(57)【要約】      少なくとも１個の固定装置と、振動要素と、接続要素と、電気機械変換装置とを備える電気機械回転変換機が開示される。固定装置は、回転変換機を回転体に固定するよう設計されている。接続要素は、前記固定要素と前記振動要素との間の可動接続を構成し、その上、前記振動要素の動作が前記電気機械変換機を駆動する。前記固定要素と前記振動要素との接続は、前記振動要素のマスの中心が表面の周囲を表す曲線経路をたどり、前記表面に対する法線と回転軸線とが、９０度以下、０度以上である両者間の角度を囲むように構成されている。【選択図】図４
2009545943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械回転変換機であって、
少なくとも１個の固定要素（１）と、振動要素（２）と、接続要素（３）と、電気機械変換装置（４）とを備え、
前記固定要素（１）は、前記回転変換機を回転体に固定するよう設計され、
前記接続要素（３）は、前記固定要素（１）と前記振動要素（２）との可動接続を形成し、前記振動要素（２）の動作が前記電気機械変換装置（４）を駆動するものであって、
前記固定要素（１）と前記振動要素（２）との接続は、前記振動要素（２）のマス（Ｍ）の中心が表面の周囲を表すように曲線経路をたどる性格を有し、前記表面（Ｎ）に対する法線が回転軸線（Ｒ）に対して９０度以下、０度以上の角度を成すことを特徴とする電気機械回転変換機。
【請求項２】
前記電気機械変換装置（４）が、圧電素子で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械回転変換機。
【請求項３】
前記電気機械変換装置（４）が、台形形状の曲げ変換機の形をとることを特徴とする請求項２に記載の電気機械回転変換機。
【請求項４】
前記電気機械変換装置（４）が、電磁発生器の形をとることを特徴とする請求項１に記載の電気機械回転変換機。
【請求項５】
前記電気機械変換装置が、磁気ひずみ発生器の形をとることを特徴とする請求項１に記載の電気機械回転変換機。
【請求項６】
前記接続要素（３）が、少なくとも１個のばねから成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気機械回転変換機。
【請求項７】
前記ばねが板ばねから成ることを特徴とする請求項６に記載の電気機械回転変換機。
【請求項８】
前記接続要素（３）が少なくとも１個の軸受けから成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気機械回転変換機。
【請求項９】
前記固定要素（１）が回転変換機を保持するハウジング（６）の少なくとも一部を成すことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電気機械回転変換機。
【請求項１０】
前記ハウジングがリムの周囲に延びるテープ又はケーブル要素（７）によってリムに固定可能であることを特徴とする請求項９に記載の電気機械回転変換機。
【請求項１１】
前記ハウジング（６）がバルブ固定具（Ｂ）によって車輪のリムに固定可能であり、ハウシングが車輪のリム（５）上の固定方向において位置決めされる少なくとも２個の接触点（Ａ）を有することを特徴とする請求項９に記載の電気機械回転変換機。
【請求項１２】
前記接触点（Ａ）が前記バルブ固定具（Ｂ）から異なる距離に位置することを特徴とする請求項１０に記載の電気機械回転変換機。
【請求項１３】
電気機械変換装置（４）による電気エネルギーの生成方法であって、前記変換装置は振動要素（２）によって駆動され、該振動要素が表面の周囲を表す湾曲経路に沿って導かれる回転運動により、静止点を中心に振動させられ、前記表面に対する法線が回転軸線に対して９０度以下、０度以上の角度であることを特徴とする電気エネルギーの生成方法。
【請求項１４】
前記振動要素は、回転体の回転運動により振動させられることを特徴とする請求項１３に記載の電気エネルギーの生成方法。
【請求項１５】
前記回転体そのものは、回転体の振動運動の成分が、回転運動の方向にあり、この成分が振動体を駆動することを特徴とする請求項１４に記載の電気エネルギーの生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械回転変換機及び電気機械回転変換機を用いた電気エネルギーの生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輪用の軸、車軸、車両用車輪、機械工具部品及び類似の品目は、温度、内圧、期間、膨張、力等に関する特定のパラメータを決定するためにしばしば監視される。この種のパラメータは、適切なセンサを使って測定することができる。回転部品に取り付けたセンサで測定した上記のような値を外部に転送するときに困難を伴う。ワイヤを使った転送は、特に部品がある方向に予測可能な規制された距離を移動しない状況下では不可能である。勿論、低速回転する部品上を摺動する接点を開発することは可能である。しかしながら、摺動接点は常時摩擦しているために摩耗しやすいということと、高速回転時に接触圧力の低下により不十分な質の接触につながるという欠点がある。特別設計の接点であれば十分な接触圧力を確保できるが、特別設計は、コスト高になる。
【０００３】
このような理由により、回転部品上の計測センサからの信号を無線送信する方法が数年前から知られている。しかしながら、無線技術は電力供給を必要とし、電子信号を送信する接点が存在しない場合、独立した電源供給が必要である。電池、蓄電池あるいは類似の機器が明らかな解決策である。
【０００４】
電池、蓄電池あるいは類似の機器によってエネルギーを提供することは、簡単な場合には全く実用的な解決法である。しかしながら、センサへのアクセスが困難な場合や、計測されたパラメータが回転部品の運転上の安全に関わる場合には、電池や蓄電池は不適切な場合が多い。具体的な問題点は、供給電圧、例えば、電池の電圧が突然低下するような場合に、計測センサからの送信は最早確実に保証されず、すなわち、安全に関わる情報が最早入手できないということにもなる。
【０００５】
このような理由により、独立したエネルギー発生機を提供する考えが検討されている。一般的に、太陽電池やその他多かれ少なかれ通常の発生法を利用する解決法は妥当である。本発明の出願人は、振動アームが回転軸と平行となるように回転要素上に載置された振動アーム上に振動おもりを載置した電気機械振動変換器を少なくとも個人的に承知している。振動アームの一方は、回転部品に固定され、振動マスは他方に位置する。回転軸が重力の方向との芯から外れるたびに回転運動によりマスが振動を発生する。回転の結果、回転マスが重力により異なる方向に異なる時に引張られるので、振動が生じる。反力がない時に振動は特に助長される。そこで振動マスは電気機械エネルギー変換機を駆動し、機械的振動から電気的振動を発生する。しかしながら、この運動の欠点は、回転速度が増すにつれ、遠心力が振動マスをその経路から引外し、振動を阻害することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明の目的は、電気機械エネルギー変換機が、高速回転するシステムや回転速度が早いシステムにおいて信頼性が高く、かつ大きな費用なしに使用できる構成を提供することにある。  
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、この課題は、電気機械回転変換機であって、少なくとも１個の固定装置と、振動要素と、接続要素と、電磁コンバータとを備え、前記固定装置は、回転変換機を回転体に固定するよう設計された電気機械回転変換機を使用する本発明によって達成される。前記接続要素は、前記固定要素と前記振動要素との可動接続を構成し、その上、前記振動要素の動作が前記電気機械変換装置を駆動する。前記固定要素と前記振動要素との接続は、前記振動要素のマスの中心が表面の周囲を表す曲線経路をたどり、前記表面に対する法線と回転軸線とが、９０度以下、０度以上である両者間の角度を囲むように構成されている。これが意味することは、固定要素と振動要素との間の振動要素は、回転軸線に対して傾斜した振動アームから成るということである。傾斜した位置は、遠心力が振動を妨害しないような方法で選択される。
【０００８】
前記電気機械変換装置は、圧電素子として実施されることが好ましい。圧電素子には、弾性が内在しており、振動の発生に必要な復元力を提供する。電気機械変換装置に台形形状をした曲げ変換器の形状を与えることは、曲げ経路の全行程において力が均一に分散されるという利点を生じる。
【０００９】
電気機械変換装置として電磁発生器又は磁気抵抗発生器を使用することは、非常に経済的である。
【００１０】
接続要素としてばねを選択すれば、復元力を提供するのに電気機械変換装置は、内在的な弾性を必要としない。板ばねは、このように適用するには特に適切なばねである。代案として、接続要素は、ピボット軸受けの形をとることができる。その場合、固定装置が、回転変換機のハウジングの一部を成すことが望ましい。ここで、自動車の車輪リムに固定する場合には、テープ又はケーブル要素を使用することが有利である。
【００１１】
自動車のタイヤに適用された場合、回転変換機が車輪リムのバルブ固定装置に固定されることが好都合である。この場合、もしバルブから離間した二つの接触点を有すれば、回転変換機のハウジングが回転変換機の回転中心に対して適切に芯合わせされる。この点は、これらの接触点がバルブ又はバルブ固定装置から異なる寸法に位置すれば、特に適切である。
【００１２】
さらに、電気機械変換機を振動要素によって駆動することにより、電気機械変換機によって電気エネルギーを生成する方法であって、前記振動要素が、回転運動中静止点を中心に振動することにより、曲線経路に沿うようなやり方で電気エネルギーを生成する方法を開示する。前記曲線経路は、表面の周囲を表し、前記表面に対する法線と回転軸線とが両者の間に９０度以下、０度以上の角度を成す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、電気機械回転変換機の側面図である。
【図２】図２は、図１に示す回転変換機のＡ−Ａ線での断面図である。
【図３】図３は、図１に示す回転変換機の斜視図である。
【図４】図４は、回転変換機の原理を示す説明図である。
【図５】図５は、回転変換機のハウジングの実施例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【００１５】
図面中、同一か、同一の効果を有する要素には、同一の符号を付す。
【００１６】
図１は、電気機械回転変換機Ｒの側面図である。回転体に取り付け可能になされた固定装置１が設けられている。図示の実施例では振動マス２aを特徴とする振動要素２が含まる。この振動マス２aは振動要素とは別々に製造され、従って振動要素とは分離可能であるので、同じ寸法の振動要素を異なる振動マスに取り付け可能である。
【００１７】
圧電変換器４は、振動要素２と固定装置１との間に電気機械変換器２として位置する。振動要素の振動方向は、矢印Ｚで示される。この種の振動は、圧電素子４をその長手方向軸に沿って曲げる働きをし、圧電素子内で電荷を分割させ、圧電素子は、振動が発生すると、固定装置内の圧電素子４に取り付けられた図示しない電極において交流電圧を発生する。
【００１８】
図２は、図１に示す回転変換機ＲのＡ−Ａ断面を示す。
【００１９】
圧電変換器４はこの図には省略されている。固定装置１と振動要素２が図示されている。二枚の板ばねホルダ８a及び８ｂによって固定された二枚の板バネ３が板ばねホルダ間に位置する。
【００２０】
板ばねホルダ８a及び８ｂの傾斜した形状により、振動要素２のマスＭの中心を通る線９で示す振動アームができる。
【００２１】
図３は、図１に示す回転変換器の斜視図である。この図は、圧電変換器４の台形の形状を示すことを特に意図している。この結果、矢印Ｚで示す振動経路に沿った振動要素の偏位が均一に分散したたわみにつながる。たわみの均一な分散は、圧電性結晶を均一に分散した力にさらし、均一に分割された電荷となる。このことは、逆に電荷が圧電結晶内で偏位していないということになる。その結果、圧電変換器４の効率は最適化される。圧電変換器４が振動要素２の溝穴１０に拘束されていることも図３から明瞭にわかる。振動運動中に振動要素が圧電変換器４をどのように保持し、圧電変換器４の偏位を起こさせているかを図３は示している。溝穴１０に沿って自由に動くことができるということは、一端が固定装置によって固定された圧電性結晶が、振動要素によって誘導された他端において、振動要素の動きに対して垂直方向の遠心力の結果、振動要素からの振れにさらされていないということを意味する。その結果、圧電要素結晶は、所望の好ましい方向へのみ振れる。
【００２２】
図４は、図１乃至図３に示した回転変換機の作動方法を示すためのものである。同図は、回転軸Ｒを中心に回転をする回転体を示す。この筒状体表面の一点に符号１が付されており、これは、固定装置１を図示すべき位置であることを表す。振動アーム９は、この点からある角度を持ってマスＭの中心を通過する。マスＭの中心は、ここで曲線の経路を経由して動き、この曲線の形状は、固定要素の形状によって変わる。
【００２３】
回転によって励起される振動に加え、回転変換機は、回転体そのものの振動を電気エネルギーに変換することもできる。そのための要件は、回転体の振動運動の成分が、曲線経路の方向にあるということである。
【００２４】
角度をつけた板ばねが接続要素として含まれる図１乃至図３に示した実施例に対して、これまた角度を有するピボットアクセスを備えたヒンジ又はジョイントを使用することも可能である。その際、振動要素の動作が回転軸周辺に制約される場合には、振動要素２のマスの中心の経路は円である。完全を期すために説明すると、接続要素としてヒンジやジョイントが使用される場合、復元力を提供するために、補足的なばねを導入する。ヒンジが捩りを受ける棒の形状により独自の復元力を発生させる構成も可能である。
【００２５】
図４を再度検討すると、マスＭの中心の動きが法線Ｎを有する表面内で発生することがわかる。この法線Ｎは、回転体の回転軸Ｒに対して角度αを有する。具体的な構成によって大きさが変わるこの角度αが０度以上、９０度以下であることが本発明にとって重要かつ妥当である。こうすることによってのみ、遠心力が振動発生の妨害となることを防ぐことができる。
【００２６】
図５は、回転変換機を備えた回転体の一実施例を示す。図は、回転体が車輪のリム５の形状をしていることを示唆している。車輪リム上のバルブは、一般的にバルブの固定具が回転中心に対して垂直になるように位置してタイヤのバランスがとれるようになっている。
【００２７】
車輪のリムに対して補足的な取り付けは行われていないので、回転変換機用のハウジング６は図５に示すように、自動車業界の容認のためバルブ固定具と共に位置する。図４での説明により、振動要素のマス中心により説明した法線が回転軸線に対していかなる角度を有していなければならないかを示した。すなわち、停止中には、振動アーム９の突出は、回転軸線に沿って芯合わせされる。バルブ又はバルブ固定具が回転軸線上に垂直に芯合わせされるので、ハウジング６をバルブ固定具と共に組み立てる場合には、回転変換機は片寄りをもたせてバルブによる位置決めをしなければならないということになる。図５は、振動要素２と圧電変換器４並びにバルブ用開口を模式的に示すもので、これらも又回転中心に対して芯合わせしなければならない。これを可能にするために、ハウジング６が車輪リム５の周囲に対して保持される二個の接触点又は接触用足部Ａを有する。これは、ハウジングがバルブ固定具の固定点に位置していないので、ハウジング６を含む回転変換機も車輪の回転軸線に対して芯合わせすることができるということを意味する。これは、Ａ又は足部Ａとバルブの固定点との距離を適切に選択することにより達成される。これは、異なるリム直径に対して高い柔軟性を提供するために矢印Ｘ方向における足部Ａとバルブの固定点との距離が選択されるということを意味する。同じく、足部Ａは異なる長さを有するかあるいは、例えば、ネジをゆるめて次いで固定することにより調節可能な長さを提供してもよい。図５は、ハウジング６をテープ又はケーブル要素７を使用して車輪リム５に固定した変形例を示す。ハウジング６はこのようにしてバルブ又はバルブ固定具上に押し込まれ、ケーブル要素７によって固定される。
【図１】
2009545943.tif 000003
【図２】
2009545943.tif 000004
【図３】
2009545943.tif 000005
【図４】
2009545943.tif 000006
【図５】
2009545943.tif 000007
【国際調査報告】
2009545943.tif 000008
2009545943.tif 000009
2009545943.tif 000010