JP2017141948A - Vibration absorber - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動する構造物の振動エネルギーを、圧電素子を介して電気エネルギーに変換し、当該電気エネルギーを電気負荷により消費することで前記構造物の振動を所望の特性で吸収する振動吸収装置に関し、特に、圧電素子の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方の反転を自律型アナログ制御回路を用いて行う振動吸収装置に関するものである。 The present invention relates to a vibration absorbing device that converts vibration energy of a vibrating structure into electric energy via a piezoelectric element and absorbs the vibration of the structure with desired characteristics by consuming the electric energy by an electric load. In particular, the present invention relates to a vibration absorbing device that performs reversal of at least one of the voltage polarity and the charge polarity of a piezoelectric element using an autonomous analog control circuit.
近年、振動発電を利用した振動エネルギーの回収技術(Energy−Harvesting Technology)が注目されている(特許文献1および特許文献2参照)。
振動エネルギー回収装置は、振動する構造物に適用することで、構造物の振動を吸収することができる。
図1(A)は、特許文献1に記載された従来の振動エネルギー回収装置を示す図である。
図1(A)に示す振動エネルギー回収装置110は、圧電素子7と、制御部8と、電力回収装部9とからなる。
圧電素子7は、図1(B)に示すように、構造物5に設けたカンチレバーCLのアームCLAに組み込まれており、構造物5の振動VIBはカンチレバーCLのウェイトCLWの振動に変換される。
なお、カンチレバーCLは、風、流体からの圧力、人力などの外力によっても振動する。
図1(A)に示すように等価的に電源G0pとキャパシタC0pとで表される。
図1(A)では、制御部8は、第1制御ユニット81と第2制御ユニット82からなり、圧電素子7の両電極(本明細書において両電極とも称する)間にそれぞれ接続されている。
電力回収装部9は、整流回路91と蓄電キャパシタC0sからなる。整流回路91の入力端子a1,a2には圧電素子7の両電極が接続され、出力端子b1,b2間には蓄電キャパシタC0sが接続されている。
In recent years, energy-harvesting technology using vibration power generation has attracted attention (see
The vibration energy recovery device can absorb the vibration of the structure by applying it to the vibrating structure.
FIG. 1A is a diagram showing a conventional vibration energy recovery device described in
A vibration energy recovery device 110 shown in FIG. 1A includes a piezoelectric element 7, a control unit 8, and a power recovery unit 9.
As shown in FIG. 1B, the piezoelectric element 7 is incorporated in the arm CLA of the cantilever CL provided in the
The cantilever CL vibrates also by an external force such as wind, pressure from a fluid, and human power.
As shown in FIG. 1A, it is equivalently represented by a power supply G0p and a capacitor C0p.
In FIG. 1A, the control unit 8 includes a first control unit 81 and a second control unit 82, and is connected between both electrodes (also referred to as both electrodes in this specification) of the piezoelectric element 7.
The power recovery unit 9 includes a
制御部8の第1制御ユニット81は、スイッチング回路811とアナログ制御回路812とから構成される。
スイッチング回路811およびアナログ制御回路812は、それぞれ圧電素子7の両電極間に接続されている。
スイッチング回路811は、コイルL01とサイリスタ(SCR01)との直列回路からなり、サイリスタ(SCR01)は、カソードが圧電素子7の第2電極側を向くように接続されている。
アナログ制御回路812は、直列接続回路SRL011と、直列接続回路SRL012と、電圧比較回路PUT01とからなり、圧電素子7の両電極間に生じる電圧ピークを検出する。
The first control unit 81 of the control unit 8 includes a
The
The
The
直列接続回路SRL011は、圧電素子7の両電極間に接続された第1ダイオードD011と抵抗R01との直列接続回路である。第1ダイオードD011は、アノードが圧電素子7の第1電極に接続されている。抵抗R01は、一方の端子が第1ダイオードD011のカソードに接続され他方の端子が圧電素子7の第2電極に接続されている。
直列接続回路SRL012は、圧電素子7の両電極間に接続された第2ダイオードD012とキャパシタC01との直列接続回路である。第2ダイオードD012は、アノードが圧電素子7の第1電極に接続されている。キャパシタC01は、一方の端子が第2ダイオードD012のカソードに接続され他方の端子が圧電素子7の第2電極に接続されている。
The series connection circuit SRL011 is a series connection circuit of a first diode D011 and a resistor R01 connected between both electrodes of the piezoelectric element 7. The first diode D011 has an anode connected to the first electrode of the piezoelectric element 7. The resistor R01 has one terminal connected to the cathode of the first diode D011 and the other terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element 7.
The series connection circuit SRL012 is a series connection circuit of a second diode D012 connected between both electrodes of the piezoelectric element 7 and a capacitor C01. The second diode D012 has an anode connected to the first electrode of the piezoelectric element 7. The capacitor C01 has one terminal connected to the cathode of the second diode D012, and the other terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element 7.
電圧比較回路PUT01は、抵抗R01の圧電素子7の第2電極に接続された端子とは反対側の第1端子T011と、キャパシタC01の圧電素子7の第2電極に接続された端子とは反対側の第2端子T012との間に接続されている。電圧比較回路PUT01は、第2端子T012の電圧と第1端子T011の電圧との差が所定値を超えたきに、第2端子T012の電圧を出力する。
第2制御ユニット82の構成は第1制御ユニット81の構成と基本的には同じである。
第2制御ユニット82は、スイッチング回路821と、アナログ制御回路822とからなり、これらの構成は第1制御ユニット81の、スイッチング回路811と、アナログ制御回路812と同じである。
ただし、第1制御ユニット81と第2制御ユニット82とでは、圧電素子7の両電極への接続の向きが逆になっている。
The voltage comparison circuit PUT01 is opposite to the first terminal T011 opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element 7 of the resistor R01 and the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element 7 of the capacitor C01. And the second terminal T012 on the side. The voltage comparison circuit PUT01 outputs the voltage at the second terminal T012 when the difference between the voltage at the second terminal T012 and the voltage at the first terminal T011 exceeds a predetermined value.
The configuration of the second control unit 82 is basically the same as the configuration of the first control unit 81.
The second control unit 82 includes a
However, in the first control unit 81 and the second control unit 82, the direction of connection to both electrodes of the piezoelectric element 7 is reversed.
スイッチング回路821は、コイルL02とサイリスタ(SCR02)との直列回路から構成され、これらは第1制御ユニット81の、コイルL01とサイリスタ(SCR01)との直列回路に対応する。
アナログ制御回路822は、直列接続回路SRL021と、直列接続回路SRL022と、電圧比較回路PUT02とからなり、これらはアナログ制御回路812の直列接続回路SRL011と、直列接続回路SRL012と、電圧比較回路PUT01に対応する。なお、アナログ制御回路822は、圧電素子7の両電極間に生じる電圧ボトムを検出する。
直列接続回路SRL021は、第1ダイオードD021と抵抗R02とからなり、これらは直列接続回路SRL011の、第1ダイオードD011と抵抗R01に対応する。
直列接続回路SRL022は、第2ダイオードD022とキャパシタC02とからなり、これらは直列接続回路SRL012の第2ダイオードD012とキャパシタC01に対応する。
電圧比較回路PUT02は、電圧比較回路PUT01に対応する。
The
The analog control circuit 822 includes a series connection circuit SRL021, a series connection circuit SRL022, and a voltage comparison circuit PUT02, which are connected to the series connection circuit SRL011, the series connection circuit SRL012, and the voltage comparison circuit PUT01 of the
The series connection circuit SRL021 includes a first diode D021 and a resistor R02, which correspond to the first diode D011 and the resistor R01 of the series connection circuit SRL011.
The series connection circuit SRL022 includes a second diode D022 and a capacitor C02, which correspond to the second diode D012 and the capacitor C01 of the series connection circuit SRL012.
The voltage comparison circuit PUT02 corresponds to the voltage comparison circuit PUT01.
図2(A)に圧電素子7の両電極間の電圧を示し、図2(B)にカンチレバーCLの振動変位Δzを示す。
ところで、圧電素子7の両電極間の電圧が高いほど、すなわちカンチレバーCLの振動変位が大きいほどカンチレバーCLには構造物5から振動エネルギーが入ってきやすくなる。逆に、圧電素子7の両電極間の電圧が低いほど、すなわちカンチレバーCLの振動変位が小さいほどカンチレバーCLには構造物5から振動エネルギーが入ってきにくくなる。
図1(A)の振動エネルギー回収装置110では、図2(A),(B)からわかるように、圧電素子7の両電極間の電圧のピークおよびボトムで圧電素子7の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方が反転する。
これにより、圧電素子7の両電極間の電圧が高くなり、カンチレバーCLには構造物5から振動エネルギーが入ってきやすくなる。
圧電素子7の両電極間の電圧のピークおよびボトムが表れるごとに、圧電素子7の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方が反転させるとする。
圧電素子7の両電極間の電圧が高い間は(カンチレバーCLの振動変位Δzが大きい間は)、カンチレバーCLには構造物5から振動エネルギーが効率よく入ってくる。
しかし、圧電素子7の両電極間の電圧が低くなると(カンチレバーCLの振動変位Δzが小さくなると)、カンチレバーCLには構造物5から振動エネルギーが入ってきにくくなる。
その結果、カンチレバーCLの運動エネルギーが減少し、振動エネルギーの回収効率が低下すると同時に、構造物5の振動抑制効果も低下してしまう。
FIG. 2A shows the voltage between both electrodes of the piezoelectric element 7, and FIG. 2B shows the vibration displacement Δz of the cantilever CL.
By the way, as the voltage between both electrodes of the piezoelectric element 7 is higher, that is, as the vibration displacement of the cantilever CL is larger, vibration energy easily enters the cantilever CL from the
In the vibration energy recovery apparatus 110 in FIG. 1A, as can be seen from FIGS. 2A and 2B, the polarity or charge of the voltage of the piezoelectric element 7 at the peak and bottom of the voltage between the electrodes of the piezoelectric element 7. At least one of the polarities is reversed.
As a result, the voltage between both electrodes of the piezoelectric element 7 increases, and vibration energy easily enters the cantilever CL from the
It is assumed that at least one of the polarity of the voltage of the piezoelectric element 7 or the polarity of the charge is reversed every time the peak and the bottom of the voltage between both electrodes of the piezoelectric element 7 appear.
While the voltage between both electrodes of the piezoelectric element 7 is high (while the vibration displacement Δz of the cantilever CL is large), vibration energy efficiently enters the cantilever CL from the
However, when the voltage between both electrodes of the piezoelectric element 7 becomes low (when the vibration displacement Δz of the cantilever CL becomes small), it becomes difficult for vibration energy to enter the cantilever CL from the
As a result, the kinetic energy of the cantilever CL decreases, the vibration energy recovery efficiency decreases, and the vibration suppression effect of the
上記の不都合を解消するべく、特許文献2に記載の技術では、圧電素子7に発生した電圧が極値(ピークまたはボトム)を取るタイミングに同期して、ピークまたはボトムの複数に一回、圧電素子7の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方を反転させる。
図3(A),(B)は、この方法を実施するための振動エネルギー回収装置を示す。
図3(A)に示す振動エネルギー回収装置120は、圧電素子7と、制御部8と、電力回収装部9とからなる。
図3(B)に圧電素子7がアームCLAに組み込まれたカンチレバーCLを示す。カンチレバーCLの構造は図1(B)に示したものと同様である。
振動エネルギー回収装置120では、図3(B)に示すように、カンチレバーCLの振動がレーザビームLBにより光学的に検出される。
電力回収装部9は、図1(B)に示した電力回収装部9と同様、整流回路91と蓄電キャパシタC0sからなり、整流回路91の入力端子a1,a2には圧電素子7の両電極が接続され、出力端子b1,b2間には蓄電キャパシタC0sが接続されている。
In order to eliminate the above inconvenience, in the technique described in
3A and 3B show a vibration energy recovery apparatus for carrying out this method.
A vibration energy recovery device 120 shown in FIG. 3A includes a piezoelectric element 7, a control unit 8, and a power recovery unit 9.
FIG. 3B shows a cantilever CL in which the piezoelectric element 7 is incorporated in the arm CLA. The structure of the cantilever CL is the same as that shown in FIG.
In the vibration energy recovery device 120, as shown in FIG. 3B, the vibration of the cantilever CL is optically detected by the laser beam LB.
Similar to the power recovery unit 9 shown in FIG. 1B, the power recovery unit 9 includes a
制御部8は、スイッチング部810と、制御部820とからなる。
スイッチング部810は、スイッチング回路811とスイッチング回路812とからなる。
スイッチング回路811は、コイルL01とサイリスタ(SCR01)との直列回路からなり、サイリスタ(SCR01)は、カソードが圧電素子7の第2電極側を向くように接続されている。スイッチング回路812は、コイルL02とサイリスタ(SCR02)との直列回路からなり、サイリスタ(SCR02)は、カソードが圧電素子7の第1電極側を向くように接続されている。
制御部820は、振動変位測定装置8201と、制御信号生成回路8202と、駆動信号生成回路8203とからなる。
振動変位測定装置8201は、たとえば図3(B)に示すようにカンチレバーCLの振動周波数を光学的または電気的に検出することができる(図3(B)ではレーザビームにより光学的に検出している)。
制御信号生成回路8202は、圧電素子7の両電極間に表れる電圧ピークおよび電圧ボトムを検出しており、カンチレバーCLが当該カンチレバーCLの固有振動数で振動しているときに、たとえば圧電素子7に発生した電圧がピークを取るタイミングに同期して、複数回に1回、サイリスタ(SCR01)をオン状態にすることで、圧電素子7の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方を反転させる。
The control unit 8 includes a
The
The
The
The vibration
The control
図4(A)に圧電素子7の両電極間の電圧を示し、図4(B)にカンチレバーの振動変位Δzを示す。
図4(A),(B)からわかるように、図3(A)の振動エネルギー回収装置120では、圧電素子7に与えられる振動が急速に減衰することはないので、高電圧での電気エネルギーへの変換が維持され、カンチレバーCLには構造物5から振動エネルギーが入ってきやすくなる。
また、振動エネルギー回収装置120を振動吸収装置としてみた場合に、カンチレバーCLは構造物5の振動エネルギーを効率よく取り込むことができるので、振動エネルギー回収装置120は構造物5の振動エネルギーの吸収が促進されることを意味する。
4A shows the voltage between both electrodes of the piezoelectric element 7, and FIG. 4B shows the vibration displacement Δz of the cantilever.
As can be seen from FIGS. 4A and 4B, in the vibration energy recovery device 120 of FIG. 3A, the vibration applied to the piezoelectric element 7 is not rapidly attenuated. Thus, vibration energy is likely to enter the cantilever CL from the
Further, when the vibration energy recovery device 120 is viewed as a vibration absorption device, the cantilever CL can efficiently take in the vibration energy of the
ところで、図3の装置では、制御部820を駆動するための電源が必須である。すなわち、カンチレバーCLの振動変位の検出やピークまたはボトムの個数の検出には、電源を必須とする回路が使用される。しかし、通常は、カンチレバーの振動から回収できるエネルギーはわずかであるため、上記の二次電池を使用することは現実的ではない。
By the way, in the apparatus of FIG. 3, the power supply for driving the
本発明の目的は、圧電素子の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方の反転を自律型アナログ制御回路を用いて行うことで、圧電素子が発生する電力のみで構造物の振動を所望の特性で吸収することである。 It is an object of the present invention to perform vibration of a structure with a desired characteristic only by electric power generated by a piezoelectric element by performing inversion of at least one of voltage polarity and charge polarity of the piezoelectric element using an autonomous analog control circuit. Is to absorb.
本発明は、以下を要旨とする。
〔1〕
構造物の振動を所望の特性で吸収する振動吸収装置であって、
前記振動する構造物からの作用を受け、繰り返しの応力または歪が生じる第1電極と第2電極とを持つ圧電素子と、
前記圧電素子の両電極間に接続された、前記圧電素子に加える電圧を制御する制御部と、
前記圧電素子に並列または直列に接続され、前記圧電素子からの電力を消費する電気負荷と、
を有し、
前記制御部は、交互に動作する第1制御ユニットおよび第2制御ユニットを備え、
前記第1制御ユニットは、
前記圧電素子の第1電極側から第2電極側に向けて導通を行う第1スイッチング素子とコイルとの直列接続回路を有する第1スイッチング回路、および、
前記第1スイッチング素子のスイッチングを制御する自律型第1アナログ制御回路からなり、
前記自律型第1アナログ制御回路は、
前記圧電素子の両電極間に生じる電圧ピークを検出する電圧ピーク検出部と、
固定基準電圧を生成・保持する基準電圧出力部と、
前記電圧ピークの検出ごとに電圧値が上昇するステップ電圧を出力するステップ電圧出力部と、
前記基準電圧出力部が出力する固定基準電圧と、前記ステップ電圧出力部が出力するステップ電圧とを比較し、前記ステップ電圧が前記固定基準電圧を超えたときに前記第1スイッチング素子をオン状態にする、スイッチ信号生成部と、
からなり、
前記第2制御ユニットは、
前記圧電素子の第2電極側から第1電極側に向けて導通を行う第2スイッチング素子とコイルとの直列接続回路を有する第2スイッチング回路、および、
前記第2スイッチング素子のスイッチングを制御する自律型第2アナログ制御回路からなり、
前記自律型第2アナログ制御回路は、
前記圧電素子の両電極間に生じる電圧ボトムを検出する電圧ボトム検出部と、
固定基準電圧を生成・保持する基準電圧出力部と、
前記電圧ボトムの検出ごとに電圧値が上昇するステップ電圧を出力するステップ電圧出力部と、
前記基準電圧出力部が出力する固定基準電圧と、前記ステップ電圧出力部が出力するステップ電圧とを比較し、前記ステップ電圧が前記固定基準電圧を超えたときに前記第2スイッチング素子をオン状態にする、スイッチ信号生成部と、
からなり、
前記制御部は、電圧ボトムが表れる所定回数ごとに、前記第2スイッチング素子のスイッチングを制御することで、前記圧電素子の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方の反転を行い、これにより前記振動する構造物の振動振幅の減衰を制御する、
振動吸収装置。
The gist of the present invention is as follows.
[1]
A vibration absorber that absorbs vibrations of a structure with desired characteristics,
A piezoelectric element having a first electrode and a second electrode, which are subjected to the action from the vibrating structure and cause repeated stress or strain;
A controller connected between both electrodes of the piezoelectric element, for controlling a voltage applied to the piezoelectric element;
An electric load connected in parallel or in series to the piezoelectric element and consuming electric power from the piezoelectric element;
Have
The control unit includes a first control unit and a second control unit that operate alternately,
The first control unit includes:
A first switching circuit having a series connection circuit of a first switching element and a coil that conducts from the first electrode side to the second electrode side of the piezoelectric element; and
An autonomous first analog control circuit for controlling the switching of the first switching element;
The autonomous first analog control circuit is:
A voltage peak detector for detecting a voltage peak generated between both electrodes of the piezoelectric element;
A reference voltage output unit for generating and holding a fixed reference voltage;
A step voltage output unit that outputs a step voltage in which the voltage value increases each time the voltage peak is detected;
The fixed reference voltage output from the reference voltage output unit is compared with the step voltage output from the step voltage output unit, and the first switching element is turned on when the step voltage exceeds the fixed reference voltage. A switch signal generation unit;
Consists of
The second control unit is
A second switching circuit having a series connection circuit of a second switching element and a coil that conducts from the second electrode side to the first electrode side of the piezoelectric element; and
An autonomous second analog control circuit for controlling the switching of the second switching element;
The autonomous second analog control circuit is:
A voltage bottom detector for detecting a voltage bottom generated between both electrodes of the piezoelectric element;
A reference voltage output unit for generating and holding a fixed reference voltage;
A step voltage output unit that outputs a step voltage in which the voltage value increases for each detection of the voltage bottom;
The fixed reference voltage output from the reference voltage output unit is compared with the step voltage output from the step voltage output unit, and the second switching element is turned on when the step voltage exceeds the fixed reference voltage. A switch signal generation unit;
Consists of
The controller controls the switching of the second switching element every predetermined number of times that the voltage bottom appears, thereby reversing at least one of the voltage polarity and the charge polarity of the piezoelectric element, and thereby the vibration. Control damping of vibration amplitude of structures
Vibration absorber.
〔2〕
〔1〕に記載の振動吸収装置において、
前記圧電素子に直列に極性反転補償用キャパシタが接続されている、
振動吸収装置。
[2]
In the vibration absorbing device according to [1],
A polarity reversal compensation capacitor is connected in series to the piezoelectric element,
Vibration absorber.
〔3〕
〔1〕または〔2〕に記載の振動吸収装置において、
前記電圧ピーク検出部は、
前記圧電素子の両電極間に接続された、アノードが前記圧電素子の第1電極に接続された第1ダイオードと、一方の端子が前記第1ダイオードのカソードに接続され他方の端子が前記圧電素子の第2電極に接続された抵抗との直列接続回路、および、アノードが前記圧電素子の第1電極に接続された第2ダイオードと、一方の端子が前記第2ダイオードのカソードに接続され他方の端子が前記圧電素子の第2電極に接続されたキャパシタとの直列接続回路、ならびに、
前記抵抗の前記圧電素子の第2電極に接続された端子とは反対側の第1端子と、前記キャパシタの前記圧電素子の第2電極に接続された端子とは反対側の第2端子との間に接続され、前記第2端子の電圧が前記第1端子の電圧よりも高いときに、前記第2端子の電圧を出力する電圧比較回路と、
からなり、
前記電圧ボトム検出部は、
前記圧電素子の両電極間に接続された、アノードが前記圧電素子の第2電極に接続された第1ダイオードと、一方の端子が前記第1ダイオードのカソードに接続され他方の端子が前記圧電素子の第1電極に接続された抵抗との直列接続回路、および、アノードが前記圧電素子の第2電極に接続された第2ダイオードと、一方の端子が前記第2ダイオードのカソードに接続され他方の端子が前記圧電素子の第1電極に接続されたキャパシタとの直列接続回路、ならびに、
前記抵抗の前記圧電素子の第1電極に接続された端子とは反対側の第1端子と、前記キャパシタの前記圧電素子の第1電極に接続された端子とは反対側の第2端子との間に接続され、前記第2端子の電圧が前記第1端子の電圧よりも高いときに、前記第2端子の電圧を出力する電圧比較回路と、
からなる振動吸収装置。
[3]
In the vibration absorbing device according to [1] or [2],
The voltage peak detector is
A first diode connected between both electrodes of the piezoelectric element, an anode connected to the first electrode of the piezoelectric element, one terminal connected to the cathode of the first diode, and the other terminal connected to the piezoelectric element A series connection circuit with a resistor connected to the second electrode, a second diode whose anode is connected to the first electrode of the piezoelectric element, and one terminal connected to the cathode of the second diode A series connection circuit with a capacitor having a terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element; and
A first terminal of the resistor opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element, and a second terminal of the capacitor opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element. A voltage comparison circuit that is connected in between and outputs the voltage of the second terminal when the voltage of the second terminal is higher than the voltage of the first terminal;
Consists of
The voltage bottom detector is
A first diode connected between both electrodes of the piezoelectric element, an anode connected to the second electrode of the piezoelectric element, one terminal connected to the cathode of the first diode, and the other terminal connected to the piezoelectric element A series connection circuit with a resistor connected to the first electrode, a second diode whose anode is connected to the second electrode of the piezoelectric element, and one terminal connected to the cathode of the second diode A series connection circuit with a capacitor having a terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element; and
A first terminal of the resistor opposite to a terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element, and a second terminal of the capacitor opposite to a terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element. A voltage comparison circuit that is connected in between and outputs the voltage of the second terminal when the voltage of the second terminal is higher than the voltage of the first terminal;
A vibration absorber comprising:
〔4〕
〔1〕から〔3〕の何れかに記載の振動吸収装置において、
前記第1制御ユニットの前記基準電圧出力部は、
アノードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したダイオードと、カソードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したツェナーダイオードとの直列接続回路と、前記直列接続回路に一方端子が接続され他方端子が前記圧電素子の第2電極に接続された電圧保持キャパシタとからなり、
前記第2制御ユニットの前記基準電圧出力部は、
アノードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したダイオードと、カソードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したツェナーダイオードとの直列接続回路と、前記直列接続回路に一方端子が接続され他方端子が前記圧電素子の第1電極に接続された電圧保持キャパシタとからなる、
振動吸収装置。
[4]
In the vibration absorbing device according to any one of [1] to [3],
The reference voltage output unit of the first control unit is:
A series connection circuit of a diode having an anode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, a Zener diode having a cathode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, and one terminal connected to the series connection circuit, the other terminal Comprises a voltage holding capacitor connected to the second electrode of the piezoelectric element,
The reference voltage output unit of the second control unit is
A series connection circuit of a diode having an anode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, a Zener diode having a cathode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, and one terminal connected to the series connection circuit, the other terminal Comprises a voltage holding capacitor connected to the first electrode of the piezoelectric element,
Vibration absorber.
〔5〕
〔1〕から〔4〕の何れかに記載の振動吸収装置において、
前記第1制御ユニットの前記ステップ電圧出力部は、
アノードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したダイオードと、前記ダイオードに一方端子が接続され他方端子が前記圧電素子の第2電極に接続されたステップ電圧生成キャパシタとからなり、
前記第2制御ユニットの前記基準電圧出力部は、
アノードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したダイオードと、前記ダイオードに一方端子が接続され他方端子が前記圧電素子の第1電極に接続されたステップ電圧生成キャパシタとからなる、
振動吸収装置。
[5]
In the vibration absorbing device according to any one of [1] to [4],
The step voltage output unit of the first control unit is:
A diode having an anode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, and a step voltage generating capacitor having one terminal connected to the diode and the other terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element;
The reference voltage output unit of the second control unit is
A diode having an anode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, and a step voltage generating capacitor having one terminal connected to the diode and the other terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element;
Vibration absorber.
〔6〕
〔3〕から〔5〕の何れかに記載の振動吸収装置において、
前記第1制御ユニットの前記スイッチ信号生成部は、
前記電圧保持キャパシタの前記圧電素子の第2電極に接続された端子とは反対側の第1端子と、前記ステップ電圧生成キャパシタの前記圧電素子の第2電極に接続された端子とは反対側の第2端子との間に接続され、前記第2端子の電圧が前記第1端子の電圧よりも高いときに、前記第2端子の電圧を出力する電圧比較回路からなり、
前記第2制御ユニットの前記スイッチ信号生成部は、
前記電圧保持キャパシタの前記圧電素子の第1電極に接続された端子とは反対側の第1端子と、前記ステップ電圧生成キャパシタの前記圧電素子の第1電極に接続された端子とは反対側の第2端子との間に接続され、前記第2端子の電圧が前記第1端子の電圧よりも高いときに、前記第2端子の電圧を出力する電圧比較回路からなる、
振動吸収装置。
[6]
In the vibration absorbing device according to any one of [3] to [5],
The switch signal generator of the first control unit is
The first terminal of the voltage holding capacitor opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element and the terminal of the step voltage generating capacitor opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element. A voltage comparison circuit connected between the second terminal and outputting the voltage of the second terminal when the voltage of the second terminal is higher than the voltage of the first terminal;
The switch signal generator of the second control unit is
The first terminal of the voltage holding capacitor opposite to the terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element and the terminal of the step voltage generating capacitor opposite to the terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element. A voltage comparison circuit connected between the second terminal and outputting the voltage of the second terminal when the voltage of the second terminal is higher than the voltage of the first terminal;
Vibration absorber.
本発明において、圧電素子は、圧電素子は振動源としての構造物から繰り返しの応力または歪が生じるように当該構造物に取り付けられていてもよい。また、圧電素子は、構造物に結合された可振体から繰り返しの応力または歪が生じるように当該可振体に取り付けられていてもよい。
本発明において、「圧電素子の電圧の極性または電荷の極性」は、「圧電素子の両電極間に生じる電圧の極性または圧電素子の両電極に表れる電荷の極性」と言い換えることもできる。
In the present invention, the piezoelectric element may be attached to the structure so that repeated stress or strain is generated from the structure as a vibration source. Further, the piezoelectric element may be attached to the vibrating body so that repeated stress or strain is generated from the vibrating body coupled to the structure.
In the present invention, “the polarity of the voltage of the piezoelectric element or the polarity of the electric charge” can be rephrased as “the polarity of the voltage generated between both electrodes of the piezoelectric element or the polarity of the electric charge appearing on both electrodes of the piezoelectric element”.
本発明の振動吸収装置は、たとえば、橋・道路の橋脚・陸橋等の振動抑制用装置、住宅・オフィスビル等の窓ガラスの振動抑制装置等として使用できる。 The vibration absorbing device of the present invention can be used, for example, as a vibration suppressing device for bridges, road piers, overpasses, etc., a vibration suppressing device for window glass of houses, office buildings, and the like.
本発明によれば、自律型アナログ制御回路(圧電素子のエネルギーのみで駆動できる制御回路)を用いて電圧ピークおよび電圧ボトムを検出し、かつ電圧ピークの所定回数ごとおよび電圧ボトムの所定回数ごとに、圧電素子の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方を反転することで、圧電素子にかかる電圧を大きくでき、これにより構造物の振動エネルギーを効率よく吸収することができる。
また、本発明では、構造物の振動エネルギーの電気エネルギー(電力)への変換は、設定により速やかに行うこともできるし、徐々に行うこともできる。
本発明では、アナログ素子のみを用いて構成し、かつ外部電源を必要としないので、制御部、ひいては装置全体を小型化できる。
According to the present invention, a voltage peak and a voltage bottom are detected using an autonomous analog control circuit (a control circuit that can be driven only by the energy of the piezoelectric element), and every predetermined number of voltage peaks and every predetermined number of voltage bottoms. The voltage applied to the piezoelectric element can be increased by reversing at least one of the polarity of the voltage of the piezoelectric element or the polarity of the electric charge, and thereby the vibration energy of the structure can be efficiently absorbed.
Further, in the present invention, the conversion of the vibration energy of the structure into the electric energy (electric power) can be performed quickly or gradually depending on the setting.
In the present invention, since only an analog element is used and an external power source is not required, the control unit, and thus the entire apparatus can be reduced in size.
図5(A)は本発明の振動吸収装置の一例を示す概要図である。
図5(A)において、振動吸収装置100は、圧電素子1と、制御部2と、電気負荷3とからなる。
圧電素子1は構造物5に直接取り付けられている。
図5(B)(図5(A)における符号K部分の拡大図)に示すように、構造物5の上面には、第1電極PPと、ピエゾ結晶PZTと、第2電極SP(接地されている)とからなる圧電素子1が貼着されており、構造物5が繰り返して撓むことで圧電素子1には繰り返しの応力または歪が生じ、発電が行なわれる。
制御部2は、圧電素子1の両電極間に接続され、所定条件のもとに圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方を反転させる。電気負荷3は、圧電素子1の両電極間に接続され、圧電素子1から電力を取り出す。電気負荷は、たとえば抵抗や発光素子であってもよいし、発光素子を駆動する回路を含んでいてもよい。
なお、図5(A)では、圧電素子1に対して、制御部2と電気負荷3とを並列に接続したが、後述するように(図15参照)、圧電素子1と制御部2と電気負荷3の3要素を直列に接続しても、本発明の作用・効果を奏することができる。
FIG. 5A is a schematic diagram showing an example of the vibration absorber of the present invention.
In FIG. 5A, the vibration absorbing device 100 includes a
The
As shown in FIG. 5B (enlarged view of the portion K in FIG. 5A), on the upper surface of the
The
In FIG. 5A, the
図6(A)−(C)は、ブリッジ状の構造物5が撓んだときに、圧電素子1に生じる応力または歪の向きを示す説明図である。
構造物5が上向きに撓んだときには、図6(A)に示すように、圧電素子1には長さ方向に引っ張り応力または伸長歪が生じ、厚み方向に圧縮応力または圧縮歪が生じる。
構造物5が撓んでいない状態では、図6(B)に示すように、圧電素子1には、長さ方向および厚み方向の何れにも応力または歪が生じない。
構造物5が下向きに撓んだときに、図6(C)に示すように、圧電素子1には長さ方向に圧縮応力または圧縮歪が生じ、厚み方向に引っ張り応力または伸長歪が生じる。
図5(A),(B)では、圧電素子1をブリッジ状の構造物5に貼着した例を示したが、圧電素子1は、振動する構造物5であれば、柱、ボード等に貼着することができる。
圧電素子1のピエゾ結晶PZTは、図6(D)に示すように、圧電素子1が構造物5とマスMとの間に挟まれて圧縮と伸長を受けることもできる。この場合には、図6(D)に示すように、マスMがバネSの作用により上下に振動すると、圧電素子1のピエゾ結晶PZTには繰り返しの応力(圧縮応力と引っ張り応力)または繰り返しの歪(圧縮歪と伸長歪)が生じ、第1電極PPと第2電極SPとの間に起電力が発生する。
6A to 6C are explanatory views showing directions of stress or strain generated in the
When the
In a state where the
When the
5A and 5B show an example in which the
The piezoelectric crystal PZT of the
図7(A)は本発明の振動吸収装置の他の例を示す概要図である。
図7(A)において、振動吸収装置100は、構造物5に取り付けられた可振体10(図7(A)では、後述するカンチレバー)に組み込まれている。
振動吸収装置100は、圧電素子1と、制御部2と、電気負荷3とからなる。
圧電素子1には、カンチレバーCLのアームCLAに組み込まれて、繰り返しの応力または繰り返しの歪が生じる。図7(A)では構造物5の振動は、カンチレバーCLの先端のウェイトCLWの振動に変換される。図7(B)(図7(A)における符号K部分の拡大図)に示すように、アームCLAには、第1電極PPと、ピエゾ結晶PZTと、第2電極SP(接地されている)とからなる圧電素子1が積層形成されており、アームCLAが繰り返して撓むことで圧電素子1には繰り返しの応力または繰り返しの歪が生じ、発電が行なわれる。
なお、カンチレバーCLは、構造物5の振動に原因して振動するとは限らず、風、流体からの圧力、人力などの外力によっても振動し得ることに注意すべきである。
なお、図7(A)では、圧電素子1に対して、制御部2と電気負荷3とを並列に接続したが、後述するように(図15参照)、圧電素子1と制御部2と電気負荷3の3要素を直列に接続しても、本発明の作用・効果を奏することができる。
FIG. 7A is a schematic diagram showing another example of the vibration absorber of the present invention.
In FIG. 7A, the vibration absorbing device 100 is incorporated in a vibrating body 10 (a cantilever described later in FIG. 7A) attached to the
The vibration absorbing device 100 includes a
The
It should be noted that the cantilever CL does not necessarily vibrate due to the vibration of the
In FIG. 7A, the
圧電素子1は、繰り返しの応力または繰り返しの歪を受けることができれば、アームCLAの支点(支柱CLPの上部)を含まない部位(アームCLAが撓む部位)に設けることができる。
また、図7(A)のカンチレバーCLでは、アームCLAは支柱CLPの上部に取り付けられているが、支柱CLPが存在しない構成(構造物5に直接アームCLAが取り付けられた構成)とすることもできる。
さらに、圧電素子1が繰り返しの応力または繰り返しの歪を受けることができる構成であれば、可振体10として、板ばね、皿ばね、渦巻きばね、コイルばね等の振動体に組み込むことができる。
The
Further, in the cantilever CL of FIG. 7A, the arm CLA is attached to the upper part of the support CLP, but the support CLP may not be present (the structure in which the arm CLA is directly attached to the structure 5). it can.
Furthermore, as long as the
制御部2は、圧電素子1の両電極間に接続され、所定条件のもとに圧電素子1の両電極の電圧の極性または電荷のを反転させる。電気負荷3は、圧電素子1の両電極間に接続され、圧電素子1から電力を取り出す。
以下、振動吸収装置100の動作(圧電素子1、制御部2および電気負荷3の各動作)を説明する。
The
Hereinafter, operations of the vibration absorbing device 100 (operations of the
図8は振動吸収装置100の回路説明図である。
図8において圧電素子1は、等価的に交流電源Gp(電圧源)とキャパシタCp(等価キャパシタCp)との直列接続回路で表されている。交流電源Gpは、繰り返し応力または繰り返しの歪を受けた圧電素子1から発生する起電力であり、等価キャパシタCpは圧電素子1が持つキャパシタンスに基づいている。
なお、図8では圧電素子1は、上記したように、交流電源(電圧源)GpとキャパシタCp(等価キャパシタCp)との直列接続回路で表されているが、交流電源(電流源)と等価キャパシタとの並列接続回路で表すこともできる。
制御部2は、交互に動作する第1制御ユニット21および第2制御ユニット22を備えている。
第1制御ユニット21は、第1スイッチング回路211と、自律型第1アナログ制御回路212からなり、第1スイッチング素子211をオン状態にすることで、電圧ピークが表れる所定回数ごとに圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方の反転を行う。
第1スイッチング回路211は、圧電素子1の第1電極PP側から第2電極SP側に向けて導通を行う第1スイッチング素子SCR1とコイルL1との直列接続回路からなる。
本実施形態では、コイルL1は、圧電素子1の等価キャパシタCpと適切な電気振動が生じるようにインダクタンスが設定されている。
第1スイッチング回路211において、コイルL1とサイリスタSCR1の配置には自由度があり、たとえばコイルL1とサイリスタSCR1の配置を逆にすることもできる。
自律型第1アナログ制御回路212は、電圧ピーク検出部2121と、基準電圧出力部2122と、ステップ電圧出力部2123と、スイッチ信号生成部2124とからなり、第1スイッチング素子SCR1のスイッチングを制御する。
なお、図8では、圧電素子1に対して、制御部2と電気負荷3とを並列に接続したが、後述するように(図15参照)、圧電素子1と制御部2と電気負荷3の3要素を直列に接続しても、本発明の作用・効果を奏することができる。
FIG. 8 is a circuit explanatory diagram of the vibration absorber 100.
In FIG. 8, the
In FIG. 8, the
The
The first control unit 21 includes a
The
In the present embodiment, the coil L1 is set to have an inductance so as to generate an appropriate electrical vibration with the equivalent capacitor Cp of the
In the
The autonomous first analog control circuit 212 includes a voltage
In FIG. 8, the
電圧ピーク検出部2121は、直列接続回路SRL11と、直列接続回路SRL12と、電圧比較回路PUT11とからなり、圧電素子1の両電極間に生じる電圧ピークを検出する。
電圧ピーク検出部2121は、圧電素子1の両電極間に生じる電圧ピークを検出できるものであれば、図8に記載した構成に限定はされない。電圧ピーク検出部2121として、本出願前に公知となっている電圧ピーク検出回路を用いることができる。また、後述する電圧ボトム検出部2221についても同様、本出願前に公知となっている電圧ピーク検出回路を用いることができることは言うまでもない。
直列接続回路SRL11は、圧電素子1の両電極間に接続された、第1ダイオードD11と抵抗R11との直列接続回路である。第1ダイオードD11は、アノードが圧電素子1の第1電極PPに接続されている。抵抗R11は、一方の端子が第1ダイオードD11のカソードに接続され他方の端子が圧電素子1の第2電極SPに接続されている。
直列接続回路SRL12は、圧電素子1の両電極間に接続された第2ダイオードD12とキャパシタC11との直列接続回路である。第2ダイオードD12は、アノードが圧電素子1の第1電極PPに接続されている。キャパシタC11は、一方の端子が第2ダイオードD12のカソードに接続され他方の端子が圧電素子1の第2電極SPに接続されている。
電圧比較回路PUT11は、抵抗R11の圧電素子1の第2電極SPに接続された端子とは反対側の第1端子T11と、キャパシタC11の圧電素子1の第2電極SPに接続された端子とは反対側の第2端子T12との間に接続されている。電圧比較回路PUT11は、第2端子T12の電圧と第1端子T11の電圧との差が所定値(VAOFFSET≧0)を超えたきに、第2端子T12の電圧を出力する。
The voltage
The voltage
The series connection circuit SRL11 is a series connection circuit of a first diode D11 and a resistor R11 connected between both electrodes of the
The series connection circuit SRL12 is a series connection circuit of a second diode D12 and a capacitor C11 connected between both electrodes of the
The voltage comparison circuit PUT11 includes a first terminal T11 opposite to a terminal connected to the second electrode SP of the
基準電圧出力部2122は、アノードが電圧比較回路PUT11の出力端子側に配向したダイオードD13と、カソードが電圧比較回路の出力端子側に配向したツェナーダイオードZD1との直列接続回路と、この直列接続回路に一方端子が接続され他方端子が圧電素子1の第2電極SPに接続された電圧保持キャパシタC12とからなる。基準電圧出力部2122は、固定基準電圧を生成・保持する。
The reference
ステップ電圧出力部2123は、アノードが電圧比較回路PUT11の出力端子側に配向したダイオードD14と、抵抗R12との直列接続回路と、この直列接続回路に一方端子が接続され他方端子が圧電素子1の第2電極SPに接続されたステップ電圧生成キャパシタC13とからなる。
ステップ電圧出力部2123は、電圧ピークの検出ごとに電圧値が上昇するステップ電圧を出力する。
スイッチ信号生成部2124は、電圧比較回路PUT12からなる。
The step
The step
The switch
スイッチ信号生成部2124は、基準電圧出力部2122が出力する固定基準電圧VREFと、ステップ電圧出力部2123が出力する電圧VSTPとを比較し、電圧VSTPが固定基準電圧VREFを超えたときに第1スイッチング素子SCR1をオン状態にする。
具体的には、スイッチ信号生成部2124は、電圧保持キャパシタC12の圧電素子1の第2電極SPに接続された端子とは反対側の第1端子T13と、ステップ電圧生成キャパシタC13の圧電素子1の第2電極SPに接続された端子とは反対側の第2端子T14との間に接続されており、第2端子T14の電圧VSTPと第1端子T13の電圧(固定基準電圧VREF)との差が所定値(VBOFFSET)を超えたきに、第2端子T14の電圧VSTPを出力する。
The switch
Specifically, the switch
以上、第1制御ユニット21の構成を説明した。第2制御ユニット22の構成は第1制御ユニット21の構成と同じである。
すなわち、第2制御ユニット22は、第2スイッチング回路221と、自律型第2アナログ制御回路222とからなり、これらが第1制御ユニット21の第1スイッチング回路211と、自律型第2アナログ制御回路212とに対応する。
ただし、圧電素子1の第1電極PPに接続された第1制御ユニット21の端子に対応する第2制御ユニット22の端子は、圧電素子1の第2電極SPに接続される。また、圧電素子1の第2電極SPに接続された第1制御ユニット21の端子に対応する第2制御ユニット22の端子は、圧電素子1の第1電極PPに接続される。
The configuration of the first control unit 21 has been described above. The configuration of the second control unit 22 is the same as the configuration of the first control unit 21.
That is, the second control unit 22 includes a
However, the terminal of the second control unit 22 corresponding to the terminal of the first control unit 21 connected to the first electrode PP of the
第2制御ユニット22は、第2スイッチング回路221と、自律型第2アナログ制御回路222からなり、自律型第2アナログ制御回路222は、圧電素子1の両電極間に生じる電圧ボトムを検出し、電圧ボトムが表れる所定回数ごとに、第2スイッチング素子221をオン状態にすることで、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方の反転を行う。
第2スイッチング回路221は、第2スイッチング素子SCR2とコイルL2との直列接続回路であり、これは第1スイッチング回路211の第1スイッチング素子SCR1とコイルL1との直列接続回路に対応する。
コイルL2の値は、コイルL1の値と同じでもよいし、異なっていてもよい。
本実施形態では、コイルL2は、圧電素子1の等価キャパシタCpと適切な電気振動が生じるようにインダクタンスが選択されている。
本実施形態では、コイルL1は、圧電素子1の等価キャパシタCpと適切な電気振動が生じるようにインダクタンスが設定されている。
なお、第2スイッチング素子SCR2は、圧電素子1の第2電極SP側から第1電極PP側に向けて導通を行う。
第2スイッチング回路221において、コイルL2とサイリスタSCR2の配置には自由度があり、たとえばコイルL2とサイリスタSCR2の配置を逆にすることもできる。
The second control unit 22 includes a
The
The value of the coil L2 may be the same as or different from the value of the coil L1.
In the present embodiment, the inductance of the coil L2 is selected so as to generate an appropriate electrical vibration with the equivalent capacitor Cp of the
In the present embodiment, the coil L1 is set to have an inductance so as to generate an appropriate electrical vibration with the equivalent capacitor Cp of the
The second switching element SCR2 conducts from the second electrode SP side of the
In the
自律型第2アナログ制御回路222は、電圧ボトム検出部2221と、基準電圧出力部2222と、ステップ電圧出力部2223と、スイッチ信号生成部2224とからなり、これらは自律型第1アナログ制御回路212の、電圧ピーク検出部2121と、基準電圧出力部2122と、ステップ電圧出力部2123と、スイッチ信号生成部2124とに対応する。
The autonomous second analog control circuit 222 includes a voltage
電圧ボトム検出部2221は、直列接続回路SRL21と、直列接続回路SRL22と、電圧比較回路PUT21とからなり、これらは自律型第1アナログ制御回路212における電圧ピーク検出部2121の、直列接続回路SRL11と、直列接続回路SRL12と、電圧比較回路PUT11とに対応する。
第1ダイオードD21と抵抗R21との直列接続回路SRL21は、第1ダイオードD11と抵抗R11との直列接続回路SRL11に対応する。第1ダイオードD21は、アノードが圧電素子1の第2電極SPに接続されている。また、抵抗R21は、一方の端子が第1ダイオードD21のカソードに接続され他方の端子が圧電素子1の第1電極PPに接続されている。
第2ダイオードD22とキャパシタC21との直列接続回路SRL22は、第2ダイオードD12とキャパシタC11との直列接続回路SRL12に対応する。第2ダイオードD22は、アノードが圧電素子1の第2電極SPに接続されている。また、キャパシタC21は、一方の端子が第2ダイオードD22のカソードに接続され他方の端子が圧電素子1の第1電極PPに接続されている。
電圧比較回路PUT21は、電圧比較回路PUT11に対応する。電圧比較回路PUT21は、抵抗R21の圧電素子1の第1電極PPに接続された端子とは反対側の第1端子T21と、キャパシタC21の圧電素子1の第1電極PPに接続された端子とは反対側の第2端子T22との間に接続されている。
電圧比較回路PUT21は、第2端子T22の電圧と第1端子T21の電圧との差が所定値(VAOFFSET)を超えたきに、第2端子T22の電圧を出力する。この所定値(VAOFFSET)は、自律型第1アナログ制御回路212における電圧ピーク検出部2121の電圧比較回路PUT11に設定された所定値(VAOFFSET)に対応している。
The voltage
The series connection circuit SRL21 of the first diode D21 and the resistor R21 corresponds to the series connection circuit SRL11 of the first diode D11 and the resistor R11. The first diode D21 has an anode connected to the second electrode SP of the
The series connection circuit SRL22 of the second diode D22 and the capacitor C21 corresponds to the series connection circuit SRL12 of the second diode D12 and the capacitor C11. The second diode D22 has an anode connected to the second electrode SP of the
The voltage comparison circuit PUT21 corresponds to the voltage comparison circuit PUT11. The voltage comparison circuit PUT21 includes a first terminal T21 opposite to the terminal connected to the first electrode PP of the
The voltage comparison circuit PUT21 outputs the voltage at the second terminal T22 when the difference between the voltage at the second terminal T22 and the voltage at the first terminal T21 exceeds a predetermined value (VAOFFSET). This predetermined value (VAOFFSET) corresponds to the predetermined value (VAOFFSET) set in the voltage comparison circuit PUT11 of the
基準電圧出力部2222は、ダイオードD23と、ツェナーダイオードZD2と、電圧保持キャパシタC22とからなり、これらは自律型第1アナログ制御回路212における基準電圧出力部2122の、ダイオードD13と、ツェナーダイオードZD1と、電圧保持キャパシタC12とに対応する。
ダイオードD23と、ツェナーダイオードZD2との直列接続回路に電圧保持キャパシタC22の一方端子が接続され、電圧保持キャパシタC22の他方端子が圧電素子1の第1電極PPに接続される。
ステップ電圧出力部2223は、ダイオードD24と、抵抗R22と、ステップ電圧生成キャパシタC23とからなり、これらは、自律型第1アナログ制御回路212におけるステップ電圧出力部2123の、ダイオードD14と、抵抗R12と、ステップ電圧生成キャパシタC13とに対応する。ステップ電圧生成キャパシタC23の一方端子は、ダイオードD24と抵抗R22との直列接続回路に接続され、他方端子は圧電素子1の第1電極PPに接続される。
ステップ電圧出力部2223は、電圧ボトムの検出ごとに電圧値が上昇するステップ電圧を出力する。
The reference
One terminal of the voltage holding capacitor C22 is connected to a series connection circuit of the diode D23 and the Zener diode ZD2, and the other terminal of the voltage holding capacitor C22 is connected to the first electrode PP of the
The step
The step
スイッチ信号生成部2224は、電圧比較回路PUT22からなり、これは、自律型第1アナログ制御回路212におけるスイッチ信号生成部2124の電圧比較回路PUT12に対応する。
スイッチ信号生成部2224は、基準電圧出力部2222が出力する固定基準電圧VREFと、ステップ電圧出力部2223が出力する電圧VSTPとを比較し、電圧VSTPが固定基準電圧VREFを超えたときに第2スイッチング素子(SCR2)をオン状態にする。
具体的には、スイッチ信号生成部2224は、電圧保持キャパシタC22の圧電素子1の第1電極PPに接続された端子とは反対側の第1端子T23と、ステップ電圧生成キャパシタC23の圧電素子1の第1電極PPに接続された端子とは反対側の第2端子T24との間に接続されており、第2端子T24の電圧と第1端子T23との差が所定値(VBOFFSET)を超えたきに、第2端子T24の電圧を出力する。この所定値(VBOFFSET)は、自律型第1アナログ制御回路212におけるスイッチ信号生成部2124の電圧比較回路PUT12に設定された所定値(VBOFFSET)に対応している。
The switch
The switch
Specifically, the switch
電気負荷3は、LED駆動回路31を備えており、LED駆動回路31の入力端子a1,a2は圧電素子1の両電極間に接続され、出力端子b1,b2間には発光ダイオードLEDsが接続されている。
The
可振体10が図5(A),(B)、図6(A)−(D)に示したように構造物5に貼着されている場合の振動吸収装置100の動作は、可振体10が図7(A),(B)で説明したカンチレバーCLである場合と概ね同じである。
したがって、以下では、図8に示した振動吸収装置100の動作を、可振体10が図7(A),(B)で説明したカンチレバーCLである場合を例に説明する。
前述した図7(A)に参照されるように、構造物5の振動VIBはカンチレバーCLのウェイトCLWの振動に変換される。
ウェイトCLWの振動により、カンチレバーCLのアームCLAに形成された圧電素子1には繰り返しの応力または歪が生じる。
The operation of the vibration absorbing device 100 when the vibrating
Therefore, in the following, the operation of the vibration absorbing device 100 shown in FIG. 8 will be described by taking as an example the case where the vibrating
As shown in FIG. 7A, the vibration VIB of the
Due to the vibration of the weight CLW, repeated stress or strain is generated in the
図9(A)の圧電素子1の等価回路に示すように、この応力または歪により圧電素子1には振動する起電力(交流起電力Vgp)が生成される。また、等価キャパシタCpの電圧がバイアスVcpとして働く(図9(A)では第1電極PP側が正、第2電極SP側が負として示されている)。
なお、前述したように、圧電素子1は、交流電源(電流源)と等価キャパシタとの並列接続回路で表すこともできる。
図9(B)に、カンチレバーCLの振動変位Δzと、両電極間電圧Vpとの関係を示す。
As shown in the equivalent circuit of the
As described above, the
FIG. 9B shows the relationship between the vibration displacement Δz of the cantilever CL and the voltage Vp between both electrodes.
図10に、圧電素子1の両電極間電圧Vp、電圧比較回路PUT11の出力、電圧保持キャパシタC12の電圧(固定基準電圧VREF)、ステップ電圧生成キャパシタC13の電圧VSTP、サイリスタSCR1のゲート信号igSCR1との関係を示す。
第1電極PP側が正の場合には第1制御ユニット21が動作する。すなわち、自律型第1アナログ制御回路212の電圧ピーク検出部2121が両電極間電圧Vpの1つ目のピークを検出し(図10の時刻t1参照)、電圧比較回路PUT11にゲート電流を与え、電圧比較回路PUT11はオン状態となる。
これにより基準電圧出力部2122の電圧保持キャパシタC12の電圧(固定基準電圧VREF)は基準電圧に上昇し、ステップ電圧出力部2123のステップ電圧生成キャパシタC13の電圧VSTPはステップ変化する。
抵抗R12により、ステップ電圧生成キャパシタC13の充電速度は、電圧保持キャパシタC12の充電速度よりも遅くなる。このため、充電開始時には、VSTP<VREFであり、電圧比較回路PUT12はオン状態とはならない。
FIG. 10 shows the voltage Vp between both electrodes of the
When the first electrode PP side is positive, the first control unit 21 operates. That is, the
As a result, the voltage of the voltage holding capacitor C12 of the reference voltage output unit 2122 (fixed reference voltage VREF) rises to the reference voltage, and the voltage VSTP of the step voltage generation capacitor C13 of the step
Due to the resistor R12, the charging speed of the step voltage generation capacitor C13 becomes slower than the charging speed of the voltage holding capacitor C12. Therefore, at the start of charging, VSTP <VREF, and the voltage comparison circuit PUT12 is not turned on.
電圧ピーク検出部2121が両電極間電圧Vpの2つ目のピークを検出したときも(図10の時刻t2参照)、上記と同様、VSTP<VREFであるので、電圧比較回路PUT12はオン状態とはならない。
電圧ピーク検出部2121が両電極間電圧Vpの3つ目のピークを検出したときは(図10の時刻t3参照)、ツェナーダイオードZD1により、ステップ電圧生成キャパシタC13の充電電圧(電圧VSTP)は、電圧保持キャパシタC12の充電電圧(固定基準電圧VREF)よりも大きくなる。
これにより、電圧比較回路PUT12の動作条件式、VSTP−VREF>VBOFFSETが満たされ、電圧比較回路PUT12はオン状態となる。
電圧比較回路PUT12がオン状態となることで、サイリスタSCR1にゲート信号が送られ(図10のigSCR1参照)、圧電素子1の両電極間の電圧の反転が開始される。
電圧ピーク検出部2121が両電極間電圧Vpがピークを何回検出したときに、ステップ電圧生成キャパシタC13の充電電圧が、電圧保持キャパシタC12の充電電圧(固定基準電圧VREF)よりも大きくなるか(すなわち、何回の電圧ピークに一回、圧電素子1の両電極間の電圧の反転が行なわれるか)は、抵抗R12およびR22によって設定することができる。
この設定により、構造物5の振動エネルギーを速やかに電気エネルギー(電力)に変換することもできる。また、構造物5の振動エネルギーを徐々に電気エネルギー(電力)に変換することもできる。
When the voltage
When the
As a result, the operating condition formula of the voltage comparison circuit PUT12, VSTP-VREF> VBOFFSET, is satisfied, and the voltage comparison circuit PUT12 is turned on.
When the voltage comparison circuit PUT12 is turned on, a gate signal is sent to the thyristor SCR1 (see igSCR1 in FIG. 10), and inversion of the voltage between both electrodes of the
When the voltage
With this setting, vibration energy of the
図11(A)−(D)は、圧電素子1の両電極間の電圧の反転の様子を示す図である。
図11(A)は、第1スイッチング素子SCR1がオン状態となる前の状態を示している(電流ipzt=0)。ここでは圧電素子1のキャパシタCpは、第1電極PP側が正電圧となるように充電されている。
図11(B),(C)は、第1スイッチング素子SCR1がオン状態となった直後の状態を示している(電流ipzt>0)。圧電素子1の等価キャパシタCpと第1スイッチング回路211のコイルL1が電気的な振動を生じさせる回路を構成することにより、等価キャパシタCpに充電された正電荷が第1電極PPから第2電極SPに流れる(負電荷が第2電極SPから第1電極PPに流れる)。
図11(D)は、第1スイッチング素子SCR1がオフ(消弧)した様子を示している(電流ipzt=0)。圧電素子1の等価キャパシタCpの第1電極PP側が負に、第2電極SP側が正に充電されると、第1スイッチング素子SCR1には逆阻止電圧が加えられるのでSCR1はオフしている。
これにより、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)の反転が完了し、制御は第1制御ユニット21から、第2制御ユニット22に渡される。
11A to 11D are diagrams illustrating how the voltage between the electrodes of the
FIG. 11A shows a state before the first switching element SCR1 is turned on (current ipzt = 0). Here, the capacitor Cp of the
FIGS. 11B and 11C show a state immediately after the first switching element SCR1 is turned on (current ipzt> 0). The equivalent capacitor Cp of the
FIG. 11D shows a state where the first switching element SCR1 is turned off (extinguishes) (current ipzt = 0). When the equivalent electrode Cp of the
Thereby, the reversal of at least one of the voltage polarity and the charge polarity of the piezoelectric element 1 (the charge charge polarity of the equivalent capacitor Cp) is completed, and the control is transferred from the first control unit 21 to the second control unit 22. .
図12(A)は正の電圧ピークの3回に1回、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)の少なくとも一方を反転させ、負の電圧ボトムでは毎回、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)の少なくとも一方を反転させたときの、圧電素子1の両電極間の電圧Vpを示している。
図12(B)は正の電圧ピークの2回に1回、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)の少なくとも一方を反転させ、負の電圧ボトムでは毎回、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)の少なくとも一方を反転させたときの、圧電素子1の両電極間の電圧Vpを示している。
In FIG. 12A, once every three positive voltage peaks, the polarity of the voltage of the
In FIG. 12B, once every two times of the positive voltage peak, the polarity of the voltage of the
図13(A)は正の電圧ピークおよび負の電圧ボトムについて、ともに3回に1回、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)の少なくとも一方を反転させときの、圧電素子1の両電極間の電圧Vpを示している。
図13(B)は正の電圧ピークおよび負の電圧ボトムについて、ともに2回に1回、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)をの少なくとも一方反転させときの、圧電素子1の両電極間の電圧Vpを示している。
In FIG. 13A, for the positive voltage peak and the negative voltage bottom, at least one of the polarity of the voltage of the
FIG. 13B shows at least one inversion of the polarity of the voltage of the
図14は、本発明の振動吸収装置100における圧電素子1の両電極間の電圧の変化および図1(A)の振動エネルギー回収装置110を振動吸収装置として使用したときの両電極間の電圧変化を示す図である。
図14の実線は、本発明において正の電圧ピークおよび負の電圧ボトムについて、ともに2回に1回、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)の少なくとも一方を反転させときの、圧電素子1の両電極間の電圧Vpを示している。
図14では、本発明の振動吸収装置を用いた場合の圧電素子の両電極間の電圧は、加振開始から40秒経過した時点で、図1に示した従来の振動吸収装置を用いた場合(図14の破線)の3倍近く大きな値となることがわかる。
表1に、電圧のピークまたは電圧ボトムがX回現れるごとに1回、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性(等価キャパシタCpの充電電荷の極性)の少なくとも一方を反転させたときの振動変位の時間平均〔mm〕を示す。
本例では、Xを変化させることで所望の振動変位が実現されていることがわかる。
14 shows a change in voltage between both electrodes of the
The solid line in FIG. 14 indicates at least the polarity of the voltage of the
In FIG. 14, when the vibration absorbing device of the present invention is used, the voltage between both electrodes of the piezoelectric element is 40 seconds after the start of vibration when the conventional vibration absorbing device shown in FIG. 1 is used. It can be seen that the value is nearly three times as large as (broken line in FIG. 14).
In Table 1, the vibration when at least one of the polarity of the voltage or the polarity of the charge of the piezoelectric element 1 (the polarity of the charge of the equivalent capacitor Cp) is reversed once every time the voltage peak or the voltage bottom appears X times. The time average [mm] of displacement is shown.
In this example, it can be seen that the desired vibration displacement is realized by changing X.
前述したように、本発明では、圧電素子1と制御部2と電気負荷3の3要素を直列に接続することができる。
図15は、圧電素子1の第2端子SPと電気負荷3の一方の入力端子a1とを接続し、圧電素子1の第1端子PPに制御部2の制御端子c1を接続し、電気負荷3の他方の入力端子a2に制御部2の制御端子c2を接続した振動吸収装置100を示す図である。
図15の構成の振動吸収装置100でも、本発明の作用・効果を奏することができる。
As described above, in the present invention, the three elements of the
In FIG. 15, the second terminal SP of the
The vibration absorbing device 100 having the configuration shown in FIG. 15 can also provide the operations and effects of the present invention.
図16は、圧電素子に直列に極性反転補償用キャパシタCrcが接続された振動吸収装置100を示す図である。図16の振動吸収装置100では、極性反転補償用キャパシタCrcが、圧電素子1の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方の反転に寄与している。
図16の構成の振動吸収装置100でも、本発明の作用・効果を奏することができる。
FIG. 16 is a diagram showing a vibration absorber 100 in which a polarity reversal compensation capacitor Crc is connected in series with a piezoelectric element. In the vibration absorbing device 100 of FIG. 16, the polarity reversal compensation capacitor Crc contributes to the reversal of at least one of the voltage polarity and the charge polarity of the
The vibration absorbing device 100 having the configuration of FIG. 16 can also provide the operations and effects of the present invention.
本発明の振動吸収装置は、圧電素子が直接取り付けられた構造物や圧電素子が組み込まれた可振体(カンチレバー、板ばね、皿ばね、渦巻きばね、コイルばね等)が取り付けられた構造物の振動エネルギー回収することで、当該構造物の振動を吸収している。
このことは、本発明の振動吸収装置は、振動エネルギー回収装置として使用することができることを意味している。
振動吸収装置を振動エネルギー回収装置として使用する場合には、振動吸収装置の電気負荷は、電力変換部に置き換えることができる。
電力変換部は、たとえば単相ブリッジ整流回路と蓄電キャパシタとから構成することができる。
本発明の振動吸収装置を構造物振動吸収装置として使用する場合、何回の電圧ピークに一回、圧電素子の両電極間の電圧の反転が行なわれるか(および、何回の電圧ボトムに一回、圧電素子の両電極間の電圧の反転が行なわれるか)を設定することにより、振動エネルギー回収効率を所望の特性にすることができる。
The vibration absorbing device of the present invention includes a structure to which a piezoelectric element is directly attached and a structure to which a vibrating body (cantilever, leaf spring, disc spring, spiral spring, coil spring, etc.) in which the piezoelectric element is incorporated is attached. By recovering vibration energy, the vibration of the structure is absorbed.
This means that the vibration absorbing device of the present invention can be used as a vibration energy recovery device.
When the vibration absorber is used as a vibration energy recovery device, the electric load of the vibration absorber can be replaced with a power converter.
The power conversion unit can be composed of a single-phase bridge rectifier circuit and a storage capacitor, for example.
When the vibration absorbing device of the present invention is used as a structure vibration absorbing device, the number of voltage peaks is such that the voltage is inverted between the two electrodes of the piezoelectric element (and the number of voltage bottoms is one). Vibration voltage recovery efficiency can be set to a desired characteristic by setting whether the voltage between the electrodes of the piezoelectric element is reversed.
1 圧電素子
2 制御部
3 電気負荷
5 構造物
10 可振体
21 第1制御ユニット
22 第2制御ユニット
31 LED駆動回路
100 振動吸収装置
211 第1スイッチング回路
212 自律型第1アナログ制御回路
221 第2スイッチング回路
222 自律型第2アナログ制御回路
2121 電圧ピーク検出部
2221 電圧ボトム検出部
2122,2222 基準電圧出力部
2123,2223 ステップ電圧出力部
2124,2224 スイッチ信号生成部
C12,C22 電圧保持キャパシタ
C13,C23 ステップ電圧生成キャパシタ
CL カンチレバー
CLA アーム
CLW ウェイト
Cp 等価キャパシタ
Gp 交流電源
igSCR1 サイリスタSCR1のゲート信号
LEDs 発光ダイオード
PP 第1電極
PUT11,PUT12,PUT21,PUT22 電圧比較回路
SCR1 第1スイッチング素子
SCR2 第2スイッチング素子
SP 第2電極
Vp 圧電素子の両電極間電圧
VREF 電圧保持キャパシタの電圧(固定基準電圧)
VSTP ステップ電圧生成キャパシタの充電電圧
Δz カンチレバーの振動変位
DESCRIPTION OF
VSTP Step voltage generation capacitor charging voltage Δz Cantilever vibration displacement
Claims (6)
前記振動する構造物からの作用を受け、繰り返しの応力または歪が生じる第1電極と第2電極とを持つ圧電素子と、
前記圧電素子の両電極間に接続された、前記圧電素子に加える電圧を制御する制御部と、
前記圧電素子に並列または直列に接続され、前記圧電素子からの電力を消費する電気負荷と、
を有し、
前記制御部は、交互に動作する第1制御ユニットおよび第2制御ユニットを備え、
前記第1制御ユニットは、
前記圧電素子の第1電極側から第2電極側に向けて導通を行う第1スイッチング素子とコイルとの直列接続回路を有する第1スイッチング回路、および、
前記第1スイッチング素子のスイッチングを制御する自律型第1アナログ制御回路からなり、
前記自律型第1アナログ制御回路は、
前記圧電素子の両電極間に生じる電圧ピークを検出する電圧ピーク検出部と、
固定基準電圧を生成・保持する基準電圧出力部と、
前記電圧ピークの検出ごとに電圧値が上昇するステップ電圧を出力するステップ電圧出力部と、
前記基準電圧出力部が出力する固定基準電圧と、前記ステップ電圧出力部が出力するステップ電圧とを比較し、前記ステップ電圧が前記固定基準電圧を超えたときに前記第1スイッチング素子をオン状態にする、スイッチ信号生成部と、
からなり、
前記第2制御ユニットは、
前記圧電素子の第2電極側から第1電極側に向けて導通を行う第2スイッチング素子とコイルとの直列接続回路を有する第2スイッチング回路、および、
前記第2スイッチング素子のスイッチングを制御する自律型第2アナログ制御回路からなり、
前記自律型第2アナログ制御回路は、
前記圧電素子の両電極間に生じる電圧ボトムを検出する電圧ボトム検出部と、
固定基準電圧を生成・保持する基準電圧出力部と、
前記電圧ボトムの検出ごとに電圧値が上昇するステップ電圧を出力するステップ電圧出力部と、
前記基準電圧出力部が出力する固定基準電圧と、前記ステップ電圧出力部が出力するステップ電圧とを比較し、前記ステップ電圧が前記固定基準電圧を超えたときに前記第2スイッチング素子をオン状態にする、スイッチ信号生成部と、
からなり、
前記制御部は、電圧ボトムが表れる所定回数ごとに、前記第2スイッチング素子のスイッチングを制御することで、前記圧電素子の電圧の極性または電荷の極性の少なくとも一方の反転を行い、これにより前記振動する構造物の振動振幅の減衰を制御する、
振動吸収装置。 A vibration absorber that absorbs vibrations of a structure with desired characteristics,
A piezoelectric element having a first electrode and a second electrode, which are subjected to the action from the vibrating structure and cause repeated stress or strain;
A controller connected between both electrodes of the piezoelectric element, for controlling a voltage applied to the piezoelectric element;
An electric load connected in parallel or in series to the piezoelectric element and consuming electric power from the piezoelectric element;
Have
The control unit includes a first control unit and a second control unit that operate alternately,
The first control unit includes:
A first switching circuit having a series connection circuit of a first switching element and a coil that conducts from the first electrode side to the second electrode side of the piezoelectric element; and
An autonomous first analog control circuit for controlling the switching of the first switching element;
The autonomous first analog control circuit is:
A voltage peak detector for detecting a voltage peak generated between both electrodes of the piezoelectric element;
A reference voltage output unit for generating and holding a fixed reference voltage;
A step voltage output unit that outputs a step voltage in which the voltage value increases each time the voltage peak is detected;
The fixed reference voltage output from the reference voltage output unit is compared with the step voltage output from the step voltage output unit, and the first switching element is turned on when the step voltage exceeds the fixed reference voltage. A switch signal generation unit;
Consists of
The second control unit is
A second switching circuit having a series connection circuit of a second switching element and a coil that conducts from the second electrode side to the first electrode side of the piezoelectric element; and
An autonomous second analog control circuit for controlling the switching of the second switching element;
The autonomous second analog control circuit is:
A voltage bottom detector for detecting a voltage bottom generated between both electrodes of the piezoelectric element;
A reference voltage output unit for generating and holding a fixed reference voltage;
A step voltage output unit that outputs a step voltage in which the voltage value increases for each detection of the voltage bottom;
The fixed reference voltage output from the reference voltage output unit is compared with the step voltage output from the step voltage output unit, and the second switching element is turned on when the step voltage exceeds the fixed reference voltage. A switch signal generation unit;
Consists of
The controller controls the switching of the second switching element every predetermined number of times that the voltage bottom appears, thereby reversing at least one of the voltage polarity and the charge polarity of the piezoelectric element, and thereby the vibration. Control damping of vibration amplitude of structures
Vibration absorber.
前記圧電素子に直列に極性反転補償用キャパシタが接続されている、
振動吸収装置。 The vibration absorber according to claim 1.
A polarity reversal compensation capacitor is connected in series to the piezoelectric element,
Vibration absorber.
前記電圧ピーク検出部は、
前記圧電素子の両電極間に接続された、アノードが前記圧電素子の第1電極に接続された第1ダイオードと、一方の端子が前記第1ダイオードのカソードに接続され他方の端子が前記圧電素子の第2電極に接続された抵抗との直列接続回路、および、アノードが前記圧電素子の第1電極に接続された第2ダイオードと、一方の端子が前記第2ダイオードのカソードに接続され他方の端子が前記圧電素子の第2電極に接続されたキャパシタとの直列接続回路、ならびに、
前記抵抗の前記圧電素子の第2電極に接続された端子とは反対側の第1端子と、前記キャパシタの前記圧電素子の第2電極に接続された端子とは反対側の第2端子との間に接続され、前記第2端子の電圧が前記第1端子の電圧よりも高いときに、前記第2端子の電圧を出力する電圧比較回路と、
からなり、
前記電圧ボトム検出部は、
前記圧電素子の両電極間に接続された、アノードが前記圧電素子の第2電極に接続された第1ダイオードと、一方の端子が前記第1ダイオードのカソードに接続され他方の端子が前記圧電素子の第1電極に接続された抵抗との直列接続回路、および、アノードが前記圧電素子の第2電極に接続された第2ダイオードと、一方の端子が前記第2ダイオードのカソードに接続され他方の端子が前記圧電素子の第1電極に接続されたキャパシタとの直列接続回路、ならびに、
前記抵抗の前記圧電素子の第1電極に接続された端子とは反対側の第1端子と、前記キャパシタの前記圧電素子の第1電極に接続された端子とは反対側の第2端子との間に接続され、前記第2端子の電圧が前記第1端子の電圧よりも高いときに、前記第2端子の電圧を出力する電圧比較回路と、
からなる振動吸収装置。 The vibration absorber according to claim 1 or 2,
The voltage peak detector is
A first diode connected between both electrodes of the piezoelectric element, an anode connected to the first electrode of the piezoelectric element, one terminal connected to the cathode of the first diode, and the other terminal connected to the piezoelectric element A series connection circuit with a resistor connected to the second electrode, a second diode whose anode is connected to the first electrode of the piezoelectric element, and one terminal connected to the cathode of the second diode A series connection circuit with a capacitor having a terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element; and
A first terminal of the resistor opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element, and a second terminal of the capacitor opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element. A voltage comparison circuit that is connected in between and outputs the voltage of the second terminal when the voltage of the second terminal is higher than the voltage of the first terminal;
Consists of
The voltage bottom detector is
A first diode connected between both electrodes of the piezoelectric element, an anode connected to the second electrode of the piezoelectric element, one terminal connected to the cathode of the first diode, and the other terminal connected to the piezoelectric element A series connection circuit with a resistor connected to the first electrode, a second diode whose anode is connected to the second electrode of the piezoelectric element, and one terminal connected to the cathode of the second diode A series connection circuit with a capacitor having a terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element; and
A first terminal of the resistor opposite to a terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element, and a second terminal of the capacitor opposite to a terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element. A voltage comparison circuit that is connected in between and outputs the voltage of the second terminal when the voltage of the second terminal is higher than the voltage of the first terminal;
A vibration absorber comprising:
前記第1制御ユニットの前記基準電圧出力部は、
アノードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したダイオードと、カソードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したツェナーダイオードとの直列接続回路と、前記直列接続回路に一方端子が接続され他方端子が前記圧電素子の第2電極に接続された電圧保持キャパシタとからなり、
前記第2制御ユニットの前記基準電圧出力部は、
アノードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したダイオードと、カソードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したツェナーダイオードとの直列接続回路と、前記直列接続回路に一方端子が接続され他方端子が前記圧電素子の第1電極に接続された電圧保持キャパシタとからなる、
振動吸収装置。 The vibration absorber according to any one of claims 1 to 3,
The reference voltage output unit of the first control unit is:
A series connection circuit of a diode having an anode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, a Zener diode having a cathode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, and one terminal connected to the series connection circuit, the other terminal Comprises a voltage holding capacitor connected to the second electrode of the piezoelectric element,
The reference voltage output unit of the second control unit is
A series connection circuit of a diode having an anode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, a Zener diode having a cathode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, and one terminal connected to the series connection circuit, the other terminal Comprises a voltage holding capacitor connected to the first electrode of the piezoelectric element,
Vibration absorber.
前記第1制御ユニットの前記ステップ電圧出力部は、
アノードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したダイオードと、前記ダイオードに一方端子が接続され他方端子が前記圧電素子の第2電極に接続されたステップ電圧生成キャパシタとからなり、
前記第2制御ユニットの前記基準電圧出力部は、
アノードが前記電圧比較回路の出力端子側に配向したダイオードと、前記ダイオードに一方端子が接続され他方端子が前記圧電素子の第1電極に接続されたステップ電圧生成キャパシタとからなる、
振動吸収装置。 The vibration absorber according to any one of claims 1 to 4,
The step voltage output unit of the first control unit is:
A diode having an anode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, and a step voltage generating capacitor having one terminal connected to the diode and the other terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element;
The reference voltage output unit of the second control unit is
A diode having an anode oriented to the output terminal side of the voltage comparison circuit, and a step voltage generating capacitor having one terminal connected to the diode and the other terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element;
Vibration absorber.
前記第1制御ユニットの前記スイッチ信号生成部は、
前記電圧保持キャパシタの前記圧電素子の第2電極に接続された端子とは反対側の第1端子と、前記ステップ電圧生成キャパシタの前記圧電素子の第2電極に接続された端子とは反対側の第2端子との間に接続され、前記第2端子の電圧が前記第1端子の電圧よりも高いときに、前記第2端子の電圧を出力する電圧比較回路からなり、
前記第2制御ユニットの前記スイッチ信号生成部は、
前記電圧保持キャパシタの前記圧電素子の第1電極に接続された端子とは反対側の第1端子と、前記ステップ電圧生成キャパシタの前記圧電素子の第1電極に接続された端子とは反対側の第2端子との間に接続され、前記第2端子の電圧が前記第1端子の電圧よりも高いときに、前記第2端子の電圧を出力する電圧比較回路からなる、
振動吸収装置。 The vibration absorber according to any one of claims 3 to 5,
The switch signal generator of the first control unit is
The first terminal of the voltage holding capacitor opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element and the terminal of the step voltage generating capacitor opposite to the terminal connected to the second electrode of the piezoelectric element. A voltage comparison circuit connected between the second terminal and outputting the voltage of the second terminal when the voltage of the second terminal is higher than the voltage of the first terminal;
The switch signal generator of the second control unit is
The first terminal of the voltage holding capacitor opposite to the terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element and the terminal of the step voltage generating capacitor opposite to the terminal connected to the first electrode of the piezoelectric element. A voltage comparison circuit connected between the second terminal and outputting the voltage of the second terminal when the voltage of the second terminal is higher than the voltage of the first terminal;
Vibration absorber.
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