电路具有比较电路和温度补偿元件，
上述温度补偿元件相对于上述开关控制电路的上述第一输入端子和上述第二输入端子并联连接。
5.根据权利要求4所述的压电发电模块，其中，
上述开关控制电路还具有第二开关，
上述第二开关相对于上述温度补偿元件并联连接，
上述第二开关与上述第一开关的状态同步地对开闭进行切换。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的压电发电模块，其中，
还具备电容元件，上述电容元件相对于上述开关控制电路的上述第一输入端子和上述第二输入端子并联连接。
7.一种遥控器，
具备权利要求1～6中任一项所述的压电发电模块和RF电路，
在上述压电元件的第一端子的电压从超过上述第一阈值电压到成为上述第二阈值电压期间，上述RF电路执行通信处理。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2014009596 | 2014-01-22 | ||
| JP2014-009596 | 2014-01-22 | ||
| PCT/JP2014/077669 WO2015111258A1 (ja) | 2014-01-22 | 2014-10-17 | 圧電発電モジュール、およびリモートコントローラ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105849925A true CN105849925A (zh) | 2016-08-10 |
| CN105849925B CN105849925B (zh) | 2018-12-25 |
Family
ID=53681081
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201480071275.2A Active CN105849925B (zh) | 2014-01-22 | 2014-10-17 | 压电发电模块以及遥控器 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9882511B2 (zh) |
| EP (1) | EP3098866B1 (zh) |
| JP (1) | JP6098736B2 (zh) |
| CN (1) | CN105849925B (zh) |
| WO (1) | WO2015111258A1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109383130A (zh) * | 2017-08-10 | 2019-02-26 | 东芝泰格有限公司 | 打印装置及控制方法、终端设备 |
| CN111164774A (zh) * | 2017-10-02 | 2020-05-15 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 输入装置 |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6089947B2 (ja) * | 2013-05-13 | 2017-03-08 | 住友電気工業株式会社 | 無線装置および無線制御システム |
| CN105556825B (zh) * | 2013-08-13 | 2018-03-13 | 国立大学法人东北大学 | 发电装置 |
| EP3098959B1 (en) * | 2014-01-22 | 2018-11-14 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric power generation module and remote controller |
| JP6406538B2 (ja) * | 2014-06-17 | 2018-10-17 | Toto株式会社 | トイレ装置用のリモコン装置 |
| JP6497265B2 (ja) * | 2015-08-06 | 2019-04-10 | 株式会社デンソー | 車両用衝突検知装置 |
| WO2017104342A1 (ja) * | 2015-12-15 | 2017-06-22 | 株式会社村田製作所 | 発電装置およびそれを備えた送信機 |
| CN107818683B (zh) * | 2017-11-28 | 2024-03-26 | 广东工业大学 | 一种无线控制开关装置及*** |
| KR102097222B1 (ko) * | 2018-12-27 | 2020-04-06 | 주식회사 두산 | 수지 조성물, 이를 이용한 금속 적층체와 인쇄회로기판 및 상기 금속 적층체의 제조방법 |
| TWD224316S (zh) | 2021-09-24 | 2023-03-21 | 律盟風險管理顧問股份有限公司 | 電腦程式產品之圖形化使用者介面 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1118458A (ja) * | 1997-06-24 | 1999-01-22 | Minolta Co Ltd | 電気機械変換素子を使用した駆動装置の駆動回路 |
| JP2003007491A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-01-10 | Nec Tokin Ceramics Corp | 発光体点灯装置 |
| US6630894B1 (en) * | 2000-07-14 | 2003-10-07 | Face International Corp. | Self-powered switching device |
| CN1263174C (zh) * | 1999-12-16 | 2006-07-05 | 施耐德电器工业公司 | 自供电遥控装置及包括该装置的电气设备和设施 |
| US20100133954A1 (en) * | 2006-01-23 | 2010-06-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Method and device for converting mechanical energy into electrical energy |
| US7781943B1 (en) * | 2007-01-24 | 2010-08-24 | Micro Strain, Inc. | Capacitive discharge energy harvesting converter |
| US20120280596A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-08 | Seiko Epson Corporation | Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit |
| US20130082570A1 (en) * | 2011-10-03 | 2013-04-04 | Seiko Epson Corporation | Power generation unit, secondary cell, and electronic apparatus |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07245970A (ja) * | 1994-03-02 | 1995-09-19 | Calsonic Corp | 圧電素子発電装置 |
| JP3274047B2 (ja) * | 1995-10-05 | 2002-04-15 | 株式会社豊田中央研究所 | 圧電アクチュエータの駆動装置および駆動方法 |
| US6259372B1 (en) * | 1999-01-22 | 2001-07-10 | Eaton Corporation | Self-powered wireless transducer |
| WO2003025969A1 (fr) | 2001-09-12 | 2003-03-27 | Jisouken Co., Ltd. | Appareil d'alimentation |
| JP2004103265A (ja) * | 2002-09-05 | 2004-04-02 | Nec Tokin Corp | 発光ユニットおよびそれを用いた発光靴 |
| JP3616386B2 (ja) | 2002-12-17 | 2005-02-02 | 太平洋セメント株式会社 | 信号発信装置 |
| US7132939B2 (en) * | 2004-07-07 | 2006-11-07 | Michelin Recherche Et Technique S.A. | Integrated self-powered tire revolution counter |
| US20080252174A1 (en) * | 2007-04-10 | 2008-10-16 | Advanced Cerametrics, Inc. | Energy harvesting from multiple piezoelectric sources |
| JP5530155B2 (ja) | 2009-11-11 | 2014-06-25 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 発電機能付き手動操作機器、発電機能付き遠隔操作装置 |
| JP5807743B2 (ja) | 2011-10-03 | 2015-11-10 | セイコーエプソン株式会社 | 発電装置、電子機器、移動手段及び発電装置の制御方法 |
| JP5979353B2 (ja) * | 2011-05-06 | 2016-08-24 | セイコーエプソン株式会社 | 発電装置、電子機器、移動手段及び電池 |
| JP2013038941A (ja) * | 2011-08-09 | 2013-02-21 | Nippon Dengyo Kosaku Co Ltd | 充電電圧制御回路、および電源回路 |
-
2014
- 2014-10-17 CN CN201480071275.2A patent/CN105849925B/zh active Active
- 2014-10-17 EP EP14879607.1A patent/EP3098866B1/en active Active
- 2014-10-17 JP JP2015558733A patent/JP6098736B2/ja active Active
- 2014-10-17 WO PCT/JP2014/077669 patent/WO2015111258A1/ja active Application Filing
-
2016
- 2016-06-30 US US15/198,382 patent/US9882511B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1118458A (ja) * | 1997-06-24 | 1999-01-22 | Minolta Co Ltd | 電気機械変換素子を使用した駆動装置の駆動回路 |
| CN1263174C (zh) * | 1999-12-16 | 2006-07-05 | 施耐德电器工业公司 | 自供电遥控装置及包括该装置的电气设备和设施 |
| US6630894B1 (en) * | 2000-07-14 | 2003-10-07 | Face International Corp. | Self-powered switching device |
| JP2003007491A (ja) * | 2001-06-26 | 2003-01-10 | Nec Tokin Ceramics Corp | 発光体点灯装置 |
| US20100133954A1 (en) * | 2006-01-23 | 2010-06-03 | Commissariat A L'energie Atomique | Method and device for converting mechanical energy into electrical energy |
| US7781943B1 (en) * | 2007-01-24 | 2010-08-24 | Micro Strain, Inc. | Capacitive discharge energy harvesting converter |
| US20120280596A1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-08 | Seiko Epson Corporation | Power generation unit, electronic apparatus, transportation unit, battery, method of controlling power generation unit |
| US20130082570A1 (en) * | 2011-10-03 | 2013-04-04 | Seiko Epson Corporation | Power generation unit, secondary cell, and electronic apparatus |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109383130A (zh) * | 2017-08-10 | 2019-02-26 | 东芝泰格有限公司 | 打印装置及控制方法、终端设备 |
| CN111164774A (zh) * | 2017-10-02 | 2020-05-15 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 输入装置 |
| CN111164774B (zh) * | 2017-10-02 | 2024-02-09 | 阿尔卑斯阿尔派株式会社 | 输入装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9882511B2 (en) | 2018-01-30 |
| JPWO2015111258A1 (ja) | 2017-03-23 |
| EP3098866A1 (en) | 2016-11-30 |
| EP3098866B1 (en) | 2020-02-12 |
| US20160308469A1 (en) | 2016-10-20 |
| CN105849925B (zh) | 2018-12-25 |
| JP6098736B2 (ja) | 2017-03-22 |
| WO2015111258A1 (ja) | 2015-07-30 |
| EP3098866A4 (en) | 2017-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105849925A (zh) | 压电发电模块以及遥控器 | |
| US7965016B2 (en) | Method and device for converting mechanical energy into electrical energy | |
| US9608548B2 (en) | Power generating device and electronic component | |
| US20180083530A1 (en) | Power supply circuit and power supply device | |
| US10014801B2 (en) | Piezoelectric power generation module and remote controller | |
| JP2013027183A (ja) | 蓄電回路 | |
| CN102281048A (zh) | 多谐振荡器电路和电压转换电路 | |
| US20140062389A1 (en) | Power generator, secondary cell, electronic apparatus, and transporter | |
| WO2018074144A1 (ja) | 電源回路 | |
| JP6481773B2 (ja) | 発電装置およびそれを備えた送信機 | |
| US11716033B2 (en) | Vibration-driven energy harvesting element and vibration-driven energy harvesting device | |
| JP5800144B2 (ja) | 発電装置、電子機器、移動手段および発電装置の制御方法 | |
| US11218091B2 (en) | Dielectric elastomer power generation system | |
| JP5979353B2 (ja) | 発電装置、電子機器、移動手段及び電池 | |
| JP6540803B2 (ja) | 発電装置およびそれを備えた電気機器 | |
| KR101753753B1 (ko) | 압전 소자를 사용하는 에너지 하비스터 | |
| US11923790B2 (en) | Dielectric elastomer drive system and dielectric elastomer drive method | |
| US20160066396A1 (en) | Wireless switch | |
| US9973022B2 (en) | Non-contact type power receiving apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |