技术领域
[0001] 本发明涉及一种环境发电装置。
相关背景技术
[0002] 作为进行收获存在于环境中的微弱的能量而转换为电能的、所谓的能量采集的环境发电装置，已知有太阳光发电、热发电、使用MEMS(Microelectromechanical Systems，微机电系统)振动元件即振动发电元件从环境振动进行发电的方法。(参照专利文献1)。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1：日本国特开2018‑74817号公报
具体实施方式
[0029] (第一实施方式的环境发电装置)
[0030] 以下，参照图1以及图2对第一实施方式的环境发电装置1进行说明。
[0031] 图1是表示第一实施方式的环境发电装置1的概略结构的图。环境发电装置1具备：振动发电部10，其通过环境振动来发出交流电力；电源电路80，其取出所发出的交流电力而输出到外部机器等。
[0032] 电源电路80具有：后述的电压限制电路40、整流电路50、电压转换电路60、第一电容器C1以及第二电容器C2。
[0033] 作为一例，振动发电部10是具备驻极体电极的静电电容型的发电元件(驻极体型发电元件)，参照图2对其概要进行说明。
[0034] 振动发电部10包含作为固定电极的第一电极11和作为可动电极的第二电极12。第一电极11和第二电极12构成将环境中的能量转换为电能的能量转换元件的一例即振动发电元件。在本说明书中，也将第一电极11和第二电极12统称为能量转换元件31。
[0035] 作为一例，第一电极11是具有6个梳齿部分15的梳齿电极，作为一例，第二电极12是具有5个梳齿部分16的梳齿电极。但是，构成两电极的梳齿电极的数量并不限定于上述的个数。
[0036] 振动发电部10还在从第一电极11和第二电极12的对在Y方向上偏移的位置具有成对地排列的作为固定电极的第三电极21和作为可动电极的第四电极22。第三电极21和第四电极22构成作为环境传感器的一例的振动发电元件。在本说明书中，也将第三电极21和第四电极22统称为环境传感器32。
[0037] 作为一例，第三电极21是具有2个梳齿部分23的梳齿电极，作为一例，第四电极22是具有1个梳齿部分24的梳齿电极。构成第三电极21和第四电极22的梳齿电极的数量并不限定于上述的个数，是比构成上述的第一电极11和第二电极12的梳齿电极的数量少的个数。
[0038] 输出线W1与第一电极11连接，输出线W2与第二电极12连接，输出线W3与第三电极21连接，输出线W4与第四电极22连接。输出线W1～W4例如由金等电阻小且富有延展性的金属等形成。
[0039] 关于本说明书，所谓“连接”是指2个物体直接或经由金属等低电阻的材质而成为电导通状态。
[0040] 上述的第一至第四的各电极11、12、21、22的梳齿部分15、16、23、24在图中的Z方向上具有规定的厚度，且在它们啮合的部分相互与其他电极对置。第一至第四的各电极11、12、21、22例如能够制造为以硅为基材的MEMS结构体。
[0041] 在第一电极11的梳齿部分15中的、与第二电极12的梳齿部分16对置的面的表面的区域17，通过实施公知的带电处理(例如，日本国特开2014‑049557号公报所记载的带电处理)，而形成具有正或者负的电荷的驻极体。在第三电极21的梳齿部分23中的与第四电极22的梳齿部分24对置的面的表面的区域25，也同样地形成具有正或者负的电荷的驻极体。
[0042] 通过驻极体化，第一电极11的梳齿部分15以及第三电极21的梳齿部分23半永久地带电。其结果是，在与驻极体化的电极对置的第二电极12的梳齿部分16，感应出与驻极体化的电极相反特性的、即负或者正的感应电荷。同样地，在与驻极体化的电极相对的第四电极22的梳齿部分24也感应出负或者正的感应电荷。
[0043] 第一电极11和第三电极21被绝缘性的支承框13一体且固定地保持。
[0044] 另一方面，第二电极12和第三电极22被保持部14(电极保持部14a、连结部14b、固定部14c)一体地保持，并以相对于支承框13在图中的上下方向(X方向)上振动的方式进行保持。保持部14由保持第二电极12和第四电极22的电极保持部14a、固定于支承框13的固定部14c、以及连接电极保持部14a和固定部14c的具有挠性的连结部14b构成。
[0045] 连结部14b是由图1中的X方向的厚度薄且Z方向的厚度厚的金属等挠性材料构成的薄片。在从外部对支承框13施加振动时，设置在图中的电极保持部14a的左右的2个连结部14b挠曲，由此，电极保持部14a相对于支承框13在X方向上振动。其结果是，电极保持部14a所保持的第二电极12成为相对于固定在支承框13的第一电极11在X方向上振动的结构。
同样地，电极保持部14a所保持的第四电极22成为相对于固定在支承框13的第三电极21在X方向上振动的结构。
[0046] 在振动发电部10在X方向上振动时，随着第一电极11和第二电极12在X方向上的相对移动，第一电极11的梳齿部分15与第二电极12的梳齿部分16对置的面的面积有所增减。其结果是，因该面积的增减，驻极体的感应电荷也发生变化，第一电极11与第二电极12之间的电位差发生变化而产生电动势。由此，通过作为振动发电元件的能量转换元件31(第一电极11和第二电极12)，振动能量被转换(发电)为电能。
[0047] 在振动发电部10在X方向上振动时，作为环境传感器32的第三电极21和第四电极22也进行向X方向相对移动，因此，在第三电极21与第四电极22之间也产生与在第一电极11与第二电极12之间产生的电流相同符号的电流。
[0048] 环境传感器32被配置在与上述能量转换元件31(第一电极11和第二电极12)相同的环境，因此，环境传感器32生成、输出准确地反映了能量转换元件31发出的电力的状态的电流，即，电信号。
[0049] 但是，环境传感器32所包含的梳齿部分23、24的数量比能量转换元件31所包含的梳齿部分15、16的数量少。因此，环境传感器32转换的电力与能量转换元件31转换的电力相比，大致根据梳齿部分的数量之比而成为较小的电力。
[0050] 以下，参照图1继续进行说明。
[0051] 与振动发电部10中的构成能量转换元件31的第一电极11连接的输出线W1的另一端被连接于电源电路80所包含的整流电路50的第一输入部P5。另一方面，与第二电极12连接的输出线W2的另一端被连接于整流电路50的第二输入部P6。
[0052] 作为振动发电元件的能量转换元件31发出交流的电力，因此，为了高效地利用该电力，优选将交流转换为直流。
[0053] 作为一例，整流电路50包含由nMOSFET构成的4个开关元件M1～M4。开关元件M1～M4中的、标注了符号S的电极表示源极，标注了符号G的电极表示栅极，标注了符号D的电极表示漏极。
[0054] 在向整流电路50的第一控制输入部Pa输入正的电压时，向开关元件M1的栅极G施加正的电压而第一输入部P5与第一输出部P7导通，向开关元件M2的栅极G施加正的电压而第二输入部P6与第二输出部P8导通。
[0055] 另一方面，在向第一控制输入部Pa输入负的电压时，向开关元件M1的栅极G施加负的电压而第一输入部P5与第一输出部P7断开，向开关元件M2的栅极G施加负的电压而第二输入部P6与第二输出部P8断开。
[0056] 在向整流电路50的第二控制输入部Pb输入正的电压时，向开关元件M3的栅极G施加正的电压而第一输入部P5与第二输出部P8导通，向开关元件M4的栅极G施加正的电压而第二输入部P6与第一输出部P7导通。
[0057] 另一方面，在向第二控制输入部Pb输入负的电压时，向开关元件M3的栅极G施加负的电压而第一输入部P5与第二输出部P8断开，向开关元件M4的栅极G施加负的电压而第一输入部P5与第一输出部P7断开。
[0058] 因此，在第一输入部P5为正电压且第二输入部P6为负电压的情况下，向第一控制输入部Pa施加正电压，向第二控制输入部Pb施加负电压，由此，能够将第一输出部P7的电压设定得比第二输出部P8高。另一方面，在第一输入部P5为负电压且第二输入部P6为正电压的情况下，向第一控制输入部Pa施加负电压，向第二控制输入部Pb施加正电压，由此，同样地能够将第一输出部P7的电压设定得比第二输出部P8高。即，向第一控制输入部Pa施加负电压，向第二控制输入部Pb施加上述电压，由此，能够使第一输出部P7和第二输出部P8输出整流过的电力。
[0059] 在以往的环境发电装置中，作为整流电路，使用了由4个二极管构成的桥式电路和利用了与整流电路50同样的MOSFET的同步整流电路。
[0060] 但是，在由二极管构成的整流电路中，能量转换元件所转换的电力的一部分被二极管消耗。
[0061] 另一方面，在以往的利用了MOSFET的同步整流电路中，使用能量转换元件所发出的交流电力来生成用于对MOSFET进行同步控制的控制用的电压信号。因此，以往，能量转换元件所发出的交流电力的一部分为了生成控制用的电压信号而被消耗。
[0062] 因此，在以往的环境发电装置中，无法将振动发电部收获的振动能量高效地转换为电能并输出。
[0063] 另一方面，在第一实施方式的环境发电装置1所包含的整流电路50中，由与能量转换元件31不同的环境传感器32生成以及输出、且通过电压限制电路40限制了电压值的电信号，作为用于控制开关元件M1～M4的控制信号而被使用。
[0064] 由此，第一实施方式的环境发电装置1能够将振动发电部10收获的振动的能量高效地转换为电能。
[0065] 以下，对在第一实施方式的环境发电装置1中，环境传感器32以及电压限制电路40能够降低振动发电部10收获的振动的能量的损失，并且生成针对开关元件M1～M4的控制信号的理由进行说明。
[0066] 与振动发电部10中的构成环境传感器32的第三电极21连接的输出线W3的另一端与电源电路80所包含的电压限制电路40的第一输入部P1连接。并且，电压限制电路40的第一输入部P1与整流电路50的第一控制输入部Pa连接。
[0067] 另一方面，与构成环境传感器32的第四电极22连接的输出线W4的另一端与电压限制电路40的第二输入部P2连接。并且，电压限制电路40的第二输入部P2与整流电路50的第二控制输入部Pb连接。
[0068] 如图1所示，电压限制电路40包含由多个控制元件T1～T8构成的桥式电路，所述多个控制元件T1～T8分别由MOSFET构成。作为一例，8个控制元件T1～T8均为常关型的nMOSFET，标注了符号S的电极表示源极，标注了符号G的电极表示栅极，标注了符号D的电极表示漏极。
[0069] 8个控制元件T1～T8构成的桥式电路的中间部P3与中间部P4短路，并接地。
[0070] 第一输入部P1与控制元件T1的源极S及栅极G连接，控制元件T1的漏极D与控制元件T2的源极S及栅极G连接，控制元件T2的漏极D与中间部P4连接。
[0071] 中间部P4也与控制元件T6的漏极D连接，控制元件T6的源极S及栅极G与控制元件T5的漏极D连接，控制元件T5的源极S及栅极G与第二输入部P2连接。
[0072] 第一输入部P1也与控制元件T3的漏极D连接，控制元件T3的源极S及栅极G与控制元件T4的漏极D连接，控制元件T4的源极S及栅极G与中间部P3连接。
[0073] 中间部P3也与控制元件T8的源极S及栅极G连接，控制元件T8的漏极D与控制元件T7的源极S及栅极G连接，控制元件T7的漏极D与第二输入部P2连接。
[0074] 通过电压限制电路40的上述结构，在向第一输入部P1输入了正电压的情况下，控制元件T1和控制元件T2导通，第一输入部P1的电压的上限被限制为控制元件T1的阈值电压与控制元件T2的阈值电压之和。另一方面，在向第一输入部P1输入了负电压的情况下，控制元件T3和控制元件T4导通，第一输入部P1的电压的下限(负的上限)被限制为控制元件T3的阈值电压与控制元件T4的阈值电压之和。
[0075] 在向第二输入部P2输入了正电压的情况下，控制元件T5和控制元件T6也导通，第二输入部P2的电压的上限被限制为控制元件T5的阈值电压与控制元件T6的阈值电压之和。并且，在向第二输入部P2输入了负电压的情况下，控制元件T7以及控制元件T8导通，第二输入部P2的电压的下限(负的上限)被限制为控制元件T7的阈值电压与控制元件T8的阈值电压之和。
[0076] 因此，来自环境传感器32的输出的电压的上限值和下限值通过电压限制电路40被限制为由控制元件T1～T8的阈值电压决定的规定的电压。并且，在来自环境传感器32的输出超过上述的规定电压的情况下，由于第一输入部P1与第二输入部P2之间因控制元件T1～T8中的任意多个而成为导通状态，因此，以极小的电阻连结。
[0077] 其结果是，由环境传感器32消耗的振动的能量与由能量转换元件31转换为电能的振动的能量相比足够小。因此，即使环境传感器32的振动能量全部消耗，也不会影响到能量转换元件31的效率。
[0078] 由此，包含环境传感器32和能量转换元件31的振动发电部10收获的振动的能量被高效地充电到C1。因此，能够通过能量转换元件31将存在于环境中的微弱的振动能量高效地转换为电能。
[0079] 此外，配置在电压限制电路40的第一输入部P1与中间部P3或中间部P4之间、以及第二输入部P2与中间部P3或中间部P4之间的控制元件T1～T8(MOSFET)的数量并不限于上述的2个。也可以配置与电压限制电路40应限制的电压的上限值及下限值的值对应的任意数量的控制元件T1～T8。
[0080] 通过整流电路50的整流作用，从整流电路50输出第一输出部P7的电压相对于第二输出部P8为正的电力。整流电路50的第一输出部P7与电压转换电路60的第一输入部Vin1连接，整流电路50的第二输出部P8与电压转换电路60的第二输入部Vin2连接。另外，整流电路50的第一输出部P7和第二输出部P8分别与第一电容器C1的两端连接。
[0081] 作为一例，电压转换电路60是使用斩波器等的DC/DC转换器，将输入到第一输入部Vin1与第二输入部Vin2之间的电压转换为规定的电压，而从输出部Vout输出。输出部Vout和接地部GND分别与第二电容器C2的两端连接。
[0082] 在与应整流的来自能量转换元件31的电力相同的振动条件下，由环境传感器32输出到整流电路50中的各开关元件M1～M4的栅极G，供给与来自能量转换元件31的电力具有相同相位的实时输出。
[0083] 因此，包含整流电路50的电源电路80能够将来自能量转换元件31的电力高效地输出到外部。
[0084] 此外，电压转换电路60是用于将从整流电路50输出的电力转换为适合于外部负载RO的电压的电路。因此，在适合于外部负载RO的电压与整流电路50的输出电压一致的情况下、外部负载RO自身具有转换电压的功能的情况下，电源电路80无需具有电压转换电路60。另外，在外部负载RO具有相当于第二电容器C2的电容器的情况下，电源电路80无需具有第二电容器C2。
[0085] 以上的第一实施方式的环境发电装置1具有电压限制电路40，但也可以省略电压限制电路40。该情况下，将与振动发电部10中的构成环境传感器32的第三电极21连接的输出线W3的另一端被连接于整流电路50的第一控制输入部Pa，将与第四电极24连接的输出线W4的另一端被连接于整流电路50的第二控制输入部Pb。
[0086] 通过省略电压限制电路40，与环境传感器32连接的电路的电阻值增加。但是，该情况下，被环境传感器32消耗的振动的能量若从发电量整体来看也足够小，因此，不会产生有意义的能量的损失。
[0087] 上述的第一实施方式的环境发电装置1具有：能量转换元件31，其将环境的能量转换为电能；以及环境传感器32，其被配置于与能量转换元件31相同的环境。并且，具备：电源电路80，其被输入由能量转换元件31转换出的电力，并将电力输出到外部，电源电路80所包含的整流电路50根据环境传感器32的输出来变更作为动作条件的一例的整流条件。
[0088] (第二实施方式的环境发电装置)
[0089] 以下，参照图3至图5对第二实施方式的环境发电装置1a进行说明。第二实施方式的环境发电装置1a的结构的大部分与上述的第一实施方式的环境发电装置1一样，因此，对相同的结构标注相同的附图标记，并适当省略说明。
[0090] 图3是表示第二实施方式的环境发电装置1a的概略结构的图。就第二实施方式的环境发电装置1a而言，构成电源电路80a的电压限制电路40a的结构与上述的第一实施方式的环境发电装置1不同。
[0091] 电压限制电路40a构成为包含：动态比较器41，其与供给的时钟信号CLK同步地进行动作；以及存储电路42，其存储动态比较器41的输出。并且，在动态比较器41的输入侧具有阳极及阴极相互反向且并联配置的2个整流元件Da、Db。
[0092] 与振动发电部10中的构成环境传感器32的第三电极21连接的输出线W3的另一端被连接于电压限制电路40a的第一输入部P11。另一方面，与第四电极22连接的输出线W4的另一端被连接于电压限制电路40a的第二输入部P12。
[0093] 第一输入部P11与二极管等的整流元件Da的阴极以及整流元件Db的阳极连接。第二输入部P12与整流元件Da的阳极以及整流元件Db的阴极连接。
[0094] 第一输入部P11还与动态比较器41的第一输入部Via连接，第二输入部P12还与动态比较器41的第二输入部Vib连接。
[0095] 来自动态比较器41的2个输出Vma及Vmb与存储电路42连接。并且，来自存储电路42的2个输出Voa及Vob分别与整流电路50的第一控制输入部Pa及第二控制输入部Pb连接。
[0096] 图4是表示动态比较器41的电路图的一例的图。动态比较器41是包含作为nMOSFET的元件Te、Tf、Tg、Tk、Tl和作为pMOSFET的元件Ta、Tb、Tc、Td、Th、Ti、Tj的电路。从外部供给电源电压VS和时钟信号CLK。时钟信号CLK的一部分经由逆变器(NOT)电路Nc被输入到元件Th和元件Tk的栅极。
[0097] 此外，关于动态比较器的结构的详细内容，例如在日本国特开2017‑46046号公报等中公开，因此，在此省略详细的说明。
[0098] 动态比较器41仅在从外部供给的时钟信号CLK为正电压时，对分别输入到第一输入部Via和第二输入部Vib的信号的电压的高低进行比较，将比较结果输出到输出Vma和输出Vmb。此外，输出Vma及输出Vmb的前级分别与逆变器电路Na、Nb连接。
[0099] 作为一例，如果第一输入部Via的电压比第二输入部Vib的电压更靠正侧，则向输出Vma输出正电压，向输出Vmb输出接地电位。反之，如果第一输入部Via的电压比第二输入部Vib的电压更靠负侧，则向输出Vma输出接地电位。向输出Vmb输出正电压。
[0100] 动态比较器41的输出Vma及输出Vmb仅在时钟信号CLK为正电压时输出。因此，通过存储电路42存储该输出。
[0101] 图5是表示存储电路42的逻辑图的一例的图。作为一例，存储电路42是所谓的NOR型的触发器电路，存储、保持输入Vma和输入Vmb是正电压和0电压，还是0电压和正电压。
[0102] 如上所述，来自存储电路42的2个输出Voa及Vob分别被输入到整流电路50的第一控制输入部Pa及第二控制输入部Pb。
[0103] 因此，在第二实施方式的环境发电装置1a中，整流电路50根据动态比较器41的输出，对能量转换元件31发出的交流电力进行整流。
[0104] 动态比较器41的动作所需的电源电压VS例如能够由对第二电容器C2充电的电力的一部分供给。另外，产生时钟信号CLK的时钟产生电路也能够由对第二电容器C2充电的电力的一部分进行驱动。
[0105] 作为一例，时钟信号CLK的周期是能量转换元件31发出的交流电力的频率的、即第二电极12振动的频率的5～10倍左右以上的频率。
[0106] 动态比较器41仅在从外部供给的时钟信号CLK为正电压的情况下进行动作。因此，通过使用占空比(On/Off比)小的时钟信号CLK，能够使动态比较器41的动作所需的电力极小化。由此，能够将包含环境传感器32和能量转换元件31的振动发电部10所收获的振动的能量高效地用于能量转换元件31的发电。
[0107] 此外，配置在动态比较器41的输入侧的整流元件Da、Db用于限制向动态比较器41的第一输入部Via和第二输入部Vib的输入电压，但如果无需输入电压的限制，则也可以省略。
[0108] (第三实施方式的环境发电装置)
[0109] 以下，参照图6对第三实施方式的环境发电装置1b进行说明。第三实施方式的环境发电装置1a的结构的大部分与上述的第一实施方式的环境发电装置1或第二实施方式的环境发电装置1a一样，因此，对相同的结构标注相同的符号，适当省略说明。
[0110] 图6是表示第三实施方式的环境发电装置1b的概略结构的图。就第三实施方式的环境发电装置1b与第一实施方式的环境发电装置1以及第二实施方式的环境发电装置1a的不同点在于，电源电路80b具有电流电压转换电路70。
[0111] 第三实施方式的环境发电装置1b所包含的整流电路50与上述的第一实施方式的环境发电装置1以及第二实施方式的环境发电装置1a所包含的整流电路50一样，因此，在图6中省略详细的图示。
[0112] 另外，第三实施方式的环境发电装置1b所包含的电压限制电路40与上述的第一实施方式的环境发电装置1所包含的电压限制电路40，或者第二实施方式的环境发电装置1a所包含的电压限制电路40a一样，因此，在图6中省略详细的图示。
[0113] 另外，振动发电部10a除了振动发电部10的结构以外，还具有第二环境传感器33这一点也不同。振动发电部10a是与图2所示的振动发电部10类似的结构，因此，省略详细的图示。
[0114] 振动发电部10a在图2所示的振动发电部10的环境传感器32(第三电极21和第四电极22)的Y方向上邻接，具有与环境传感器32一样的第二环境传感器33。
[0115] 第二环境传感器33的结构与环境传感器32的结构一样，第五电极25被支承框13固定，第六电极26被电极保持部14a保持，相对于第五电极25在图2的X方向上可动。第五电极25通过支承框13与第一电极11被一体地保持，第六电极26通过电极保持部14a与第二电极
12被一体地保持。
[0116] 在第五电极25中的与第六电极26对置的面的表面形成有具有正或者负的电荷的驻极体。
[0117] 输出线W5的一端与构成第二环境传感器33的第五电极25连接，输出线W6的一端与构成第二环境传感器33的第六电极26连接。
[0118] 输出线W5的另一端与电流电压转换电路70的第一输入部P13连接。第一输入部P13也接地。输出线W6的另一端与电流电压转换电路70的第二输入部P16连接。
[0119] 电流电压转换电路70所包含的电压检测电路711包含由二极管等整流元件Dc和整流元件Dd构成的整流元件对(Dc、Dd)、检测该整流元件对(Dc、Dd)的第二输入部P16侧的电压的检测电路CP1。整流元件Dc及整流元件Dd并联，且阳极及阴极相互反向地配置。
[0120] 与电压检测电路711同样的结构的电压检测电路712和电压检测电路713与电压检测电路711串联连接。电压检测电路712包含由整流元件De及整流元件Df构成的整流元件对、检测该整流元件对(De、Df)的整流元件对(Dc、Dd)侧的端部P15的电压的检测电路CP2。电压检测电路713包含由整流元件Dg和整流元件Dh构成的整流元件对、检测该整流元件对(Dg、Dh)的整流元件对(De、Df)侧的端部P14的电压的检测电路CP3。
[0121] 从未图示的基准电压产生电路向各检测电路CP1～CP3供给基准电压Vref。
[0122] 检测电路CP1～CP3根据检测出的电压，分别输出检测信号V1～V3。
[0123] 检测电路CP1～CP3例如由包含运算放大器的比较器构成。
[0124] 电压检测电路711的整流元件对所包含的整流元件Dc、Dd、电压检测电路712的整流元件对所包含的整流元件De、Df、电压检测电路713的整流元件对所包含的整流元件Dg、Dh的正向电压可以相互不同，也可以相同。
[0125] 所谓正向电压是指在向整流元件施加了正向的电压时开始流动大电流的电压。
[0126] 此外，1个整流元件对所包含的整流元件Dc和整流元件Dd、整流元件De和整流元件Df、以及整流元件Dg和整流元件Dh的正向电压可以分别相同，也可以不同。
[0127] 图7是表示电流从第二输入部P16流向第一输入部P13时的、电流电压转换电路70内的各部的电压与电流I的关系(IV特性)的图。此外，图表的纵轴设为电流I的对数值(log)。IV特性IVc表示第二输入部P16的电压Vc相对于电流I的关系，即表示3个串联连接的整流元件Dc、De、Dg的IV特性。IV特性IVe表示端部P15的电压Ve相对于电流I的关系，即表示2个串联连接的整流元件De、Dg的IV特性。IV特性IVg表示端部P14的电压Vg相对于电流I的关系，即分别表示整流元件Dg的IV特性。
[0128] 电流I从0逐渐增加时的3个电压Vc、Ve、Vg各自的增加量不同。因此，分别以不同的电流值I与成为基准的基准电压Vref相等，构成检测电路CP1～CP3的比较器分别反转，检测信号V1～V3发生变化。
[0129] 此外，该情况下，电流电压转换电路70所包含的整流元件Dd、Df、Dh为逆偏置而不流过电流。
[0130] 如图7所示，在从第二输入部P16流向第一输入部P13的电流为I1的情况下，在第二输入部P16产生电压V1c，在端部P15产生电压V1e，在端部P14产生电压V1g。但是，由于电流I1较小，因此电压V1e以及电压V1g为0V。
[0131] 在从第二输入部P16流向第一输入部P13的电流为I2的情况下，在第二输入部P16产生电压V2c，在端部P15产生电压V2e，在端部P14产生电压V2g。
[0132] 各电压Vc、Ve、Vg与从第二输入部P16流向第一输入部P13的电流的量对应地发生变化。
[0133] 因此，能够使用基于由检测电路CP1～CP3检测出的电压的检测信号V1～V3，来推定从第二输入部P16流向第一输入部P13的电流的量。
[0134] 来自检测电路CP1～CP3的检测信号V1～V3被输入到控制电路72。控制电路72例如具有将检测信号V1～V3转换为数字信号的AD转换电路。控制电路72根据被转换为数字信号的检测信号V1～V3，来推定从第二输入部P16流向第一输入部P13的电流的量，即从第二环境传感器33输出的电流的量。
[0135] 控制电路72根据推定出的电流的量，向电压转换电路60输送控制信号CS，变更电压转换电路60的动作条件。电压转换电路60的动作条件例如是指输出到输出部Vout的电压相对于被输入到第一输入部Vin1与第二输入部Vin2之间的电压的放大的条件。
[0136] 例如，如果电压转换电路60是包含斩波器的电路，则能够通过变更斩波器进行动作的周期来变更动作条件。
[0137] 此外，控制电路72也可以不如上述那样推定来自第二环境传感器33的电流的量，而根据检测信号V1～V3来变更电压转换电路60的动作条件。
[0138] 第二环境传感器33和能量转换元件31是彼此机械地一体化的振动发电元件，因此，来自第二环境传感器33的电流的量与能量转换元件31的发电量大致成比例。
[0139] 因此，在第三实施方式的环境发电装置1b中，能够与能量转换元件31的发电量对应地，将电压转换电路60的动作条件设定为最佳的条件，能够提高还包含了电压转换电路60在内的环境发电装置1b的效率。
[0140] 上述的第三实施方式的环境发电装置1b具备将环境的能量转换为电能的能量转换元件31和配置于与能量转换元件31相同的环境的第二环境传感器33。并且，具备被输入能量转换元件31转换出的电力并将电力输出到外部的电源电路80b，电源电路80b与第二环境传感器33的输出对应地变更动作条件。
[0141] 另外，电源电路80b与第二环境传感器33输出的实时输出对应地变更动作条件。通过该结构，即使是设置有振动发电部10a的环境的振动时刻变化的情况，也能够以与该状况实时对应的最佳条件对电源电路80b的动作条件进行控制，能够进一步提高环境发电装置1b的效率。
[0142] 第三实施方式的环境发电装置1b的电流电压转换电路70使电流流过串联连接了多个整流元件对(Dc和Dd、De和Df、Dg和Dh)的电路，并检测在整流元件对的两端产生的电压，该整流元件对的阳极和阴极相互反向且被并联配置。在该结构中，与以往的使电流流过电阻来检测在电阻的两端产生的电压的结构相比，不会产生大的电压，能够对更大范围的电流变化进行响应。
[0143] 在电路侧不产生大的电压，即，能够将抑制第二环境传感器33的振动的作用抑制得极小。
[0144] 此外，在第三实施方式的环境发电装置1b中，第二环境传感器33未必需要与能量转换元件31输出相同相位的电流。因此，在振动发电部10中，第二环境传感器33的第五电极25和能量转换元件31的第一电极11以及第二环境传感器33的第六电极26和能量转换元件
31的第二电极12也可以不一体地保持。
[0145] 此外，在上述的例子中，在振动发电部10中，将第二环境传感器33与环境传感器32分开设置，但也可以省略第二环境传感器33，并用环境传感器32作为第二环境传感器33。
[0146] 另外，在第三实施方式的环境发电装置1b中，也可以省略电压限制电路40，由使用一般的二极管的整流电路构成整流电路50。在第三实施方式的环境发电装置1b中，与能量转换元件31的发电量对应地将电压转换电路60的动作条件设定为最佳的条件，因此，能够将环境能量高效地转换为电能。因此，即使将使用二极管的整流电路用作整流电路50，也能够实现与以往相比高效率的环境发电装置。
[0147] (变形例)
[0148] 以下，对上述各实施方式的环境发电装置1、1a、1b的变形例进行说明。
[0149] 在以上的说明中，振动发电部10的能量转换元件31、环境传感器32、或者还有第二环境传感器33均由振动发电元件构成。但是，环境传感器32以及第二环境传感器33也可以是振动发电元件以外的、将加速度传感器等的振动转换为电信号的元件。
[0150] 另外，能量转换元件31也不限于上述的振动发电元件，例如也可以是将存在于环境中的光能转换为电能的太阳能电池等光电转换元件。该情况下，环境传感器32或者还有第二环境传感器33也由光电转换元件形成，配置在与能量转换元件31相同的环境。
[0151] 另外，能量转换元件31也可以是将存在于环境中的热能转换为电能的热发电元件。该情况下，环境传感器32或者还有第二环境传感器33也由热发电元件形成，配置在与能量转换元件31相同的环境。
[0152] 即使在这些情况下，环境传感器32或者第二环境传感器33也由环境的能量的消耗量少的小输出的传感器构成。并且，与环境传感器32或第二环境传感器33输出对应地变更将能量转换元件31转换出的电力输出到外部的电源电路80、80a、80b的动作条件。通过该结构，能够实现将环境的能量高效地转换为电能并输出到外部的环境发电装置。
[0153] (各实施方式和变形例的效果)
[0154] (1)上述的各实施方式和变形例的环境发电装置1、1a、1b具有：能量转换元件31，其将环境的能量转换为电能；环境传感器32，其被配置于与能量转换元件31相同的环境；电源电路80、80a，其被输入能量转换元件31转换出的电力，并将电力输出到外部，电源电路80、80a与环境传感器32的输出对应地变更动作条件。
[0155] 根据该结构，能够以低损耗将环境中的微弱的能量转换为电能。
[0156] (2)并且，电源电路80、80a构成为与来自环境传感器32的实时输出对应地变更动作条件，由此，能够进一步以低损耗将环境中的微弱的能量转换为电能。
[0157] (3)并且，能量转换元件31是产生交流电力的元件，电源电路80、80a具有对能量转换元件31转换出的交流电力进行整流的整流电路50，整流电路50构成为具有与环境传感器32的输出对应地变更整流条件的开关元件M1～M4，由此，能够进一步以低损耗将环境中的微弱的能量转换为电能。
[0158] (4)并且，环境传感器32构成为输出与能量转换元件31转换的交流电力相等的频率的交流信号，由此，能够提高整流电路50的整流的效率。
[0159] (5)并且，电源电路80、80a构成为具有将环境传感器32输出的交流信号限制为规定范围的电压的电压限制电路40，由此，能够减少存在于环境中的微弱的能量中的、作为由环境传感器32发出的电能而消耗的能量的量。由此，能够以低损耗通过能量转换元件31将存在于环境中的微弱的能量转换为电能。
[0160] (6)并且，电压限制电路40构成为包含由MOSFET构成的桥式电路(T11～T8)，由此，能够进一步减少存在于环境中的微弱的能量中的、由环境传感器32发电而消耗的能量的量。
[0161] (7)并且，电压限制电路40a构成为包含：动态比较器41，其被输入环境传感器32输出的交流信号；存储电路42，其存储动态比较器41的输出，由此，能够进一步减少存在于环境中的微弱的能量中的、由环境传感器32发电而消耗的能量的量。
[0162] (8)并且，电源电路80b具有对与环境传感器32(以及第二环境传感器33)输出的电流的量对应的电压信号进行输出的电流电压转换电路70，电源电路80a构成为根据来自电流电压转换电路70的输出信号来变更动作条件，由此，能够以低损耗将环境中的微弱的能量转换为电能。
[0163] (9)并且，电流电压转换电路70也能够构成为，包含串联连接了多个电压检测电路711～713的电路，并且电源电路80b根据来自多个电压检测电路711～713的检测信号来变更动作条件，所述电压检测电路711～713包含阳极和阴极相互反向且并联配置的整流元件对(Dc与Dd、De与Df、Dg与Dg)、和检测在整流元件对的一端产生的电压的检测电路CP1～CP3。通过该结构，即使是由能量转换元件31生成的电流的量发生了变动的情况，也能够通过电源电路80b将生成的电力高效地输出到外部。
[0164] 在上述中，对各种实施方式及变形例进行了说明，但本发明并不限定于这些内容。另外，各实施方式和变形例可以分别单独应用，也可以组合使用。在本发明的技术思想的范围内考虑的其他方式也包含在本发明的范围内。
[0165] 下面的优先权基础申请的公开内容作为引用文本并入其中。
[0166] 日本国特愿2019‑116310号(2019年6月24日申请)
[0167] 附图标记说明
[0168] 1、1a、1b…环境发电装置、10、10a…振动发电部、80、80a、80b…电源电路、31…能量转换元件、32…环境传感器、40、40a…电压限制电路、50…整流电路、60…电压转换电路、70…电流电压转换电路、M1～M4…开关元件、T1～T8…控制元件(MOSFET)、41…动态比较器、42…存储电路、Ta～Tl…MOSFET、CP1～CP3…电压检测电路、Da～Dg…整流元件(二极管)、C1…第一电容器、C2…第二电容器、RO…外部负载
