JP4929544B2 - 電力供給装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給装置および方法に関し、例えば、誘導電力や、圧電素子が発生するパルス性の電圧などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換することができる電力供給装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活空間には、例えば、静電気によるディスチャージなど、パルス性で、電圧値は比較的高いが、電流値が低いため、瞬時に放電してしまう電源が存在する。また、インバータ蛍光灯や、商用電源の付近に発生する誘導起電力など、電圧は非常に高いが、電流としては非常に小さい誘導電源が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの電源は、発生時間が短く、電圧値が比較的高く、電流値がわずかであるために、エネルギーとして殆ど利用されていない。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、環境中に存在する低電流のパルス性電圧を、利用しやすい電圧値および電流値に変換し、環境に負荷を与えない電力供給源を提供することができるようにするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電力供給装置は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチとを備え、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、複数のコンデンサが負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１の電力供給方法は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源とを備える電力供給装置の電力供給方法であって、電力を供給する電力供給ステップと、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップとを含み、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１の制御ステップの処理により電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２の制御ステップの処理により負荷に放電する場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の電力供給装置は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置であって、電圧変換回路は、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチとを備え、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかが、負荷に対して常に電力を供給することを特徴とする。
【００１６】
基準クロックパルスを発生するパルス発生回路と、パルス発生回路によって発生された基準クロックパルスの論理を反転するインバータとを更に備えさせるようにすることができ、パルス発生回路の出力、もしくはインバータの出力のうちのいずれか一方が、複数の電圧変換回路のうちの第１の電圧変換回路が有する第１のスイッチおよび複数の電圧変換回路のうちの第２の電圧変換回路が有する第２のスイッチの開閉を制御し、他方が、第１の電圧変換回路が有する第２のスイッチおよび第２の電圧変換回路が有する第１のスイッチの開閉を制御するものとすることができる。
【００１７】
本発明の第２の電力供給方法は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置の電力供給方法であって、電圧変換回路における電圧変換ステップが、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップとを含み、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１の制御ステップの処理により電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２の制御ステップの処理により負荷に放電する場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、第１の制御ステップおよび第２の制御ステップの処理により、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかが、負荷に対して常に電力を供給することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１の電力供給装置および方法においては、上から加わる力によりたわみを発生する床材の下部に、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源が設けられ、複数のコンデンサと複数のダイオードとから充放電回路が構成され、電力が供給され、電力供給源から充放電回路への電力の供給が制御され、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給が制御され、充放電回路においては、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、複数のコンデンサが電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続され、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通である。
【００１９】
本発明の第２の電力供給装置および方法においては、上から加わる力によりたわみを発生する床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で電力を発生する電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路において、複数のコンデンサと複数のダイオードとから充放電回路が構成され、電力供給源から充放電回路への電力の供給が制御され、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給が制御され、充放電回路において、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、複数のコンデンサが電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、複数のコンデンサが負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続され、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電されることにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかによって、負荷に対して常に電力が供給される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
まず、図１を参照して、本発明を適応した充放電回路の第１の実施の形態について説明する。
【００２２】
電源１には、スイッチ２が接続されている。ここで、電源１は、環境に存在する誘導電力を取り出して、電力を発生する電力回生回路であり、その詳細については、図２乃至図１７を用いて後述する。抵抗４は、入力抵抗であり、図１の回路を実使用する場合、抵抗４は、必ずしも必要というものではない。
【００２３】
スイッチ３は、出力側のスイッチであり、放電時に閉じられる。抵抗５は出力の負荷抵抗である。図１の回路を実使用する場合、抵抗５に代わって、実負荷が接続される。
【００２４】
コンデンサ６乃至コンデンサ８は、充電用のコンデンサである。ダイオード９乃至ダイオード１６は、整流用のダイオードである。コンデンサ６乃至コンデンサ８、並びに、ダイオード９およびダイオード１０は、充電時には、直列に接続されている。そして、ダイオード９およびダイオード１０は、充電用のコンデンサ６乃至コンデンサ８の間に接続され、放電時、すなわち、スイッチ３が開かれてスイッチ２が閉じられた場合には逆バイアスとなり、コンデンサ６乃至コンデンサ８を切り離す（電気的に接続されていない状態とする）。
【００２５】
ダイオード９乃至ダイオード１６には、例えば、ＮＥＣ社製の１Ｓ９５３などのスイッチング用シリコンダイオードが用いられる。
【００２６】
出力側のダイオード１１乃至１６は、放電時に、コンデンサ６乃至コンデンサ８を負荷（抵抗５）に対して並列に接続するために設けられている。
【００２７】
次に、電源１として用いられる電力回生回路について説明する。
【００２８】
図２は、電源１に対応する電力回生回路の一例を示す回路図である。
【００２９】
図２の電力回生回路においては、アンテナ３１とグランド（ＧＮＤ）端子４１により、空中に存在する誘導起電力が検出され、ダイオード３３およびダイオード３４より、コンデンサ３５に直流電荷（正電荷）が蓄えられ、コンデンサ３５のプラス側にプラス端子４６が設けられている。すなわち、グランド端子４１に対して、アンテナ３１の電位がプラスであり、ダイオード３３が導通し、ダイオード３４は高インピーダンス素子として、アンテナ３１とグランド端子４１の間に電圧を発生させ、コンデンサ３５に正電荷を充電させる。
【００３０】
例えば、アンテナ３１を、インバータ式蛍光灯の外筐部の適当な部位に接続し、グランド端子４１を接地、もしくは、１乃至２ｍ程度の線材を接続して、床にたらしておいた場合、コンデンサ３５が１０μＦの電界コンデンサであれば、コンデンサ３５の両端に１０秒程度で３０Ｖ以上の電圧を発生することができる。電力容量は、基本的には充電時間に比例するので、充電時間を延ばすことにより、充電される電荷を電源として利用することは充分可能である。
【００３１】
そして、アンテナ３１、ダイオード３３およびダイオード３４、並びにコンデンサ３５で構成される回路と極性が逆となっている電力回生回路が、アンテナ４２、ダイオード４３およびダイオード４４、並びにコンデンサ４５によって構成されてグランドを共通として接続され、コンデンサ４５のマイナス側にマイナス端子４７が設けられている。グランド端子４１に対して、アンテナ４２の電位はマイナスにとなり、ダイオード４４が導通し、ダイオード４３は、高インピーダンス素子として、アンテナ４２とグランド端子４１の間に電圧を発生させ、コンデンサ４５に負電荷が充電される。
【００３２】
交流の入力を受ける整流回路は、その出力が直流成分であっても、入力に交流成分が流れている以上、もう一方（帰線側、すなわちグランド）にも必ず交流電流が流れている。商用電源やインバータ方式の蛍光灯の誘導電圧はかなり高いことが予想される（例えば、商用電源の家庭内の電源による誘導電圧は、ピークトゥピークで１４０Ｖ程度である）ので、図２に示される回路によって、誘導電圧を効率よく回生させることができる。
【００３３】
図３に、図２の電力回生回路においてコンデンサ３５およびコンデンサ４５の静電容量がいずれも２２μＦであり、アンテナ３１を蛍光灯の外筐に、グランド端子４１をオシロスコープのグランド端子（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続した場合の電圧測定カーブ（無負荷時）を示す。図３において、プラス軸側の曲線は、コンデンサ３５の両端電圧、マイナス軸側の曲線は、コンデンサ４５の両端電圧である。
【００３４】
図３に示されるように、８０秒後に、コンデンサ３５の両端電圧は、約３８Ｖであり、その増加割合は減少し始めて（飽和に近づいて）おり、コンデンサ４５の両端電圧は、約−５．１Ｖであり、飽和には達していない。実験では、数分後に、コンデンサ３５の両端電圧は、約４８Ｖ、コンデンサ４５の両端電圧は、約３７Ｖとなった。
【００３５】
次に、図４乃至図６を参照して、第２の電力回生回路について説明する。なお、図２における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する（以下、同様）。
【００３６】
図４に示されるように、図２を用いて説明した電力回生回路を１組の電力回生回路５１として、それぞれのアンテナ３１およびアンテナ４２を、直列に接続（カスケード接続）することにより、空中に誘導されている電力の回生効率を高めることができる。ここでは、電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３の３つの電力回生回路を直列接続するようにしたが、接続される電力回生回路の数は任意の数でよい。電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３は、内部的には、直流成分の極性が一義的に決まるが、外部的には、交流成分は全く対称であるため、その接続の向きは任意である。
【００３７】
図５は、図４の電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３の詳細な回路図である。図５においては、電力回生回路５１−１のアンテナ４２と電力回生回路５１−２のアンテナ３１’とを接続し、電力回生回路５１−２のアンテナ４２’と電力回生回路５１−３のアンテナ３１”とを接続しているものとして図示しているが、例えば、電力回生回路５１−２の接続の向きを逆向きとし、電力回生回路５１−１のアンテナ４２と電力回生回路５１−２のアンテナ４２’とを接続し、電力回生回路５１−２のアンテナ３１’と電力回生回路５１−３のアンテナ３１”とを接続した場合においても、電力回生回路５１−２からのプラス端子４６’およびマイナス端子４７’からの出力は、交流であるので変化しない。
【００３８】
図４および図５を用いて説明した電力回生回路５１−１乃至電力回生回路５１−３においては、それぞれの回路にまたがって、電圧を加算して使用することはできない（それぞれの電力回生回路で、独立した電力供給源となる）。
【００３９】
図６に、図４の電力回生回路５１−１乃至電力回生回路５１−３それぞれにおいて内部コンデンサの静電容量が１００μＦ／６３Ｖ（５０μＦのコンデンサ３５およびコンデンサ４５を直列接続）であり、アンテナ３１を蛍光灯の外筐などの誘導源５２に、アンテナ４２”をオシロスコープのグランド端子５３（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続した場合に、数分後、回路が安定した後に得られる電源電圧（無負荷時）の値を示す。
【００４０】
この場合、電力回生回路５１−１において、プラス側に３０Ｖ、マイナス側に１４Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６とマイナス端子４７との間に発生する電圧は、約４３Ｖであった。また、電力回生回路５１−２においては、プラス側に１４．１Ｖ、マイナス側に１２．６Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６’とマイナス端子４７’との間に発生する電圧は、約２６．５Ｖであり、電力回生回路５１−３においては、プラス側に１１．６Ｖ、マイナス側に１３Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６”とマイナス端子４７”との間に発生する回生電圧は、約２４．３Ｖであった。
【００４１】
このように、複数の電力回生回路をカスケード接続することにより、内部コンデンサ（コンデンサ３５およびコンデンサ４５）に充分な大きさの電圧がチャージされる。
【００４２】
次に、図７乃至図１０を参照して、第３の電力回生回路について説明する。
【００４３】
図２を用いて説明した電力回生回路は、逆極性の回路を、グランドを共通として接続した回路であるが、図７（Ａ）は、同一の極性の回路を、グランドを共通として接続したものである。
【００４４】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の回路の変形例であり、図７（Ａ）と図７（Ｂ）は、同一の回路であることは言うまでもない。そして、コンデンサ３５とコンデンサ４５とは、ここでは同一の定格であるため、図７（Ｂ）の回路に対する等価回路である図７（Ｃ）の回路の内部コンデンサは、コンデンサ３５（あるいはコンデンサ４５）と等しくなる。
【００４５】
また、図７（Ｃ）の回路は、図７（Ｄ）のブリッジ回路と同一である。すなわち、図７（Ａ）に示される電力回生回路と、図７（Ｄ）に示されるブリッジ回路とは等価回路である。
【００４６】
また、図８（Ａ）に示される電力回生回路は、図７（Ａ）を用いて説明した電力回生回路と逆特性を有するものであり、図７を用いて説明した場合と同様に、図８（Ｂ）と同一であり、ここでも、コンデンサ３５とコンデンサ４５とは同一の定格であるため、図８（Ｂ）の回路に対する等価回路である図８（Ｃ）の回路の内部コンデンサは、コンデンサ３５（あるいはコンデンサ４５）と等しくなる。
【００４７】
そして、図８（Ｃ）の回路は、図８（Ｄ）のブリッジ回路と同一である。すなわち、図８（Ａ）に示される電力回生回路と、図８（Ｄ）に示されるブリッジ回路とは等価回路である。
【００４８】
そして、図７（Ｄ）に示されるブリッジ回路と、図８（Ｄ）に示されるブリッジ回路は同一の回路であり、平滑およびエネルギー蓄積用のコンデンサを有する、一般的な整流回路である。これらのブリッジ回路は、アンテナ３１およびアンテナ４２に対しても対称であるため、それぞれのアンテナを区別する必要はない。
【００４９】
そこで、図９（Ａ）に示すように、ブリッジ回路６１は、端子７１および端子７２、ダイオード７３乃至ダイオード７６、並びに、コンデンサ７７を有するものとして説明する。ブリッジ回路６１は、図９（Ｂ）に示されるブリッジ回路と等価回路である。
【００５０】
図９（Ａ）に示したブリッジ回路６１においても、端子７１および端子７２のいずれかを、例えば、蛍光灯の外筐などの誘導源と、オシロスコープのグランド端子などの、適当なインピーダンスで大地に接続されている点に接続した場合、誘導により発生している起電力が回生され、ダイオード７３乃至ダイオード７６により、コンデンサ７７に電荷が蓄積される。
【００５１】
更に、図１０に示されるように、ブリッジ回路６１を任意の数だけカスケード接続することにより、図４乃至図６を用いて説明した場合と同様に、より効率よく電力を回生することも可能である。
【００５２】
次に、図１１を参照して、第４の電力回生回路について説明する。
【００５３】
図１１に示される電力回生回路は、グランドレベルに対して正電圧を発生する電源発生回路をカスケード接続することによって構成されている。ダイオード９３およびダイオード９４によって、コンデンサ９５にチャージされた電圧が、端子９９および端子１００から供給可能であり、ダイオード９６およびダイオード９７によって、コンデンサ９８にチャージされた電圧が、端子１０１および端子１０２から供給可能である。
【００５４】
この場合、第１乃至第３の実施の形態とは異なり、それぞれの電圧発生源のグランドは共通ではない。すなわち、端子９９および端子１００から供給される電源と、端子１０１および端子１０２から供給される電源とは、それぞれ独立している。
【００５５】
図１１に示される電力回生回路において、コンデンサ９５およびコンデンサ９８の静電容量がいずれも２２μＦであり、アンテナ９１およびアンテナ９２を蛍光灯の外筐に、グランドに対応する端子１００および端子１０２をオシロスコープのグランド端子（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続し、数分後、出力電圧が平衡に達したときの電圧は、端子９９および端子１００間で３５Ｖ、端子１０１および端子１０２間で１４Ｖであった。
【００５６】
図１１においては、カスケード接続が２段であるとして説明したが、３段以上のカスケード接続も可能であることは言うまでもない。
【００５７】
以上説明した電力回生回路においては、電力回生効率を高め、高い電圧を供給したり、複数の電源を提供することが可能となるものであった。以下、第５乃至第９の電力回生回路として、出力電圧の安定化を目的とする電力回生回路について説明する。
【００５８】
図１２を用いて、第５の電力回生回路について説明する。
【００５９】
図１２（Ａ）の電力回生回路は、ダイオード３４に代わって、定電圧ダイオード１１１が設けられている以外は、図２を用いて説明した電力回生回路の正電荷蓄積部分と基本的に同様の構成を有している。また、図１２（Ｂ）の電力回生回路は、図１２（Ａ）の電力回生回路において、ダイオード３３、コンデンサ３５、および定電圧ダイオード１１１のそれぞれの極性に逆とした電力回生回路である。
【００６０】
定電圧ダイオード１１１を用いることにより、コンデンサ３５の両端電圧は、定電圧ダイオード１１１により規定される電圧値よりも大きくなることはない。例えば、定電圧ダイオード１１１により規定される電圧値を、出力端子１１２から出力される電力の供給を受ける素子の定格にあわせて設計することにより、出力側に接続されている素子の破壊を防止することが可能となる。
【００６１】
定電圧ダイオード１１１は、その電圧出力によって、正の温度係数と、負の温度係数を有するものが存在するため、出力電圧に制限がある。そこで、ダイオード３３と、定電圧ダイオード１１１の温度特性とが、正負逆となるようにそれぞれを選択することによって、出力電圧の温度特性を向上させることが可能となる。
【００６２】
次に、図１３を参照して、第６の電力回生回路について説明する。
【００６３】
図１３の電力回生回路においては、ダイオード３３とコンデンサ３５の間に、例えばCMOSFETなどで構成されるスイッチ１２１、およびスイッチ１２１を制御するコントローラ１２２が新たに設けられている以外は、図２を用いて説明した電力回生回路の正電荷蓄積部分と基本的に同様の構成を有する。コントローラ１２２は、コンデンサ３５が放電する電圧を検出して、スイッチ１２１を制御するとともに、同一ラインから、コントローラ１２２自身の動作のための電源の供給を受ける。
【００６４】
図１３においては、出力電圧の検出と、電源の供給とを、コントローラ１２２に対して異なる入力として図示しているが、出力電圧の検出と電源の供給とは、同一の入力により行われるようにしても良いことはもちろんである。
【００６５】
コントローラ１２２は、出力電圧がある一定の範囲内の値となるように、スイッチ１２１のオンオフを制御することにより、コンデンサ３５に供給されるチャージ電流を制限する。コンデンサ３５への充電の方法は、原理的にはスイッチングレギュレータと類似しているが、図１３に示される電力回生回路においては、アンテナ３１で検出される電界による電源のインピーダンスが非常に高いため、ダイオード３３とコンデンサ３５との間にインダクタンスがなくても、ほぼ定電流により、コンデンサ３５をチャージすることができる。
【００６６】
図１４に一般的なダウンコンバータの回路例を示す。コントローラ１３６は、コンデンサ１３５に供給されるチャージ電流を制限するために、スイッチ１３２を制御する。ダウンコンバータにおいては、コンデンサ１３５に定電流を供給するために、インダクタンス１３４が接続され、インダクタンス１３４からの逆起電力によって出力側の負荷を破壊してしまうことを防止するために、フライホイールダイオード１３３が接続されている。
【００６７】
これに対して、図１３を用いて説明した電力回生回路は、インダクタンス１３４およびフライホイールダイオード１３３が不必要であり、部品点数が少ないため、低コストで回路を構成することができる。
【００６８】
図１３の電力回生回路においては、インダクタンスを備えることなくコンデンサ３５に対して定電流充電を行うので、コンデンサ３５には、三角波状のリップルが発生する。このレベルは、コントローラ１２２の制御によって設定可能である。また、出力端子１２３に接続されている負荷の負荷変動に対しても、コントローラ１２２により、スイッチ１２１のスイッチングを制御することにより、通常のスイッチングレギュレータの場合と同様に、出力端子１２３からの出力を制御することが可能である。
【００６９】
コントローラ１２２は、消費電流値の小さなマイクロコントローラなどで構成される。コントローラ１２２は、通常のスイッチングレギュレータのように、スイッチ１２１のオンオフを、例えば、１００Hz程度の周波数で制御する必要はない。従って、コントローラ１２２は、更に、クロック周波数を下げて使用することによって、数μＡ程度の消費電流とすることができる。
【００７０】
次に、図１５を参照して、第７の電力回生装置について説明する。
【００７１】
スイッチ１４１およびスイッチ１４２は、コントローラ１４６によって制御される。コントローラ１４６は、コンデンサ１４５が放電する電圧を検出して、スイッチ１４１を制御するとともに、スイッチ１４１の制御に連動して、スイッチ１４２を制御し、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４のうちのいずれかに蓄積された電荷を、コンデンサ１４５に供給させるとともに、同一ラインから、コントローラ１４６自身の動作のための電源の供給を受ける。
【００７２】
アンテナ３１によって得られた、電界による電力は、スイッチ１４１によって、コンデンサ１４３もしくはコンデンサ１４４に供給されて、蓄積される。スイッチ１４１には、オープン端子も設けられており、コントローラ１４６は、コンデンサ１４５の出力電圧を検出し、その出力電圧がある一定の値を超えないように、必要に応じて、ダイオード３３の出力を、スイッチ１４１のオープン端子に接続させる。
【００７３】
コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量が等しい場合、コンデンサ１４３とコンデンサ１４４とは、スイッチ１４１によって、基本的に、同一の時間ずつダイオード３３と接続されるものとするが、それぞれのオンデューティーが異なるように制御するようにしても良い。
【００７４】
コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４に蓄積された電荷は、スイッチ１４２を介して、コンデンサ１４５に蓄積される。スイッチ１４２は、コントローラ１４６の制御に従って、コンデンサ１４３、もしくはコンデンサ１４４のうち、アンテナ３１、ダイオード３４およびスイッチ１４１を介して、電荷の蓄積中（充電中）ではない方が、コンデンサ１４５に接続され、蓄積された電荷を放出（放電）するように切替えられる。
【００７５】
コンデンサ１４５は、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量より大きな静電容量を有する素子が選択される。例えば、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量が１０μＦであり、チャージ後の電圧が５０Ｖであるとすると、コンデンサ１４５の静電容量が１００μＦであれば、電荷Ｑ＝静電容量Ｃ×電圧Ｖが成り立ち、電荷が保存されるので、出力電圧として５Ｖが得られる。すなわち、小さな容量のコンデンサ１４３およびコンデンサ１４４に、アンテナ３１によって得られる電界による電力を高電圧で蓄積し、それを大きな容量のコンデンサに供給することにより、エネルギーロスを最小にして、一般的なＩＣの動作電圧付近に電圧を下げ、電流容量をあげることが可能となる。
【００７６】
次に、図１６を参照して、第８の電力回生装置について説明する。
【００７７】
図１６の電力回生回路は、コントローラ１４６の電力供給源として、図１２を用いて説明した電力回生回路が、電源供給回路１５１として用いられている以外は、図１５を用いて説明した電力回生回路と基本的に同様の構成を有している。
【００７８】
すなわち、図１５を用いて説明した電力回生回路においては、コントローラ１４６は、コンデンサ１４５の出力のうちの一部を動作に必要な電源として利用していたので、出力端子１２３から出力される電力にロスが生じる。それに対して、図１６の電力回生回路においては、コントローラ１４６は、定電圧ダイオード１１１により出力電圧が一定に制限されている電源供給回路１５１から、動作に必要な電源の供給を受けるようになされている。
【００７９】
ここで、電源供給回路１５１のコンデンサ３５の静電容量を、コンデンサ１４５の静電容量より小さく設定することにより、コンデンサ１４５から蓄積された電荷が放出され、出力端子１２３から電力が供給されるよりも先に、コントローラ１４６に電源が供給され、コントローラ１４６が動作開始するようにすることが可能である。
【００８０】
次に、図１７を参照して、第９の電力回生装置について説明する。
【００８１】
電源供給回路１５１から供給される電圧は、定電圧ダイオード１１１の定格に基づく一定の値となる。図１７の電力回生回路においては、電源供給回路１５１の出力をトランジスタ１７１のベースに供給して、トランジスタ１７１のベースエミッタ電圧をクランプして定電圧化し、出力端子１２３から一定の電圧の電源を供給するようになされている。
【００８２】
図１７の電力回生回路においては、例えば、出力端子１２３に接続された負荷の値が小さくなり、電流が増加してしまうような場合においても、出力端子１２３からの出力電圧は、コンデンサ３５の端子電圧よりも低い値において、出力の安定化を図ることが可能となる。
【００８３】
図１７の電力回生回路は、コレクタエミッタ電圧の分、回生した電力を無駄に消費してしまうことになるが、スイッチングレギュレータを組み込むよりも、非常に簡単な回路構成で、充分実用可能な定電圧の電力回生回路を提供することが可能である（すなわち、低コストの電力回生回路を提供することが可能である）。
【００８４】
なお、図１７においては、電源供給回路１５１を用いて、トランジスタ１７１のベースに一定電圧を供給することとして説明しているが、トランジスタ１７１のベースに一定電圧を供給することが可能であれば、電源供給回路１４１に代わって、異なる構成を有する回路を利用するようにしても良い。
【００８５】
再び、図１の説明に戻る。図２乃至図１７を用いて説明した電力回生回路によって発生された高電圧を用いて図１の充放電回路のコンデンサ６乃至コンデンサ８が充電され、充電された電荷が、コンデンサ６乃至コンデンサ８から放電される際に、低電圧、高電流に変換される。
【００８６】
図１の充放電回路において、充電時には、スイッチ２が閉じられ、出力側のスイッチ３が開かれるので、抵抗４を介して、直列に接続されているコンデンサ６、ダイオード９、コンデンサ７、ダイオード１０、およびコンデンサ８に電流が流れ、コンデンサ６乃至コンデンサ８が充電される。
【００８７】
そして、放電時には、スイッチ２が開かれ、スイッチ３が閉じられるので、コンデンサ６乃至コンデンサ８に充電された電荷が放電され、負荷である抵抗５で消費される。このとき、ダイオード９およびダイオード１０は逆バイアスとなるので、電流が流れない。従って、コンデンサ６は、ダイオード１１を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１２を介して、抵抗５のグランド側に接続される。同様に、コンデンサ７は、ダイオード１３を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１４を介して、抵抗５のグランド側に接続され、コンデンサ８は、ダイオード１５を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１６を介して、抵抗５のグランド側に接続される。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８は、スイッチ３と抵抗５に対して、並列に接続される。
【００８８】
図１８に、図１を用いて説明した充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【００８９】
図１８においては、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【００９０】
時刻ｔ１において、スイッチ３が開かれている状態で、スイッチ２が閉じられる。コンデンサ６乃至コンデンサ８は充電され、コンデンサ６、ダイオード９、コンデンサ７、ダイオード１０、およびコンデンサ８の合計の電圧値Ｖ１は、電源１の電圧と同じ値である１０Ｖとなる。コンデンサ６乃至コンデンサ８の充電完了時には、充電電流が殆ど０となるため、ダイオード９およびダイオード１０の順方向ドロップは、殆ど無視できる電圧となる。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８には、充電完了時に、合計１０Ｖ充電される。
【００９１】
そして、時刻ｔ２に、スイッチ２が開かれた場合、ダイオード９およびダイオード１０により、電圧Ｖ１が見えなくなる。
【００９２】
その後、時刻ｔ３に、スイッチ２が開かれた状態で、スイッチ３が閉じられる。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８の放電が開始される。上述したように、コンデンサ６乃至コンデンサ８は、負荷である抵抗５に対して並列接続であるので、スイッチ３が閉じられた瞬間、すなわち、放電が開始された瞬間の電圧Ｖ１は、コンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値に等しくなる。従って、電圧Ｖ１は、理論上は、１０Ｖの１／３となるはずである。そして、実験においては、３．５Ｖが観測された。
【００９３】
そして、抵抗５の両端にかかる電圧Ｖ２は、２．０Ｖが観測された。これは、負荷である抵抗５から見ると、コンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれに、２つのダイオードがシリーズで接続されているためである。それに対して、充電側でも、ダイオード９およびダイオード１０がシリーズで接続されているが、上述したように、充電完了時には、充電電流が殆ど０となるため、ダイオード９およびダイオード１０の順方向ドロップは、殆ど無視できる電圧となる。
【００９４】
なお、図１においては、コンデンサ６乃至コンデンサ８の３つのコンデンサを用いて充放電を行うものとして説明したが、コンデンサの数は、２以上のいかなる数でも良い。例えば、コンデンサの数が増やされた場合、より高い電圧で充電が行われ（この場合、コンデンサの容量は、個々の容量よりも見かけ上減少する）、低い電圧で放電が行われる（この場合のコンデンサの全容量は、全てのコンデンサの容量の合計となる）。
【００９５】
また、この例においては、回路に用いられるコンデンサの静電容量は同一であるものとして説明したが、回路に用いられるコンデンサの静電容量が、個々に異なっても、充放電において何ら電気的問題を発生するものではない。従って、回路に用いられるコンデンサの静電容量は、必ずしも同一である必要はない。
【００９６】
図１を用いて説明した充放電回路によると、複数のコンデンサに直列で電荷が充電され、放電時には、コンデンサが並列に接続された状態で負荷に接続されるので、利用価値の低い高電圧、低電流の起電力を、様々な用途に利用することが可能な低電圧、高電流に変換して出力することが可能となる。
【００９７】
次に、図１９を参照して、本発明を適応した充放電回路の第２の実施の形態について説明する。
【００９８】
なお、図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する（以下、同様）。
【００９９】
すなわち、図１９の充放電回路においては、図１の充放電回路のダイオード１６が省略されている以外は、図１を用いて説明した充放電回路と同一の構成を有しているので、その詳細については省略する。
【０１００】
図１９の充放電回路は、図１の充放電回路と比較して、部品点数が少なく、充電側と放電側のグランドを共通にできるという利点がある。
【０１０１】
図２０に、図１９の充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【０１０２】
図２０においても、図１８における場合と同様に、図１９に示される充放電回路において、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【０１０３】
この場合、時刻ｔ２から時刻ｔ３との間、すなわち、スイッチ２およびスイッチ３が開いた状態において、入力側の電圧Ｖ１に、並列のコンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値３Ｖが観測されるが、出力側に影響を与えるものではなく、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた後は、図１８を用いて説明した場合と同様に、コンデンサ６乃至コンデンサ８の放電が観測される。
【０１０４】
厳密には、抵抗５の両端にかかる電圧Ｖ２のうち、コンデンサ８の両端電圧は、ダイオード１６が省略されている分、第１の実施の形態における場合より上昇するため、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた瞬間の放電側の電圧値は、図１８における場合よりもダイオード１つ分に対応する電圧ドロップ分だけ上昇するはずであるが、その電圧の上昇は、実験において観測することができない程度のものであった。
【０１０５】
次に、図２１を参照して、本発明を適応した充放電回路の第３の実施の形態について説明する。
【０１０６】
図２１の充放電回路においては、図１９の充放電回路のダイオード１１が省略されている以外は、図１９を用いて説明した充放電回路と同一の構成を有しているので、その詳細については省略する。
【０１０７】
図２１の充放電回路は、図１９の充放電回路と同様に、充電側と放電側のグランドを共通にできるという利点があり、更に、部品点数が少ない。
【０１０８】
図２２に、図２１の充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【０１０９】
図２２においても、図１８および図２０における場合と同様に、図２１に示される充放電回路において、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【０１１０】
この場合においても、図２０を用いて説明した場合と同様に、時刻ｔ２から時刻ｔ３との間、すなわち、スイッチ２およびスイッチ３が開いた状態において、入力側の電圧Ｖ１に、並列のコンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値３Ｖが観測される。また、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた瞬間の放電側の電圧値については、図１８における場合よりもダイオード１１およびダイオード１６が省略されたため、コンデンサ６およびコンデンサ８の両端電圧の電圧ドロップに対応する電圧値の上昇（２．０Ｖから２．３Ｖに上昇）が観測された。この場合、直列に接続するコンデンサの数が増加しても、ダイオードは、両端の２箇所しか省略できないため、全体としての電圧増加は減少する。
【０１１１】
次に、図２３を参照して、本発明を適応した充放電回路の第４の実施の形態について説明する。図２３の充放電回路は、充放電回路を２系統使用し、交互に充放電を実行するものである。
【０１１２】
誘導電圧検出部１８１は、例えば、アンテナなどであり、グランド１８２は、誘導電圧の基準であって、例えば、２０ｃｍ×２０ｃｍの金属板を床に置いたものなどであり、図２を用いて説明した場合と同様に、空中に存在する誘導起電力が検出され、ダイオード１９１およびダイオード１９２より、コンデンサ１９３に直流電荷（正電荷）が蓄えられる。すなわち、誘導電圧検出部１８１、グランド１８２、ダイオード１９１、ダイオード１９２、およびコンデンサ１９３で、図１、図１９、および図２１の電源１を構成している。
【０１１３】
また、ダイオード１９４および１９５によって、コンデンサ１９６にも電荷が蓄積される。分周器１９７は、コンデンサ１９６に蓄積された電荷を動作電力とし、誘導電圧検出部１８１およびグランド１８２によって検出される電圧の半波整流波を入力クロックとして動作する。例えば、商用電源の誘導を検出している場合、分周器１９７の入力クロックは、５０Ｈｚ、もしくは６０Ｈｚとなる。
【０１１４】
スイッチ２０２およびスイッチ２０５は、分周器１９７の出力クロックによって、開閉される。インバータ１９８は、分周器１９７の出力クロックを反転する。スイッチ２０１およびスイッチ２０６は、インバータ１９８によって反転された分周器１９７の出力クロックによって、開閉される。
【０１１５】
スイッチ２０１が閉じられ、スイッチ２０２が開かれている場合、充放電回路２０７−１は充電され、スイッチ２０１が開かれ、スイッチ２０２が閉じられている場合、充放電回路２０７−１は放電し、放電された電荷は、負荷２０３によって消費される。コンデンサ２０４は、いわゆるバイパスコンデンサである。
【０１１６】
スイッチ２０５が閉じられ、スイッチ２０６が開かれている場合、充放電回路２０７−２は充電され、スイッチ２０５が開かれ、スイッチ２０６が閉じられている場合、充放電回路２０７−２は放電し、放電された電荷は、負荷２０３によって消費される。
【０１１７】
充放電回路２０７−１および充放電回路２０７−２は、図２１を用いて説明した充放電回路と同様のコンデンサ６乃至コンデンサ８、ダイオード９、ダイオード１０、およびダイオード１２乃至ダイオード１５から構成される。なお、充放電回路２０７−１および充放電回路２０７−２は、図１９を用いて説明した充放電回路と同様に、ダイオード１１を備えるようにしても良いし、図１を用いて説明した充放電回路と同様に、ダイオード１６を備えるようにしても良いことはもちろんである。
【０１１８】
スイッチ２０１およびスイッチ２０６に供給される信号と、スイッチ２０２およびスイッチ２０５に供給される信号との論理は逆である。従って、充放電回路２０７−１が充電している状態において、充放電回路２０７−２は放電し、充放電回路２０７−１が放電している状態においては、充放電回路２０７−２は充電を行う。すなわち、負荷２０３には、常に、低電圧、高電流に変換された電源が供給される。
【０１１９】
負荷２０３に供給される電源電圧値は、誘導電圧検出部１８１により検出される電圧値によって決まるが、例えば、誘導電圧検出部１８１により検出される電圧値が１０Ｖ程度である場合、負荷２０３には、３Ｖ程度の電源電圧が供給される。図２乃至図１７を用いて説明したように、誘導電圧検出部１８１により１０Ｖ程度を検出するのは容易である。
【０１２０】
以上説明した充放電回路においては、電源１として、図２乃至図１７を用いて説明した、空間の誘導起電力（例えば、商用電源やインバータ方式の蛍光灯の誘導電圧）を基にして充電を行うものとして説明したが、例えば、圧電素子に所定の圧力を与えることにより発生するパルス性の電圧を収集して変換し、負荷に供給することも可能である。
【０１２１】
図２４を参照して、本発明を適応した充放電回路を用いた電源供給システムについて説明する。
【０１２２】
床材２２１−１乃至床材２２１−ｎは、例えば、人がその上を歩行したり、荷物を積んだ台車などが通過することなどにより、若干のたわみを発生する床材であり、支材２２２−１−１および支材２２２−１−２、支材２２２−２−１および支材２２２−２−２、並びに支材２２２−ｎ−１および支材２２２−ｎ−２によって、それぞれ支えられている。
【０１２３】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎは、床材２２１−１乃至床材２２１−ｎの下部（人などが歩行時に触れる面の逆の面）に取り付けられており、床材２２１−１乃至床材２２１−ｎのたわみにより、圧力を受け、電圧を発生する。
【０１２４】
ここで、圧電素子とは、電圧をかけると伸び縮みし、逆に圧力がかかり伸び縮みすると電圧を発生する性質をもった素子であり、水晶の単結晶や、セラミックス、プラスチックの一部に、このような性質を有する物質がある。
【０１２５】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎで発生した電圧は、充放電回路２２４−１乃至充放電回路２２４−ｎによって、高電圧、低電流から、低電圧、高電流に変換され、コンデンサ２３１に供給されて、蓄積される。そして、スイッチ２３２が閉じられた場合、コンデンサ２３１に蓄積された電荷が、負荷２３３に供給される。
【０１２６】
なお、充放電回路２２４−１乃至充放電回路２２４−ｎには、図１、図１９、図２１、もしくは図２３を用いて説明した充放電回路のうち、いずれの充放電回路を用いても良い。
【０１２７】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎをその下部に備え付けた床材２２１−１乃至床材２２２１−ｎを、例えば、駅の階段などの、大勢の人が常に歩行する場所に設置することにより、利用しやすい電圧値で、ある程度の電流値を有する電源電圧を供給することが可能となる。
【０１２８】
図２４を用いて説明した充放電回路を用いた電源供給システムから出力される電源に対して、更に、既存の技術を用いて安定化を施すことにより、より一層利用範囲の広い電源供給システムを構築することが可能であることは言うまでもない。
【０１２９】
また、圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎの設置場所は、図２４を用いて説明した床材２２１−１乃至床材２２１−ｎの下部に限らない。例えば、靴の中に圧電素子を設けて、ユーザの歩行動作により発生する電圧を蓄積して、利用しやすい電圧値および電流値に変換するようにすることも可能である。
【０１３０】
更に、充放電回路に電荷を充電するための電源としては、上述した誘導起電力や圧電素子に加えられた圧力のみならず、例えば、雷や静電気などの自然放電源を用いることも可能である。その場合も、同様にして、上述した充放電回路を用いて、短時間に発生する高電圧を利用しやすい電圧値および電流値に変換し、負荷に供給することができる。
【０１３１】
以上説明した充放電回路を用いることにより、発電所等から供給される電源ではない、ローカルな電源を簡単に得ることができる。従って、環境に負荷を与えず、従来では利用することができなかった、無駄な、あるいは邪魔な発生電圧を、利用しやすい電圧値および電流値に変換し、例えば、ウェアラブルコンピューティング（身体装着可能なコンピュータを利用すること）、もしくは、ユービキタスコンピューティング環境（ユービキタス：偏在性、すなわち、いたるところにコンピュータが存在する環境）の電力供給源として有効に利用することができる。
【０１３２】
なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明の第１の電力供給装置および方法によれば、圧電素子が発生するパルス性の電力などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換することができる。
【０１３４】
本発明の第２の電力供給装置および方法によれば、圧電素子が発生するパルス性の電力などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換して、負荷に常に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適応した充放電回路の第１の実施の形態について説明するための図である。
【図２】図１の電源に対応する第１の電力回生装置について説明するための図である。
【図３】図２の電力回生回路の出力電圧について説明するための図である。
【図４】図１の電源に対応する第２の電力回生装置について説明するための図である。
【図５】図４の電力回生回路の詳細な回路図である。
【図６】図４の電力回生回路の出力電圧について説明するための図である。
【図７】ダイオードブリッジについて説明するための図である。
【図８】ダイオードブリッジについて説明するための図である。
【図９】図１の電源に対応する第３の電力回生装置について説明するための図である。
【図１０】図９のダイオードブリッジのカスケード接続について説明するための図である。
【図１１】図１の電源に対応する第４の電力回生装置について説明するための図である。
【図１２】図１の電源に対応する第５の電力回生装置について説明するための図である。
【図１３】図１の電源に対応する第６の電力回生装置について説明するための図である。
【図１４】一般的なダウンコンバータについて説明するための図である。
【図１５】図１の電源に対応する第７の電力回生装置について説明するための図である。
【図１６】図１の電源に対応する第８の電力回生装置について説明するための図である。
【図１７】図１の電源に対応する第９の電力回生装置について説明するための図である。
【図１８】図１の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図１９】本発明を適応した充放電回路の第２の実施の形態について説明するための図である。
【図２０】図１９の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図２１】本発明を適応した充放電回路の第３の実施の形態について説明するための図である。
【図２２】図２１の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図２３】本発明を適応した充放電回路の第４の実施の形態について説明するための図である。
【図２４】本発明を適応した充放電回路を用いた電源供給システムについて説明するための図である。
【符号の説明】
１ 電源， ２，３ スイッチ， ４，５ 抵抗， ６乃至８ コンデンサ，９乃至１６ ダイオード， １９７ 分周器， １９８ インバータ， ２０１，２０２，２０５，２０６ スイッチ， ２０７ 充放電回路， ２２３ 圧電素子， ２２４ 充放電回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力供給装置および方法に関し、例えば、誘導電力や、圧電素子が発生するパルス性の電圧などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換することができる電力供給装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活空間には、例えば、静電気によるディスチャージなど、パルス性で、電圧値は比較的高いが、電流値が低いため、瞬時に放電してしまう電源が存在する。また、インバータ蛍光灯や、商用電源の付近に発生する誘導起電力など、電圧は非常に高いが、電流としては非常に小さい誘導電源が存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの電源は、発生時間が短く、電圧値が比較的高く、電流値がわずかであるために、エネルギーとして殆ど利用されていない。
【０００４】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、環境中に存在する低電流のパルス性電圧を、利用しやすい電圧値および電流値に変換し、環境に負荷を与えない電力供給源を提供することができるようにするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の電力供給装置は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチとを備え、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、複数のコンデンサが負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の第１の電力供給方法は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源とを備える電力供給装置の電力供給方法であって、電力を供給する電力供給ステップと、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップとを含み、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１の制御ステップの処理により電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２の制御ステップの処理により負荷に放電する場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の電力供給装置は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置であって、電圧変換回路は、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチとを備え、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかが、負荷に対して常に電力を供給することを特徴とする。
【００１６】
基準クロックパルスを発生するパルス発生回路と、パルス発生回路によって発生された基準クロックパルスの論理を反転するインバータとを更に備えさせるようにすることができ、パルス発生回路の出力、もしくはインバータの出力のうちのいずれか一方が、複数の電圧変換回路のうちの第１の電圧変換回路が有する第１のスイッチおよび複数の電圧変換回路のうちの第２の電圧変換回路が有する第２のスイッチの開閉を制御し、他方が、第１の電圧変換回路が有する第２のスイッチおよび第２の電圧変換回路が有する第１のスイッチの開閉を制御するものとすることができる。
【００１７】
本発明の第２の電力供給方法は、上から加わる力によりたわみを発生する床材と、床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置の電力供給方法であって、電圧変換回路における電圧変換ステップが、複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、電力供給源から充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップとを含み、充放電回路では、複数のコンデンサが、第１の制御ステップの処理により電力供給源から充電される場合には、電力供給源に対して直列に接続され、第２の制御ステップの処理により負荷に放電する場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続されており、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、第１の制御ステップおよび第２の制御ステップの処理により、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかが、負荷に対して常に電力を供給することを特徴とする。
【００１８】
本発明の第１の電力供給装置および方法においては、上から加わる力によりたわみを発生する床材の下部に、床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源が設けられ、複数のコンデンサと複数のダイオードとから充放電回路が構成され、電力が供給され、電力供給源から充放電回路への電力の供給が制御され、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給が制御され、充放電回路においては、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、複数のコンデンサが電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続され、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通である。
【００１９】
本発明の第２の電力供給装置および方法においては、上から加わる力によりたわみを発生する床材の下部に設けられ、床材のたわみによる圧力で電力を発生する電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路において、複数のコンデンサと複数のダイオードとから充放電回路が構成され、電力供給源から充放電回路への電力の供給が制御され、充放電回路の複数のコンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給が制御され、充放電回路において、第１のスイッチにより電力供給源から充電される場合には、複数のコンデンサが電力供給源に対して直列に接続され、第２のスイッチにより負荷に放電される場合には、複数のコンデンサが負荷に対して並列に接続されるように、複数のコンデンサおよび複数のダイオードが接続され、充放電回路の複数のコンデンサの静電容量は全て等しく、充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電されることにより、複数の電圧変換回路のうちのいずれかによって、負荷に対して常に電力が供給される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
まず、図１を参照して、本発明を適応した充放電回路の第１の実施の形態について説明する。
【００２２】
電源１には、スイッチ２が接続されている。ここで、電源１は、環境に存在する誘導電力を取り出して、電力を発生する電力回生回路であり、その詳細については、図２乃至図１７を用いて後述する。抵抗４は、入力抵抗であり、図１の回路を実使用する場合、抵抗４は、必ずしも必要というものではない。
【００２３】
スイッチ３は、出力側のスイッチであり、放電時に閉じられる。抵抗５は出力の負荷抵抗である。図１の回路を実使用する場合、抵抗５に代わって、実負荷が接続される。
【００２４】
コンデンサ６乃至コンデンサ８は、充電用のコンデンサである。ダイオード９乃至ダイオード１６は、整流用のダイオードである。コンデンサ６乃至コンデンサ８、並びに、ダイオード９およびダイオード１０は、充電時には、直列に接続されている。そして、ダイオード９およびダイオード１０は、充電用のコンデンサ６乃至コンデンサ８の間に接続され、放電時、すなわち、スイッチ３が開かれてスイッチ２が閉じられた場合には逆バイアスとなり、コンデンサ６乃至コンデンサ８を切り離す（電気的に接続されていない状態とする）。
【００２５】
ダイオード９乃至ダイオード１６には、例えば、ＮＥＣ社製の１Ｓ９５３などのスイッチング用シリコンダイオードが用いられる。
【００２６】
出力側のダイオード１１乃至１６は、放電時に、コンデンサ６乃至コンデンサ８を負荷（抵抗５）に対して並列に接続するために設けられている。
【００２７】
次に、電源１として用いられる電力回生回路について説明する。
【００２８】
図２は、電源１に対応する電力回生回路の一例を示す回路図である。
【００２９】
図２の電力回生回路においては、アンテナ３１とグランド（ＧＮＤ）端子４１により、空中に存在する誘導起電力が検出され、ダイオード３３およびダイオード３４より、コンデンサ３５に直流電荷（正電荷）が蓄えられ、コンデンサ３５のプラス側にプラス端子４６が設けられている。すなわち、グランド端子４１に対して、アンテナ３１の電位がプラスであり、ダイオード３３が導通し、ダイオード３４は高インピーダンス素子として、アンテナ３１とグランド端子４１の間に電圧を発生させ、コンデンサ３５に正電荷を充電させる。
【００３０】
例えば、アンテナ３１を、インバータ式蛍光灯の外筐部の適当な部位に接続し、グランド端子４１を接地、もしくは、１乃至２ｍ程度の線材を接続して、床にたらしておいた場合、コンデンサ３５が１０μＦの電界コンデンサであれば、コンデンサ３５の両端に１０秒程度で３０Ｖ以上の電圧を発生することができる。電力容量は、基本的には充電時間に比例するので、充電時間を延ばすことにより、充電される電荷を電源として利用することは充分可能である。
【００３１】
そして、アンテナ３１、ダイオード３３およびダイオード３４、並びにコンデンサ３５で構成される回路と極性が逆となっている電力回生回路が、アンテナ４２、ダイオード４３およびダイオード４４、並びにコンデンサ４５によって構成されてグランドを共通として接続され、コンデンサ４５のマイナス側にマイナス端子４７が設けられている。グランド端子４１に対して、アンテナ４２の電位はマイナスにとなり、ダイオード４４が導通し、ダイオード４３は、高インピーダンス素子として、アンテナ４２とグランド端子４１の間に電圧を発生させ、コンデンサ４５に負電荷が充電される。
【００３２】
交流の入力を受ける整流回路は、その出力が直流成分であっても、入力に交流成分が流れている以上、もう一方（帰線側、すなわちグランド）にも必ず交流電流が流れている。商用電源やインバータ方式の蛍光灯の誘導電圧はかなり高いことが予想される（例えば、商用電源の家庭内の電源による誘導電圧は、ピークトゥピークで１４０Ｖ程度である）ので、図２に示される回路によって、誘導電圧を効率よく回生させることができる。
【００３３】
図３に、図２の電力回生回路においてコンデンサ３５およびコンデンサ４５の静電容量がいずれも２２μＦであり、アンテナ３１を蛍光灯の外筐に、グランド端子４１をオシロスコープのグランド端子（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続した場合の電圧測定カーブ（無負荷時）を示す。図３において、プラス軸側の曲線は、コンデンサ３５の両端電圧、マイナス軸側の曲線は、コンデンサ４５の両端電圧である。
【００３４】
図３に示されるように、８０秒後に、コンデンサ３５の両端電圧は、約３８Ｖであり、その増加割合は減少し始めて（飽和に近づいて）おり、コンデンサ４５の両端電圧は、約−５．１Ｖであり、飽和には達していない。実験では、数分後に、コンデンサ３５の両端電圧は、約４８Ｖ、コンデンサ４５の両端電圧は、約３７Ｖとなった。
【００３５】
次に、図４乃至図６を参照して、第２の電力回生回路について説明する。なお、図２における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する（以下、同様）。
【００３６】
図４に示されるように、図２を用いて説明した電力回生回路を１組の電力回生回路５１として、それぞれのアンテナ３１およびアンテナ４２を、直列に接続（カスケード接続）することにより、空中に誘導されている電力の回生効率を高めることができる。ここでは、電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３の３つの電力回生回路を直列接続するようにしたが、接続される電力回生回路の数は任意の数でよい。電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３は、内部的には、直流成分の極性が一義的に決まるが、外部的には、交流成分は全く対称であるため、その接続の向きは任意である。
【００３７】
図５は、図４の電力回生回路５１−１、電力回生回路５１−２、および電力回生回路５１−３の詳細な回路図である。図５においては、電力回生回路５１−１のアンテナ４２と電力回生回路５１−２のアンテナ３１’とを接続し、電力回生回路５１−２のアンテナ４２’と電力回生回路５１−３のアンテナ３１”とを接続しているものとして図示しているが、例えば、電力回生回路５１−２の接続の向きを逆向きとし、電力回生回路５１−１のアンテナ４２と電力回生回路５１−２のアンテナ４２’とを接続し、電力回生回路５１−２のアンテナ３１’と電力回生回路５１−３のアンテナ３１”とを接続した場合においても、電力回生回路５１−２からのプラス端子４６’およびマイナス端子４７’からの出力は、交流であるので変化しない。
【００３８】
図４および図５を用いて説明した電力回生回路５１−１乃至電力回生回路５１−３においては、それぞれの回路にまたがって、電圧を加算して使用することはできない（それぞれの電力回生回路で、独立した電力供給源となる）。
【００３９】
図６に、図４の電力回生回路５１−１乃至電力回生回路５１−３それぞれにおいて内部コンデンサの静電容量が１００μＦ／６３Ｖ（５０μＦのコンデンサ３５およびコンデンサ４５を直列接続）であり、アンテナ３１を蛍光灯の外筐などの誘導源５２に、アンテナ４２”をオシロスコープのグランド端子５３（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続した場合に、数分後、回路が安定した後に得られる電源電圧（無負荷時）の値を示す。
【００４０】
この場合、電力回生回路５１−１において、プラス側に３０Ｖ、マイナス側に１４Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６とマイナス端子４７との間に発生する電圧は、約４３Ｖであった。また、電力回生回路５１−２においては、プラス側に１４．１Ｖ、マイナス側に１２．６Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６’とマイナス端子４７’との間に発生する電圧は、約２６．５Ｖであり、電力回生回路５１−３においては、プラス側に１１．６Ｖ、マイナス側に１３Ｖの電圧が発生し、プラス端子４６”とマイナス端子４７”との間に発生する回生電圧は、約２４．３Ｖであった。
【００４１】
このように、複数の電力回生回路をカスケード接続することにより、内部コンデンサ（コンデンサ３５およびコンデンサ４５）に充分な大きさの電圧がチャージされる。
【００４２】
次に、図７乃至図１０を参照して、第３の電力回生回路について説明する。
【００４３】
図２を用いて説明した電力回生回路は、逆極性の回路を、グランドを共通として接続した回路であるが、図７（Ａ）は、同一の極性の回路を、グランドを共通として接続したものである。
【００４４】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の回路の変形例であり、図７（Ａ）と図７（Ｂ）は、同一の回路であることは言うまでもない。そして、コンデンサ３５とコンデンサ４５とは、ここでは同一の定格であるため、図７（Ｂ）の回路に対する等価回路である図７（Ｃ）の回路の内部コンデンサは、コンデンサ３５（あるいはコンデンサ４５）と等しくなる。
【００４５】
また、図７（Ｃ）の回路は、図７（Ｄ）のブリッジ回路と同一である。すなわち、図７（Ａ）に示される電力回生回路と、図７（Ｄ）に示されるブリッジ回路とは等価回路である。
【００４６】
また、図８（Ａ）に示される電力回生回路は、図７（Ａ）を用いて説明した電力回生回路と逆特性を有するものであり、図７を用いて説明した場合と同様に、図８（Ｂ）と同一であり、ここでも、コンデンサ３５とコンデンサ４５とは同一の定格であるため、図８（Ｂ）の回路に対する等価回路である図８（Ｃ）の回路の内部コンデンサは、コンデンサ３５（あるいはコンデンサ４５）と等しくなる。
【００４７】
そして、図８（Ｃ）の回路は、図８（Ｄ）のブリッジ回路と同一である。すなわち、図８（Ａ）に示される電力回生回路と、図８（Ｄ）に示されるブリッジ回路とは等価回路である。
【００４８】
そして、図７（Ｄ）に示されるブリッジ回路と、図８（Ｄ）に示されるブリッジ回路は同一の回路であり、平滑およびエネルギー蓄積用のコンデンサを有する、一般的な整流回路である。これらのブリッジ回路は、アンテナ３１およびアンテナ４２に対しても対称であるため、それぞれのアンテナを区別する必要はない。
【００４９】
そこで、図９（Ａ）に示すように、ブリッジ回路６１は、端子７１および端子７２、ダイオード７３乃至ダイオード７６、並びに、コンデンサ７７を有するものとして説明する。ブリッジ回路６１は、図９（Ｂ）に示されるブリッジ回路と等価回路である。
【００５０】
図９（Ａ）に示したブリッジ回路６１においても、端子７１および端子７２のいずれかを、例えば、蛍光灯の外筐などの誘導源と、オシロスコープのグランド端子などの、適当なインピーダンスで大地に接続されている点に接続した場合、誘導により発生している起電力が回生され、ダイオード７３乃至ダイオード７６により、コンデンサ７７に電荷が蓄積される。
【００５１】
更に、図１０に示されるように、ブリッジ回路６１を任意の数だけカスケード接続することにより、図４乃至図６を用いて説明した場合と同様に、より効率よく電力を回生することも可能である。
【００５２】
次に、図１１を参照して、第４の電力回生回路について説明する。
【００５３】
図１１に示される電力回生回路は、グランドレベルに対して正電圧を発生する電源発生回路をカスケード接続することによって構成されている。ダイオード９３およびダイオード９４によって、コンデンサ９５にチャージされた電圧が、端子９９および端子１００から供給可能であり、ダイオード９６およびダイオード９７によって、コンデンサ９８にチャージされた電圧が、端子１０１および端子１０２から供給可能である。
【００５４】
この場合、第１乃至第３の実施の形態とは異なり、それぞれの電圧発生源のグランドは共通ではない。すなわち、端子９９および端子１００から供給される電源と、端子１０１および端子１０２から供給される電源とは、それぞれ独立している。
【００５５】
図１１に示される電力回生回路において、コンデンサ９５およびコンデンサ９８の静電容量がいずれも２２μＦであり、アンテナ９１およびアンテナ９２を蛍光灯の外筐に、グランドに対応する端子１００および端子１０２をオシロスコープのグランド端子（適当なインピーダンスで大地に接続されている）に接続し、数分後、出力電圧が平衡に達したときの電圧は、端子９９および端子１００間で３５Ｖ、端子１０１および端子１０２間で１４Ｖであった。
【００５６】
図１１においては、カスケード接続が２段であるとして説明したが、３段以上のカスケード接続も可能であることは言うまでもない。
【００５７】
以上説明した電力回生回路においては、電力回生効率を高め、高い電圧を供給したり、複数の電源を提供することが可能となるものであった。以下、第５乃至第９の電力回生回路として、出力電圧の安定化を目的とする電力回生回路について説明する。
【００５８】
図１２を用いて、第５の電力回生回路について説明する。
【００５９】
図１２（Ａ）の電力回生回路は、ダイオード３４に代わって、定電圧ダイオード１１１が設けられている以外は、図２を用いて説明した電力回生回路の正電荷蓄積部分と基本的に同様の構成を有している。また、図１２（Ｂ）の電力回生回路は、図１２（Ａ）の電力回生回路において、ダイオード３３、コンデンサ３５、および定電圧ダイオード１１１のそれぞれの極性に逆とした電力回生回路である。
【００６０】
定電圧ダイオード１１１を用いることにより、コンデンサ３５の両端電圧は、定電圧ダイオード１１１により規定される電圧値よりも大きくなることはない。例えば、定電圧ダイオード１１１により規定される電圧値を、出力端子１１２から出力される電力の供給を受ける素子の定格にあわせて設計することにより、出力側に接続されている素子の破壊を防止することが可能となる。
【００６１】
定電圧ダイオード１１１は、その電圧出力によって、正の温度係数と、負の温度係数を有するものが存在するため、出力電圧に制限がある。そこで、ダイオード３３と、定電圧ダイオード１１１の温度特性とが、正負逆となるようにそれぞれを選択することによって、出力電圧の温度特性を向上させることが可能となる。
【００６２】
次に、図１３を参照して、第６の電力回生回路について説明する。
【００６３】
図１３の電力回生回路においては、ダイオード３３とコンデンサ３５の間に、例えばCMOSFETなどで構成されるスイッチ１２１、およびスイッチ１２１を制御するコントローラ１２２が新たに設けられている以外は、図２を用いて説明した電力回生回路の正電荷蓄積部分と基本的に同様の構成を有する。コントローラ１２２は、コンデンサ３５が放電する電圧を検出して、スイッチ１２１を制御するとともに、同一ラインから、コントローラ１２２自身の動作のための電源の供給を受ける。
【００６４】
図１３においては、出力電圧の検出と、電源の供給とを、コントローラ１２２に対して異なる入力として図示しているが、出力電圧の検出と電源の供給とは、同一の入力により行われるようにしても良いことはもちろんである。
【００６５】
コントローラ１２２は、出力電圧がある一定の範囲内の値となるように、スイッチ１２１のオンオフを制御することにより、コンデンサ３５に供給されるチャージ電流を制限する。コンデンサ３５への充電の方法は、原理的にはスイッチングレギュレータと類似しているが、図１３に示される電力回生回路においては、アンテナ３１で検出される電界による電源のインピーダンスが非常に高いため、ダイオード３３とコンデンサ３５との間にインダクタンスがなくても、ほぼ定電流により、コンデンサ３５をチャージすることができる。
【００６６】
図１４に一般的なダウンコンバータの回路例を示す。コントローラ１３６は、コンデンサ１３５に供給されるチャージ電流を制限するために、スイッチ１３２を制御する。ダウンコンバータにおいては、コンデンサ１３５に定電流を供給するために、インダクタンス１３４が接続され、インダクタンス１３４からの逆起電力によって出力側の負荷を破壊してしまうことを防止するために、フライホイールダイオード１３３が接続されている。
【００６７】
これに対して、図１３を用いて説明した電力回生回路は、インダクタンス１３４およびフライホイールダイオード１３３が不必要であり、部品点数が少ないため、低コストで回路を構成することができる。
【００６８】
図１３の電力回生回路においては、インダクタンスを備えることなくコンデンサ３５に対して定電流充電を行うので、コンデンサ３５には、三角波状のリップルが発生する。このレベルは、コントローラ１２２の制御によって設定可能である。また、出力端子１２３に接続されている負荷の負荷変動に対しても、コントローラ１２２により、スイッチ１２１のスイッチングを制御することにより、通常のスイッチングレギュレータの場合と同様に、出力端子１２３からの出力を制御することが可能である。
【００６９】
コントローラ１２２は、消費電流値の小さなマイクロコントローラなどで構成される。コントローラ１２２は、通常のスイッチングレギュレータのように、スイッチ１２１のオンオフを、例えば、１００Hz程度の周波数で制御する必要はない。従って、コントローラ１２２は、更に、クロック周波数を下げて使用することによって、数μＡ程度の消費電流とすることができる。
【００７０】
次に、図１５を参照して、第７の電力回生装置について説明する。
【００７１】
スイッチ１４１およびスイッチ１４２は、コントローラ１４６によって制御される。コントローラ１４６は、コンデンサ１４５が放電する電圧を検出して、スイッチ１４１を制御するとともに、スイッチ１４１の制御に連動して、スイッチ１４２を制御し、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４のうちのいずれかに蓄積された電荷を、コンデンサ１４５に供給させるとともに、同一ラインから、コントローラ１４６自身の動作のための電源の供給を受ける。
【００７２】
アンテナ３１によって得られた、電界による電力は、スイッチ１４１によって、コンデンサ１４３もしくはコンデンサ１４４に供給されて、蓄積される。スイッチ１４１には、オープン端子も設けられており、コントローラ１４６は、コンデンサ１４５の出力電圧を検出し、その出力電圧がある一定の値を超えないように、必要に応じて、ダイオード３３の出力を、スイッチ１４１のオープン端子に接続させる。
【００７３】
コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量が等しい場合、コンデンサ１４３とコンデンサ１４４とは、スイッチ１４１によって、基本的に、同一の時間ずつダイオード３３と接続されるものとするが、それぞれのオンデューティーが異なるように制御するようにしても良い。
【００７４】
コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４に蓄積された電荷は、スイッチ１４２を介して、コンデンサ１４５に蓄積される。スイッチ１４２は、コントローラ１４６の制御に従って、コンデンサ１４３、もしくはコンデンサ１４４のうち、アンテナ３１、ダイオード３４およびスイッチ１４１を介して、電荷の蓄積中（充電中）ではない方が、コンデンサ１４５に接続され、蓄積された電荷を放出（放電）するように切替えられる。
【００７５】
コンデンサ１４５は、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量より大きな静電容量を有する素子が選択される。例えば、コンデンサ１４３およびコンデンサ１４４の静電容量が１０μＦであり、チャージ後の電圧が５０Ｖであるとすると、コンデンサ１４５の静電容量が１００μＦであれば、電荷Ｑ＝静電容量Ｃ×電圧Ｖが成り立ち、電荷が保存されるので、出力電圧として５Ｖが得られる。すなわち、小さな容量のコンデンサ１４３およびコンデンサ１４４に、アンテナ３１によって得られる電界による電力を高電圧で蓄積し、それを大きな容量のコンデンサに供給することにより、エネルギーロスを最小にして、一般的なＩＣの動作電圧付近に電圧を下げ、電流容量をあげることが可能となる。
【００７６】
次に、図１６を参照して、第８の電力回生装置について説明する。
【００７７】
図１６の電力回生回路は、コントローラ１４６の電力供給源として、図１２を用いて説明した電力回生回路が、電源供給回路１５１として用いられている以外は、図１５を用いて説明した電力回生回路と基本的に同様の構成を有している。
【００７８】
すなわち、図１５を用いて説明した電力回生回路においては、コントローラ１４６は、コンデンサ１４５の出力のうちの一部を動作に必要な電源として利用していたので、出力端子１２３から出力される電力にロスが生じる。それに対して、図１６の電力回生回路においては、コントローラ１４６は、定電圧ダイオード１１１により出力電圧が一定に制限されている電源供給回路１５１から、動作に必要な電源の供給を受けるようになされている。
【００７９】
ここで、電源供給回路１５１のコンデンサ３５の静電容量を、コンデンサ１４５の静電容量より小さく設定することにより、コンデンサ１４５から蓄積された電荷が放出され、出力端子１２３から電力が供給されるよりも先に、コントローラ１４６に電源が供給され、コントローラ１４６が動作開始するようにすることが可能である。
【００８０】
次に、図１７を参照して、第９の電力回生装置について説明する。
【００８１】
電源供給回路１５１から供給される電圧は、定電圧ダイオード１１１の定格に基づく一定の値となる。図１７の電力回生回路においては、電源供給回路１５１の出力をトランジスタ１７１のベースに供給して、トランジスタ１７１のベースエミッタ電圧をクランプして定電圧化し、出力端子１２３から一定の電圧の電源を供給するようになされている。
【００８２】
図１７の電力回生回路においては、例えば、出力端子１２３に接続された負荷の値が小さくなり、電流が増加してしまうような場合においても、出力端子１２３からの出力電圧は、コンデンサ３５の端子電圧よりも低い値において、出力の安定化を図ることが可能となる。
【００８３】
図１７の電力回生回路は、コレクタエミッタ電圧の分、回生した電力を無駄に消費してしまうことになるが、スイッチングレギュレータを組み込むよりも、非常に簡単な回路構成で、充分実用可能な定電圧の電力回生回路を提供することが可能である（すなわち、低コストの電力回生回路を提供することが可能である）。
【００８４】
なお、図１７においては、電源供給回路１５１を用いて、トランジスタ１７１のベースに一定電圧を供給することとして説明しているが、トランジスタ１７１のベースに一定電圧を供給することが可能であれば、電源供給回路１４１に代わって、異なる構成を有する回路を利用するようにしても良い。
【００８５】
再び、図１の説明に戻る。図２乃至図１７を用いて説明した電力回生回路によって発生された高電圧を用いて図１の充放電回路のコンデンサ６乃至コンデンサ８が充電され、充電された電荷が、コンデンサ６乃至コンデンサ８から放電される際に、低電圧、高電流に変換される。
【００８６】
図１の充放電回路において、充電時には、スイッチ２が閉じられ、出力側のスイッチ３が開かれるので、抵抗４を介して、直列に接続されているコンデンサ６、ダイオード９、コンデンサ７、ダイオード１０、およびコンデンサ８に電流が流れ、コンデンサ６乃至コンデンサ８が充電される。
【００８７】
そして、放電時には、スイッチ２が開かれ、スイッチ３が閉じられるので、コンデンサ６乃至コンデンサ８に充電された電荷が放電され、負荷である抵抗５で消費される。このとき、ダイオード９およびダイオード１０は逆バイアスとなるので、電流が流れない。従って、コンデンサ６は、ダイオード１１を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１２を介して、抵抗５のグランド側に接続される。同様に、コンデンサ７は、ダイオード１３を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１４を介して、抵抗５のグランド側に接続され、コンデンサ８は、ダイオード１５を介して、抵抗５のプラス側に接続され、ダイオード１６を介して、抵抗５のグランド側に接続される。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８は、スイッチ３と抵抗５に対して、並列に接続される。
【００８８】
図１８に、図１を用いて説明した充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【００８９】
図１８においては、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【００９０】
時刻ｔ１において、スイッチ３が開かれている状態で、スイッチ２が閉じられる。コンデンサ６乃至コンデンサ８は充電され、コンデンサ６、ダイオード９、コンデンサ７、ダイオード１０、およびコンデンサ８の合計の電圧値Ｖ１は、電源１の電圧と同じ値である１０Ｖとなる。コンデンサ６乃至コンデンサ８の充電完了時には、充電電流が殆ど０となるため、ダイオード９およびダイオード１０の順方向ドロップは、殆ど無視できる電圧となる。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８には、充電完了時に、合計１０Ｖ充電される。
【００９１】
そして、時刻ｔ２に、スイッチ２が開かれた場合、ダイオード９およびダイオード１０により、電圧Ｖ１が見えなくなる。
【００９２】
その後、時刻ｔ３に、スイッチ２が開かれた状態で、スイッチ３が閉じられる。すなわち、コンデンサ６乃至コンデンサ８の放電が開始される。上述したように、コンデンサ６乃至コンデンサ８は、負荷である抵抗５に対して並列接続であるので、スイッチ３が閉じられた瞬間、すなわち、放電が開始された瞬間の電圧Ｖ１は、コンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値に等しくなる。従って、電圧Ｖ１は、理論上は、１０Ｖの１／３となるはずである。そして、実験においては、３．５Ｖが観測された。
【００９３】
そして、抵抗５の両端にかかる電圧Ｖ２は、２．０Ｖが観測された。これは、負荷である抵抗５から見ると、コンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれに、２つのダイオードがシリーズで接続されているためである。それに対して、充電側でも、ダイオード９およびダイオード１０がシリーズで接続されているが、上述したように、充電完了時には、充電電流が殆ど０となるため、ダイオード９およびダイオード１０の順方向ドロップは、殆ど無視できる電圧となる。
【００９４】
なお、図１においては、コンデンサ６乃至コンデンサ８の３つのコンデンサを用いて充放電を行うものとして説明したが、コンデンサの数は、２以上のいかなる数でも良い。例えば、コンデンサの数が増やされた場合、より高い電圧で充電が行われ（この場合、コンデンサの容量は、個々の容量よりも見かけ上減少する）、低い電圧で放電が行われる（この場合のコンデンサの全容量は、全てのコンデンサの容量の合計となる）。
【００９５】
また、この例においては、回路に用いられるコンデンサの静電容量は同一であるものとして説明したが、回路に用いられるコンデンサの静電容量が、個々に異なっても、充放電において何ら電気的問題を発生するものではない。従って、回路に用いられるコンデンサの静電容量は、必ずしも同一である必要はない。
【００９６】
図１を用いて説明した充放電回路によると、複数のコンデンサに直列で電荷が充電され、放電時には、コンデンサが並列に接続された状態で負荷に接続されるので、利用価値の低い高電圧、低電流の起電力を、様々な用途に利用することが可能な低電圧、高電流に変換して出力することが可能となる。
【００９７】
次に、図１９を参照して、本発明を適応した充放電回路の第２の実施の形態について説明する。
【００９８】
なお、図１における場合と対応する部分には同一の符号を付してあり、その説明は適宜省略する（以下、同様）。
【００９９】
すなわち、図１９の充放電回路においては、図１の充放電回路のダイオード１６が省略されている以外は、図１を用いて説明した充放電回路と同一の構成を有しているので、その詳細については省略する。
【０１００】
図１９の充放電回路は、図１の充放電回路と比較して、部品点数が少なく、充電側と放電側のグランドを共通にできるという利点がある。
【０１０１】
図２０に、図１９の充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【０１０２】
図２０においても、図１８における場合と同様に、図１９に示される充放電回路において、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【０１０３】
この場合、時刻ｔ２から時刻ｔ３との間、すなわち、スイッチ２およびスイッチ３が開いた状態において、入力側の電圧Ｖ１に、並列のコンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値３Ｖが観測されるが、出力側に影響を与えるものではなく、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた後は、図１８を用いて説明した場合と同様に、コンデンサ６乃至コンデンサ８の放電が観測される。
【０１０４】
厳密には、抵抗５の両端にかかる電圧Ｖ２のうち、コンデンサ８の両端電圧は、ダイオード１６が省略されている分、第１の実施の形態における場合より上昇するため、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた瞬間の放電側の電圧値は、図１８における場合よりもダイオード１つ分に対応する電圧ドロップ分だけ上昇するはずであるが、その電圧の上昇は、実験において観測することができない程度のものであった。
【０１０５】
次に、図２１を参照して、本発明を適応した充放電回路の第３の実施の形態について説明する。
【０１０６】
図２１の充放電回路においては、図１９の充放電回路のダイオード１１が省略されている以外は、図１９を用いて説明した充放電回路と同一の構成を有しているので、その詳細については省略する。
【０１０７】
図２１の充放電回路は、図１９の充放電回路と同様に、充電側と放電側のグランドを共通にできるという利点があり、更に、部品点数が少ない。
【０１０８】
図２２に、図２１の充放電回路を用いて充放電を行った場合の実験波形を示す。
【０１０９】
図２２においても、図１８および図２０における場合と同様に、図２１に示される充放電回路において、電源１の出力が１０Ｖ、抵抗４および抵抗５の抵抗値が１ｋΩ、コンデンサ６乃至コンデンサ８の静電容量が１０μＦという条件の基で充放電が行われたものとする。
【０１１０】
この場合においても、図２０を用いて説明した場合と同様に、時刻ｔ２から時刻ｔ３との間、すなわち、スイッチ２およびスイッチ３が開いた状態において、入力側の電圧Ｖ１に、並列のコンデンサ６乃至コンデンサ８のそれぞれの両端電圧値３Ｖが観測される。また、時刻ｔ３において、スイッチ３を閉じた瞬間の放電側の電圧値については、図１８における場合よりもダイオード１１およびダイオード１６が省略されたため、コンデンサ６およびコンデンサ８の両端電圧の電圧ドロップに対応する電圧値の上昇（２．０Ｖから２．３Ｖに上昇）が観測された。この場合、直列に接続するコンデンサの数が増加しても、ダイオードは、両端の２箇所しか省略できないため、全体としての電圧増加は減少する。
【０１１１】
次に、図２３を参照して、本発明を適応した充放電回路の第４の実施の形態について説明する。図２３の充放電回路は、充放電回路を２系統使用し、交互に充放電を実行するものである。
【０１１２】
誘導電圧検出部１８１は、例えば、アンテナなどであり、グランド１８２は、誘導電圧の基準であって、例えば、２０ｃｍ×２０ｃｍの金属板を床に置いたものなどであり、図２を用いて説明した場合と同様に、空中に存在する誘導起電力が検出され、ダイオード１９１およびダイオード１９２より、コンデンサ１９３に直流電荷（正電荷）が蓄えられる。すなわち、誘導電圧検出部１８１、グランド１８２、ダイオード１９１、ダイオード１９２、およびコンデンサ１９３で、図１、図１９、および図２１の電源１を構成している。
【０１１３】
また、ダイオード１９４および１９５によって、コンデンサ１９６にも電荷が蓄積される。分周器１９７は、コンデンサ１９６に蓄積された電荷を動作電力とし、誘導電圧検出部１８１およびグランド１８２によって検出される電圧の半波整流波を入力クロックとして動作する。例えば、商用電源の誘導を検出している場合、分周器１９７の入力クロックは、５０Ｈｚ、もしくは６０Ｈｚとなる。
【０１１４】
スイッチ２０２およびスイッチ２０５は、分周器１９７の出力クロックによって、開閉される。インバータ１９８は、分周器１９７の出力クロックを反転する。スイッチ２０１およびスイッチ２０６は、インバータ１９８によって反転された分周器１９７の出力クロックによって、開閉される。
【０１１５】
スイッチ２０１が閉じられ、スイッチ２０２が開かれている場合、充放電回路２０７−１は充電され、スイッチ２０１が開かれ、スイッチ２０２が閉じられている場合、充放電回路２０７−１は放電し、放電された電荷は、負荷２０３によって消費される。コンデンサ２０４は、いわゆるバイパスコンデンサである。
【０１１６】
スイッチ２０５が閉じられ、スイッチ２０６が開かれている場合、充放電回路２０７−２は充電され、スイッチ２０５が開かれ、スイッチ２０６が閉じられている場合、充放電回路２０７−２は放電し、放電された電荷は、負荷２０３によって消費される。
【０１１７】
充放電回路２０７−１および充放電回路２０７−２は、図２１を用いて説明した充放電回路と同様のコンデンサ６乃至コンデンサ８、ダイオード９、ダイオード１０、およびダイオード１２乃至ダイオード１５から構成される。なお、充放電回路２０７−１および充放電回路２０７−２は、図１９を用いて説明した充放電回路と同様に、ダイオード１１を備えるようにしても良いし、図１を用いて説明した充放電回路と同様に、ダイオード１６を備えるようにしても良いことはもちろんである。
【０１１８】
スイッチ２０１およびスイッチ２０６に供給される信号と、スイッチ２０２およびスイッチ２０５に供給される信号との論理は逆である。従って、充放電回路２０７−１が充電している状態において、充放電回路２０７−２は放電し、充放電回路２０７−１が放電している状態においては、充放電回路２０７−２は充電を行う。すなわち、負荷２０３には、常に、低電圧、高電流に変換された電源が供給される。
【０１１９】
負荷２０３に供給される電源電圧値は、誘導電圧検出部１８１により検出される電圧値によって決まるが、例えば、誘導電圧検出部１８１により検出される電圧値が１０Ｖ程度である場合、負荷２０３には、３Ｖ程度の電源電圧が供給される。図２乃至図１７を用いて説明したように、誘導電圧検出部１８１により１０Ｖ程度を検出するのは容易である。
【０１２０】
以上説明した充放電回路においては、電源１として、図２乃至図１７を用いて説明した、空間の誘導起電力（例えば、商用電源やインバータ方式の蛍光灯の誘導電圧）を基にして充電を行うものとして説明したが、例えば、圧電素子に所定の圧力を与えることにより発生するパルス性の電圧を収集して変換し、負荷に供給することも可能である。
【０１２１】
図２４を参照して、本発明を適応した充放電回路を用いた電源供給システムについて説明する。
【０１２２】
床材２２１−１乃至床材２２１−ｎは、例えば、人がその上を歩行したり、荷物を積んだ台車などが通過することなどにより、若干のたわみを発生する床材であり、支材２２２−１−１および支材２２２−１−２、支材２２２−２−１および支材２２２−２−２、並びに支材２２２−ｎ−１および支材２２２−ｎ−２によって、それぞれ支えられている。
【０１２３】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎは、床材２２１−１乃至床材２２１−ｎの下部（人などが歩行時に触れる面の逆の面）に取り付けられており、床材２２１−１乃至床材２２１−ｎのたわみにより、圧力を受け、電圧を発生する。
【０１２４】
ここで、圧電素子とは、電圧をかけると伸び縮みし、逆に圧力がかかり伸び縮みすると電圧を発生する性質をもった素子であり、水晶の単結晶や、セラミックス、プラスチックの一部に、このような性質を有する物質がある。
【０１２５】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎで発生した電圧は、充放電回路２２４−１乃至充放電回路２２４−ｎによって、高電圧、低電流から、低電圧、高電流に変換され、コンデンサ２３１に供給されて、蓄積される。そして、スイッチ２３２が閉じられた場合、コンデンサ２３１に蓄積された電荷が、負荷２３３に供給される。
【０１２６】
なお、充放電回路２２４−１乃至充放電回路２２４−ｎには、図１、図１９、図２１、もしくは図２３を用いて説明した充放電回路のうち、いずれの充放電回路を用いても良い。
【０１２７】
圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎをその下部に備え付けた床材２２１−１乃至床材２２２１−ｎを、例えば、駅の階段などの、大勢の人が常に歩行する場所に設置することにより、利用しやすい電圧値で、ある程度の電流値を有する電源電圧を供給することが可能となる。
【０１２８】
図２４を用いて説明した充放電回路を用いた電源供給システムから出力される電源に対して、更に、既存の技術を用いて安定化を施すことにより、より一層利用範囲の広い電源供給システムを構築することが可能であることは言うまでもない。
【０１２９】
また、圧電素子２２３−１乃至圧電素子２２３−ｎの設置場所は、図２４を用いて説明した床材２２１−１乃至床材２２１−ｎの下部に限らない。例えば、靴の中に圧電素子を設けて、ユーザの歩行動作により発生する電圧を蓄積して、利用しやすい電圧値および電流値に変換するようにすることも可能である。
【０１３０】
更に、充放電回路に電荷を充電するための電源としては、上述した誘導起電力や圧電素子に加えられた圧力のみならず、例えば、雷や静電気などの自然放電源を用いることも可能である。その場合も、同様にして、上述した充放電回路を用いて、短時間に発生する高電圧を利用しやすい電圧値および電流値に変換し、負荷に供給することができる。
【０１３１】
以上説明した充放電回路を用いることにより、発電所等から供給される電源ではない、ローカルな電源を簡単に得ることができる。従って、環境に負荷を与えず、従来では利用することができなかった、無駄な、あるいは邪魔な発生電圧を、利用しやすい電圧値および電流値に変換し、例えば、ウェアラブルコンピューティング（身体装着可能なコンピュータを利用すること）、もしくは、ユービキタスコンピューティング環境（ユービキタス：偏在性、すなわち、いたるところにコンピュータが存在する環境）の電力供給源として有効に利用することができる。
【０１３２】
なお、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明の第１の電力供給装置および方法によれば、圧電素子が発生するパルス性の電力などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換することができる。
【０１３４】
本発明の第２の電力供給装置および方法によれば、圧電素子が発生するパルス性の電力などの、低電流高電圧の電力を、利用しやすい高電流低電圧の電力に変換して、負荷に常に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適応した充放電回路の第１の実施の形態について説明するための図である。
【図２】図１の電源に対応する第１の電力回生装置について説明するための図である。
【図３】図２の電力回生回路の出力電圧について説明するための図である。
【図４】図１の電源に対応する第２の電力回生装置について説明するための図である。
【図５】図４の電力回生回路の詳細な回路図である。
【図６】図４の電力回生回路の出力電圧について説明するための図である。
【図７】ダイオードブリッジについて説明するための図である。
【図８】ダイオードブリッジについて説明するための図である。
【図９】図１の電源に対応する第３の電力回生装置について説明するための図である。
【図１０】図９のダイオードブリッジのカスケード接続について説明するための図である。
【図１１】図１の電源に対応する第４の電力回生装置について説明するための図である。
【図１２】図１の電源に対応する第５の電力回生装置について説明するための図である。
【図１３】図１の電源に対応する第６の電力回生装置について説明するための図である。
【図１４】一般的なダウンコンバータについて説明するための図である。
【図１５】図１の電源に対応する第７の電力回生装置について説明するための図である。
【図１６】図１の電源に対応する第８の電力回生装置について説明するための図である。
【図１７】図１の電源に対応する第９の電力回生装置について説明するための図である。
【図１８】図１の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図１９】本発明を適応した充放電回路の第２の実施の形態について説明するための図である。
【図２０】図１９の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図２１】本発明を適応した充放電回路の第３の実施の形態について説明するための図である。
【図２２】図２１の充放電回路の充放電電圧について説明するための図である。
【図２３】本発明を適応した充放電回路の第４の実施の形態について説明するための図である。
【図２４】本発明を適応した充放電回路を用いた電源供給システムについて説明するための図である。
【符号の説明】
１ 電源， ２，３ スイッチ， ４，５ 抵抗， ６乃至８ コンデンサ，９乃至１６ ダイオード， １９７ 分周器， １９８ インバータ， ２０１，２０２，２０５，２０６ スイッチ， ２０７ 充放電回路， ２２３ 圧電素子， ２２４ 充放電回路
Claims (5)
- 上から加わる力によりたわみを発生する床材と、
前記床材の下部に設けられ、前記床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、
複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、
前記電力供給源から前記充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチと
を備え、
前記充放電回路では、複数の前記コンデンサが、前記第１のスイッチにより、前記電力供給源から充電される場合には、前記電力供給源に対して直列に接続され、前記第２のスイッチにより、前記負荷に放電する場合には、前記負荷に対して並列に接続されるように、複数の前記コンデンサおよび複数の前記ダイオードが接続されており、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサの静電容量は全て等しく、
前記充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通である
電力供給装置。 - 上から加わる力によりたわみを発生する床材と、前記床材の下部に設けられ、前記床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源とを備える電力供給装置の電力供給方法であって、
電力を供給する電力供給ステップと、
複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、
前記電力供給源から前記充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップと
を含み、
前記充放電回路では、複数の前記コンデンサが、前記第１の制御ステップの処理により前記電力供給源から充電される場合には、前記電力供給源に対して直列に接続され、前記第２の制御ステップの処理により前記負荷に放電する場合には、前記負荷に対して並列に接続されるように、複数の前記コンデンサおよび複数の前記ダイオードが接続されており、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサの静電容量は全て等しく、
前記充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通である
電力供給方法。 - 上から加わる力によりたわみを発生する床材と、前記床材の下部に設けられ、前記床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、前記電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置であって、
前記電圧変換回路は、
複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路と、
前記電力供給源から前記充放電回路への電力の供給を制御する第１のスイッチと、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２のスイッチと
を備え、
前記充放電回路では、複数の前記コンデンサが、前記第１のスイッチにより、前記電力供給源から充電される場合には、前記電力供給源に対して直列に接続され、前記第２のスイッチにより、前記負荷に放電する場合には、前記負荷に対して並列に接続されるように、複数の前記コンデンサおよび複数の前記ダイオードが接続されており、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサの静電容量は全て等しく、
前記充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、
所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の前記電圧変換回路のうちのいずれかが、前記負荷に対して常に電力を供給する
電力供給装置。 - 基準クロックパルスを発生するパルス発生回路と、
前記パルス発生回路によって発生された前記基準クロックパルスの論理を反転するインバータと
を更に備え、
前記パルス発生回路の出力、もしくは前記インバータの出力のうちのいずれか一方が、複数の前記電圧変換回路のうちの第１の電圧変換回路が有する前記第１のスイッチおよび複数の前記電圧変換回路のうちの第２の電圧変換回路が有する前記第２のスイッチの開閉を制御し、他方が、前記第１の電圧変換回路が有する前記第２のスイッチおよび前記第２の電圧変換回路が有する前記第１のスイッチの開閉を制御する
請求項３に記載の電力供給装置。 - 上から加わる力によりたわみを発生する床材と、前記床材の下部に設けられ、前記床材のたわみによる圧力で発生する電力を供給する電力供給源と、前記電力供給源から供給された電力で充電され、充電された電圧の電圧値を変換して放電する電圧変換回路を複数有する電力供給装置の電力供給方法であって、
前記電圧変換回路における電圧変換ステップは、
複数のコンデンサと複数のダイオードとからなる充放電回路により、電力を充放電する電力充放電ステップと、
前記電力供給源から前記充放電回路への電力の供給を制御する第１の制御ステップと、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサに充電された電力の所定の負荷への供給を制御する第２の制御ステップと
を含み、
前記充放電回路では、複数の前記コンデンサが、前記第１の制御ステップの処理により前記電力供給源から充電される場合には、前記電力供給源に対して直列に接続され、前記第２の制御ステップの処理により前記負荷に放電する場合には、前記負荷に対して並列に接続されるように、複数の前記コンデンサおよび複数の前記ダイオードが接続されており、
前記充放電回路の複数の前記コンデンサの静電容量は全て等しく、
前記充放電回路は、充電側と放電側のグランドレベルが共通であり、
前記第１の制御ステップおよび前記第２の制御ステップの処理により、所定の電圧変換回路の充電中に他の電圧変換回路が放電することにより、複数の前記電圧変換回路のうちのいずれかが、前記負荷に対して常に電力を供給する
電力供給方法。
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