JP3289634B2

JP3289634B2 - 圧電型電源装置

Info

Publication number: JP3289634B2
Application number: JP04408997A
Authority: JP
Inventors: 篤宏角谷; 悦朗安田; 守石切山
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2002-06-10
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: JPH10243667A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を利用し
た圧電型電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、自動車等に装備した各種
機器への電力供給は、発電機等の発電装置から電源線を
介して行うか、電池を用いて行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常、発電
装置は大きな外形形状を有し静止部材に固定されてお
り、しかも、電源線も長い。このため、電力供給を行う
箇所が、狭い空間にある機器の可動部である場合には、
可動部の近くでの発電装置の配置は困難であり、また、
配線困難、接続不良、電力損失等を招き易い。

【０００４】従って、機器の可動部に対し電源線を介し
て容易にかつ良好な電力供給を行うのは困難である。ま
た、電池による場合、充電可能であっても、その寿命に
問題がある。このため、半永久的な寿命を有し、かつ、
長い電源線を用いることなく、機器の可動部に良好にか
つ容易に電力供給できる小型電源装置の開発が要請され
ている。

【０００５】これに対しては、特開昭５９−１９４６７
７号公報や特開平７−４９３８８号公報にて示されてい
るように、圧電素子を用いて、機械的振動エネルギーを
電気エネルギーに変換する電源装置が提案されている。
しかし、このような電源装置では、圧電素子が共振周波
数にて振動しているときに、最大電力及び最大電流に基
づき最大電力が得られるようになっている。

【０００６】従って、外部振動を受けて圧電素子の振動
周波数が共振周波数からずれると、電源装置により得ら
れる電力が最大電力よりも減少するという不具合を招
く。そこで、本発明者等は、圧電素子の共振周波数の範
囲を広げれば、上記不具合を解消できることに着目し、
圧電素子の特性につき種々の検討を加えてみた。この検
討にあたり、圧電素子に金属片を挟持してなるユニモル
フ型圧電振動子を用いた。

【０００７】そして、圧電素子の歪みはこの圧電素子に
おける電荷エネルギーの保持及びその放出でもって変化
することに着目し、圧電素子を電気的負荷から開放した
状態にて、圧電素子に電荷エネルギーを保持する場合及
び圧電素子から電荷エネルギーを放出する場合で、圧電
振動子のヤング率がどのように変化するかにつき調べて
みた。

【０００８】これによれば、圧電素子の電荷エネルギー
保持状態で生ずる圧電振動子のヤング率は、圧電素子の
電荷エネルギー放出状態で生ずるヤング率の２倍以上の
値となることが分かった．また、共振周波数及び圧電振
動子のヤング率を、ぞれぞれ、ｆ及びεにより表すと、
この共振周波数ｆ（Ｈｚ）と圧電振動子のヤング率εと
の関係は、次の数１の式により特定される。

【０００９】

【数１】ｆ＝（１／２π）｛（ε・ｗ・ｔ³）／（α・
Ｍ）｝^1/2 この数１の式で、ｗ及びｔは、それぞれ、圧電振動子の
幅及び厚さを表す。また、αは、定数を表し、Ｍは、圧
電振動子の先端部の質量の重さを表す。上記数１の式に
よれば、共振周波数ｆは、ヤング率εの平方根に比例し
て変化することが分かる。

【００１０】従って、圧電素子を電荷エネルギー保持状
態にした場合のヤング率εに基づき数１の式から得られ
る共振周波数ｆをｆ_aとし、圧電素子を電荷エネルギー
放出状態にした場合のヤング率εに基づき数１の式から
得られる共振周波数ｆをｆ_bとすれば、共振周波数ｆ_a
は共振周波数ｆ_bよりも大きい値となる。これら共振周
波数を、圧電振動子の振幅との関係で示すと、図１１に
示すようになる。

【００１１】ここで、符号Ａは、圧電素子の電荷エネル
ギー保持状態で振動周波数を変化させながら圧電振動子
を振動させた場合の圧電振動子の振幅と振動周波数との
関係を示すグラフである。また、符号Ｂは、圧電素子の
電荷エネルギー放出状態で振動周波数を変化させながら
圧電振動子を振動させた場合の圧電振動子の振幅と振動
周波数との関係を示すグラフである。

【００１２】そして、グラフＡ上の共振周波数が共振周
波数ｆ_aであり、グラフＢ上の共振周波数が共振周波数
ｆ_bである。なお、符号Ｑは、両グラフＡ、Ｂを一体と
した場合の共振先鋭度を示す。以上のような検討結果に
よれば、上述のような圧電素子の電荷エネルギーの保持
状態及び放出状態により、圧電振動子に互いに異なる両
共振周波数を与え得ることが分かった。

【００１３】そして、これによれば、圧電振動子の振動
周波数が変動しても、この振動周波数が両共振周波数ｆ
_a、ｆ_bの近傍の周波数範囲にあれば、圧電振動子の発
電効率を良好に維持できることが分かる。そこで、本発
明は、以上のような観点に基づき、圧電振動子のヤング
率の変化を有効に活用して、広い周波数範囲に亘り発電
効率の良好な小型の圧電型電源装置を提供することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１乃至３、７に記載の発明によれば、圧電振
動子が、互いに同一の分極方向に積層した両発電用圧電
素子と、これら両発電用圧電素子の間に上記分極方向に
て介装した周波数調整用圧電素子とを有する。また、短
絡回路が、周波数調整用圧電素子を選択的に短絡する。

【００１５】これによれば、圧電振動子が、外部振動を
受けて振動すると、各圧電素子は、共に、電荷エネルギ
ーを発生し、当該振動を同一極性の圧電電圧に変換す
る。このとき、短絡回路がオフになれば、周波数調整用
圧電素子は、その電荷エネルギーを、両発電用圧電素子
との直列接続のもとに保持する。一方、短絡回路がオン
になれば、周波数調整用圧電素子４０が短絡されてその
電荷エネルギーの中和でもって放出する。

【００１６】ここで、周波数調整用圧電素子の電荷エネ
ルギー保持状態における圧電振動子のヤング率は、周波
数調整用圧電素子の電荷エネルギー放出状態におけるヤ
ング率よりも大きい。このため、圧電振動子が周波数調
整用圧電素子の電荷エネルギー保持状態にて共振する共
振周波数は、圧電振動子が周波数調整用圧電素子の電荷
エネルギー放出状態にて共振する共振周波数よりも高
い。

【００１７】従って、上記外部振動の振動周波数が、周
波数調整用圧電素子の電荷エネルギー保持状態における
圧電振動子の共振周波数に近い場合には、短絡回路をオ
フすれば、圧電振動子は、周波数調整用圧電素子の電荷
エネルギー保持状態における共振周波数にて共振する。
また、上記外部振動の振動周波数が、周波数調整用圧電
素子の電荷エネルギー放出状態における圧電振動子の共
振周波数に近い場合には、短絡回路をオンすれば、圧電
振動子は、周波数調整用圧電素子の電荷エネルギー放出
状態における共振周波数にて共振する。

【００１８】よって、短絡回路を上述のごとく外部振動
の振動周波数に応じてオンオフすれば、圧電振動子の共
振状態をほぼ確保できる。その結果、圧電振動子の発電
効率を常に良好に確保でき、整流回路の整流出力を十分
に大きくし得る。ここで、請求項２に記載の発明によれ
ば、補強用金属板が、両発電用圧電素子の一方と周波数
調整用圧電素子との間及びこの周波数調整用圧電素子と
他方の発電用圧電素子との間のいずれか一方に介装され
ている。

【００１９】これにより、圧電振動子の強度を補強用金
属板により向上させつつ請求項１に記載の発明の作用効
果を達成できる。また、請求項４乃至７に記載の発明に
よれば、圧電振動子が、互いに逆の分極方向にて積層し
た両発電用圧電素子と、これら両発電用圧電素子の間に
介装した周波数調整用圧電素子とを有する。また、短絡
回路が周波数調整用圧電素子を選択的に短絡する。

【００２０】これによっても、請求項１に記載の発明と
同様に、短絡回路を上述のごとく外部振動の振動周波数
に応じてオンオフすれば、圧電振動子の共振状態をほぼ
確保できる。その結果、圧電振動子の発電効率を常に良
好に確保でき、整流回路の整流出力を十分に大きくし得
る。ここで、請求項５に記載の発明によれば、補強用金
属板が、両発電用圧電素子の一方と周波数調整用圧電素
子との間及びこの周波数調整用圧電素子と他方の発電用
圧電素子との間のいずれか一方に介装されている。

【００２１】これにより、圧電振動子の強度を補強用金
属板により向上させつつ請求項４に記載の発明の作用効
果を達成できる。また、請求項８に記載の発明は、外部
からの加振力により振動する圧電素子と、この圧電素子
のヤング率を変更するヤング率変更手段とを備える。こ
れにより、請求項１や４に記載の発明と同様の作用効果
を達成できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態を図面
に基づいて説明する。（第１実施形態）図１及び図２は、本発明に係る圧電型
電源装置が、車両の乗員保護システムのセンサ回路Ｓ用
電源として適用された例を示している。

【００２３】この電源装置は、圧電振動子Ｐを備えてい
る。この圧電振動子Ｐは、その固定端部Ｐ１にて、図１
にて示すごとく、当該車両の車体の一部を構成する静止
部材１０に嵌め込まれており、この圧電振動子Ｐは、固
定端部Ｐ１から水平状に延出している。圧電振動子Ｐ
は、図２及び図３にて示すごとく、両発電用圧電素子２
０、３０の間に周波数調整用圧電素子４０を導電接着剤
の接着により積層状に挟持して構成されている。

【００２４】ここで、圧電素子２０は、板状圧電磁器
と、この圧電磁器に両表面に設けた正側電極２１と負側
電極２２とを備えており、負側電極２２は、圧電素子４
０の正側電極としての役割をも果たす。圧電素子３０
は、板状圧電磁器と、この圧電磁器に両表面に設けた正
側電極３１と負側電極３２を備えており、正側電極３１
は、圧電素子４０の負側電極としての役割をも果たす。
なお、各圧電素子２０、４０、３０は共に同一分極方向
に積層されている。

【００２５】また、圧電振動子Ｐは重りＰ２を備えてお
り、この重りＰ２は、圧電振動子Ｐの先端部に固着され
ている。これにより、重りＰ２に当該車両の振動等の外
部振動が加わると、圧電振動子Ｐは、固定端部Ｐ１を基
準に図１にて上下方向に振動する。これに伴い、圧電振
動子Ｐは、後述のごとく、各圧電素子２０、４０、３０
或いは両圧電素子２０、３０にて、当該振動に応じ電荷
エネルギーを発生することでこの振動を電圧に変換し、
交流の圧電電圧として圧電素子２０の正側電極２１及び
圧電素子３０の負側電極３２の間から発生する。

【００２６】また、電源装置は短絡回路５０を備えてい
る。この短絡回路５０は、スイッチング回路からなるも
ので、当該短絡回路５０は、その一側端子にて、圧電素
子２０の負側電極２２に接続されており、短絡回路５０
の他側端子は、圧電素子３０の正側電極３１に接続され
ている。しかして、短絡回路５０は、そのオンにより、
圧電素子２０の負側電極２２を圧電素子３０の正側電極
３１に短絡する。このことは、圧電素子４０がその両端
端子にて短絡されることを意味する。一方、この短絡
は、短絡回路５０のオフにより解除されて、圧電素子２
０の負側電極２２と圧電素子３０の正側電極３１との間
が開放される。このことは、圧電素子４０がその両電極
にて短絡回路５０により開放されることを意味する。

【００２７】また、電源装置は、図２及び図４にて示す
ごとく、整流回路６０を備えており、この整流回路６０
は、ダイオードブリッジ回路により構成されている。ま
た、この整流回路６０は、その各入力端子にて、圧電素
子２０の正側電極２１及び圧電素子３０の負側電極３２
にそれぞれ接続されている。しかして、整流回路６０
は、圧電振動子Ｐからの圧電電圧を全波整流し整流電圧
として２次電池７０（ＮｉＣｄ電池からなる）に供給し
てこれを充電する。なお、２次電池７０は、例えば、セ
ンサ回路Ｓ用電源として利用される。また、整流回路６
０は、半波整流回路であってもよい。

【００２８】このように構成した本第１実施形態におい
て、圧電振動子Ｐが、当該車両の振動等の外部振動を受
けて振動すれば、各圧電素子２０、４０、３０は、共
に、電荷エネルギーを発生し、当該振動を同一極性の圧
電電圧に変換する。このとき、短絡回路５０がオフにな
れば、圧電素子４０の両電極は短絡回路５０により開放
状態に維持される。このため、圧電素子４０は、その電
荷エネルギーをそのまま保持し、かつ、各圧電素子２
０、４０、３０は互いに直列接続される。

【００２９】これに伴い、各圧電素子２０、４０、３０
の圧電電圧の和が整流回路６０に出力される。一方、短
絡回路５０がオンになれば、圧電素子４０の両電極が短
絡回路５０により短絡される。このため、圧電素子４０
の電荷エネルギーは、当該圧電素子４０の両電極間にて
中和されることで、放出される。このとき、両圧電素子
２０、３０が互いに直列接続される。

【００３０】これに伴い、両圧電素子２０、３０の圧電
電圧の和が整流回路６０に出力される。以上述べたよう
な状態では、図１１にて述べた圧電振動子の振動特性と
同様に、圧電素子４０の電荷エネルギー保持状態におけ
る圧電振動子Ｐのヤング率εは、圧電素子４０の電荷エ
ネルギー放出状態におけるヤング率εよりも大きく維持
される。

【００３１】このため、圧電振動子Ｐが圧電素子４０の
電荷エネルギー保持状態にて共振する共振周波数は、圧
電振動子Ｐが圧電素子４０の電荷エネルギー放出状態に
て共振する共振周波数よりも高く維持される。従って、
上記外部振動の振動周波数が、圧電素子４０の電荷エネ
ルギー保持状態における圧電振動子Ｐの共振周波数に近
い場合には、短絡回路５０をオフすれば、圧電振動子Ｐ
は、圧電素子４０の電荷エネルギー保持状態における共
振周波数にて共振する。

【００３２】また、上記外部振動の振動周波数が、圧電
素子４０の電荷エネルギー放出状態における圧電振動子
Ｐの共振周波数に近い場合には、短絡回路５０をオンす
れば、圧電振動子Ｐは、圧電素子４０の電荷エネルギー
放出状態における共振周波数にて共振する。よって、短
絡回路５０を上述のごとく外部振動の振動周波数に応じ
てオンオフすれば、圧電振動子Ｐの共振状態をほぼ確保
できる。その結果、圧電振動子Ｐの発電効率を常に良好
に確保でき、整流回路６０の整流出力も大きくし得る。

【００３３】図５は、上記第１実施形態の変形例を示し
ている。この変形例では、上記第１実施形態にて述べた
圧電素子３０が圧電素子２０とは逆の分極方向となるよ
うに圧電素子４０に積層されている。また、整流回路６
０が、その一側入力端子にて、両圧電素子２０、３０の
各正側電極２１、３１に接続されており、この整流回路
６０の他側入力端子は、圧電素子３０の負側電極３２に
接続されるとともに短絡回路５０を介し圧電素子２０の
負側電極２２に接続されている。その他の構成は上記第
１実施形態と同様である。

【００３４】このように構成した本変形例では、上記第
１実施形態と同様に、圧電振動子Ｐが、外部振動を受け
て振動すれば、各圧電素子２０、４０、３０は、共に、
電荷エネルギーを発生し、当該振動を圧電電圧に変換す
る。このとき、圧電素子４０の両電極が短絡回路５０の
オフにより開放状態に維持されれば、圧電素子４０の電
荷エネルギーはそのまま保持された状態となる。但し、
両圧電素子２０、４０と圧電素子３０とは分極方向が異
なるため、両圧電素子４０、３０の各圧電電圧が互いに
相殺される。従って、圧電素子２０の圧電電圧が整流回
路６０に出力される。

【００３５】一方、短絡回路５０がオンになれば、圧電
素子４０が短絡される。このため、圧電素子４０の電荷
エネルギーはその中和により放出される。このとき、両
圧電素子２０、３０は互いに並列接続される。従って、
両圧電素子２０、３０の各圧電電圧が同一極性にて整流
回路６０に出力される。

【００３６】以上述べたような状態でも、上記第１実施
形態にて述べたと同様に、圧電振動子Ｐが圧電素子４０
の電荷エネルギー保持状態にて共振する共振周波数は、
圧電振動子Ｐが圧電素子４０の電荷エネルギー放出状態
にて共振する共振周波数よりも高い。よって、短絡回路
５０を上記第１実施形態と同様に外部振動の振動周波数
に応じてオンオフすれば、圧電振動子Ｐの共振状態をほ
ぼ確保できる。その結果、圧電振動子Ｐの強度を金属板
８０により強化しつつ、圧電振動子Ｐの発電効率を常に
良好に確保できる。（第２実施形態）図６は、本発明の第２実施形態を示し
ている。

【００３７】この第２実施形態では、上記第１実施形態
にて述べた圧電振動子Ｐにおいて、圧電素子３０に代え
て圧電素子３０ａが採用されるとともに、この圧電素子
３０ａと周波数調整用圧電素子４０との間に金属板８０
が介装されている。また、金属板８０は、圧電素子３０
ａの正側電極及び圧電素子４０の負側電極として兼用さ
れている。

【００３８】短絡回路５０は、その両端子にて、上記第
１実施形態とは異なり、圧電素子２０の負側電極２２と
金属板８０との間に接続されている。その他の構成は上
記第１実施形態と同様である。このように構成した本第
２実施形態では、短絡回路５０のオフ時には、上記第１
実施形態と同様に各圧電素子２０、４０、３０ａが金属
板８０を介し直列接続される。このとき、圧電素子４０
の電荷エネルギーは、短絡回路５０のオフによりそのま
ま保持される。

【００３９】一方、短絡回路５０のオン時には、両圧電
素子２０、３０ａが金属板８０を介し直列接続される。
このとき、圧電素子４０の電荷エネルギーは、短絡回路
５０のオンにより放出される。以上により、本第２実施
形態でも、短絡回路５０を上記第１実施形態と同様に外
部振動の振動周波数に応じてオンオフすれば、圧電振動
子Ｐの共振状態をほぼ確保できる。その結果、圧電振動
子Ｐの発電効率を常に良好に確保できる。

【００４０】図７は、上記第２実施形態の変形例を示し
ている。この変形例では、上記第２実施形態にて述べた
圧電素子３０ａは、圧電素子２０とは逆の分極方向に金
属板８０に積層されている。このため、圧電素子３０ａ
は、正側電極３１（図２参照）を有する。また、整流回
路６０は、その一側入力端子にて、両圧電素子２０、３
０の各正側電極２１、３１に接続されており、この整流
回路６０の他側入力端子は、金属板８０に接続されると
ともに短絡回路５０を介し圧電素子２０の負側電極２２
に接続されている。その他の構成は上記第２実施形態と
同様である。

【００４１】このように構成した本変形例では、上記第
２実施形態と同様に、圧電振動子Ｐが、外部振動を受け
て振動すれば、各圧電素子２０、４０、３０ａは、共
に、電荷エネルギーを発生し、当該振動を圧電電圧に変
換する。このとき、圧電素子４０の両電極が短絡回路５
０のオフにより開放状態に維持されれば、圧電素子４０
の電荷エネルギーはそのまま保持した状態となる。但
し、両圧電素子２０、４０と圧電素子３０とは分極方向
が異なるため、両圧電素子４０、３０ａの各圧電電圧が
互いに相殺される。従って、圧電素子２０の圧電電圧が
整流回路６０に出力される。

【００４２】一方、短絡回路５０がオンになれば、圧電
素子４０が短絡回路５０により短絡される。このため、
圧電素子４０の電荷エネルギーはその中和により放出さ
れる。このとき、両圧電素子２０、３０ａは互いに並列
接続される。従って、両圧電素子２０、３０ａの各圧電
電圧が同一極性にて整流回路６０に出力される。

【００４３】以上述べたような状態でも、上記第２実施
形態にて述べたと同様に、圧電振動子Ｐが圧電素子４０
の電荷エネルギー保持状態にて共振する共振周波数は、
圧電振動子Ｐが圧電素子４０の電荷エネルギー放出状態
にて共振する共振周波数よりも高い。よって、短絡回路
５０を上記第２実施形態と同様に外部振動の振動周波数
に応じてオンオフすれば、圧電振動子Ｐの共振状態をほ
ぼ確保できる。その結果、圧電振動子Ｐの強度を金属板
８０により強化しつつ圧電振動子Ｐの発電効率を常に良
好に確保できる。（第３実施形態）図８は、本発明の第３実施形態を示し
ている。

【００４４】この第３実施形態では、上記第２実施形態
にて述べた圧電素子３０ａに代えて圧電素子３０ｂ（上
記第１実施形態にて述べた圧電素子３０と同様の構成を
有する）が新たな周波数調整用圧電素子９０を介し金属
板８０に積層されている。短絡回路５０は、その一側入
力端子にて、両圧電素子２０、３０ｂの各負側電極２
２、３２に接続されている。

【００４５】整流回路６０は、その各入力端子にて、圧
電素子２０の正側電極２１と圧電素子３０ｂの負側電極
３２に接続されている。その他の構成は上記第２実施形
態と同様である。このように構成した本第３実施形態で
は、短絡回路５０のオフ時には、上記第２実施形態と同
様に各圧電素子２０、４０、３０ｂが金属板８０を介し
直列接続される。このとき、圧電素子４０の電荷エネル
ギーは、短絡回路５０のオフによりそのまま保持され
る。

【００４６】一方、短絡回路５０のオン時には、両圧電
素子２０、３０ｂが金属板８０を介し直列接続される。
このとき、圧電素子４０の電荷エネルギーは、短絡回路
５０のオンにより放出される。以上により、本第２実施
形態でも、短絡回路５０を上記第１実施形態と同様に外
部振動の振動周波数に応じてオンオフすれば、圧電振動
子Ｐの共振状態をほぼ確保できる。その結果、圧電振動
子Ｐの強度を金属板８０による強化しつつ圧電振動子Ｐ
の発電効率を常に良好に確保できる。

【００４７】図９は、上記第３実施形態の変形例を示し
ている。この変形例では、上記第３実施形態にて述べた
短絡回路５０の一側入力端子が、両圧電素子２０、３０
ｂの各負側電極２２、３２に接続されている。また、整
流回路６０が、その一側入力端子にて、圧電素子２０の
負側入力電極に接続されており、この整流回路６０の他
側入力端子は、両圧電素子２０、３０ｂの各正側電極２
１、３１に接続されている。その他の構成は上記第３実
施形態と同様である。

【００４８】このように構成した本変形例では、短絡回
路５０のオフ時には、上記第３実施形態と同様に各圧電
素子２０、４０、９０が金属板８０を介し直列接続され
る。このとき、圧電素子３０ｂは各圧電素子２０、４
０、９０とは逆分極特性を有する。また、両圧電素子４
０、９０の電荷エネルギーは、短絡回路５０のオフによ
りそのまま保持される。

【００４９】一方、短絡回路５０のオン時には、両圧電
素子２０、９０が金属板８０を介し短絡される。このと
き、圧電素子４０、９０の電荷エネルギーは、短絡回路
５０のオンにより放出される。以上により、本変形例で
も、短絡回路５０を上記第３実施形態と同様に外部振動
の振動周波数に応じてオンオフすれば、圧電振動子Ｐの
共振状態をほぼ確保できる。その結果、圧電振動子Ｐの
強度を金属板８０により強化しつつ圧電振動子Ｐの発電
効率を常に良好に確保できる。

【００５０】なお、本発明の実施にあたり、圧電振動子
Ｐに代えて、図１０にて示すごとく、圧電振動子Ｐａを
採用して実施してもよい。この場合、圧電振動子Ｐａ
は、上記各実施形態及び変形例にて述べた圧電振動子Ｐ
の平面形状を、図１０にて示すごとく、２等辺三角形に
変形して構成されている。これによっても、上記上記各
実施形態及び変形例にて述べた作用効果を達成できる。

【００５１】また、上記各実施形態では、圧電型電源を
車両に装備した例について説明したが、これに限らず、
船舶等の各種の移動体や産業機器等の電源を必要とする
機械的振動発生体に本発明を適用して実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る車両用圧電型電源装置の圧電振動
子を示す斜視図である。

【図２】圧電型電源装置の概略構成図である。

【図３】圧電振動子の断面図である。

【図４】図２の整流回路の詳細回路図である。

【図５】上記第１実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。

【図６】本発明の第２実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図７】上記第２実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。

【図８】本発明の第３実施形態を示す概略構成図であ
る。

【図９】上記第３実施形態の変形例を示す概略構成図で
ある。

【図１０】上記各実施形態の変形例を示す圧電振動子の
斜視図である。

【図１１】ユニモルフ型圧電振動子の振幅と振動周波数
との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｐ、Ｐａ…圧電振動子、Ｐ２…重り、２０、３０、３０
ａ、３０ｂ…発電用圧電素子、４０、９０…周波数調整
用圧電素子、５０…短絡回路、６０…整流回路、８０…
補強用金属板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石切山守愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平７−245970（ＪＰ，Ａ) 特開平９−264778（ＪＰ，Ａ) 特開平８−321642（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02N 2/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに同一の分極方向に積層した両発電
用圧電素子（２０、３０、３０ａ、３０ｂ）と、これら
両発電用圧電素子の間に前記分極方向にて介装した周波
数調整用圧電素子（４０）とを有する圧電振動子（Ｐ、
Ｐａ）と、前記両発電用圧電素子の各外側電極（２１、３２）間に
接続した整流回路（６０）と、前記周波数調整用圧電素子を選択的に短絡する短絡回路
（５０）とを備えた圧電型電源装置。
【請求項２】前記両発電用圧電素子の一方と前記周波
数調整用圧電素子との間及びこの周波数調整用圧電素子
と他方の発電用圧電素子との間のいずれか一方に補強用
金属板（８０）が介装されていることを特徴とする請求
項１に記載の圧電型電源装置。
【請求項３】前記補強用金属板と前記両発電用圧電素
子のうち前記補強用金属板と隣接し合う発電用圧電素子
との間に、他の周波数調整用圧電素子（９０）が前記分
極方向にて介装されており、前記短絡回路が、前記両周波数調整用圧電素子を前記補
強用金属板を介して選択的に短絡することを特徴とする
請求項２に記載の圧電型電源装置。
【請求項４】互いに逆の分極方向にて積層した両発電
用圧電素子（２０、３０、３０ａ、３０ｂ）と、これら
両発電用圧電素子の間に介装した周波数調整用圧電素子
（４０）とを有する圧電振動子（Ｐ、Ｐａ）と、前記周波数調整用圧電素子を選択的に短絡する短絡回路
（５０）と、前記両発電用圧電素子の各外側電極と前記短絡回路との
間に接続した整流回路（６０）とを備えた圧電型電源装
置。
【請求項５】前記両発電用圧電素子の一方と前記周波
数調整用圧電素子との間及びこの周波数調整用圧電素子
と他方の発電用圧電素子との間のいずれか一方に補強用
金属板（８０）が介装されていることを特徴とする請求
項４に記載の圧電型電源装置。
【請求項６】前記補強用金属板と前記両発電用圧電素
子のうち前記補強用金属板と隣接し合う発電用圧電素子
との間に、他の周波数調整用圧電素子（９０）が介装さ
れており、前記短絡手段が、前記両周波数調整用圧電素子を前記補
強用金属板を介して選択的に短絡することを特徴とする
請求項５に記載の圧電型電源装置。
【請求項７】前記短絡回路がスイッチング回路である
ことを特徴とする請求項１乃至６に記載の圧電型電源装
置。
【請求項８】外部からの加振力により振動する圧電素
子（２０、３０、３０ａ、３０ｂ）と、この圧電素子の
ヤング率を変更するヤング率変更手段（４０、５０、９
０）とを備える圧電型電源装置。