(57)【要約】本発明は、磁場の変動を電荷の蓄積に変換する性能がある変換器（２）と、磁場が広く行き渡るハウジング（４）を定義する磁場源（３）と、並進運動方向に沿って第一の位置から第二の位置まで動かすことができるプッシュエレメント（５）とを含む、プッシュエレメント（５）の並進運動の動きを電荷の蓄積に変換する発電機（１）に関する。第一の態様によれば、本発明は、変換器のリファレンスプレーンにおける磁場を変化させるために、磁場源（３）または変換器（２）の回転運動の動きにプッシュエレメント（５）の動きを伝える伝達装置を含む。別の態様によれば、本発明は、変換器（２）が第一の場の構成にさらされる第一の位置から、変換器（２）が第二の場の構成にさらされる、第一のとは異なる、第二の位置まで動くことを含む。
2019535227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プッシュエレメントの並進運動の動きを電荷の蓄積に変換する発電機（１）であって、
リファレンスプレーンを含み、前記リファレンスプレーンにおける磁場の変動を電荷の蓄積に変換する性能がある変換器（２）と、
磁場が広く行き渡るハウジング（４）を定義する磁場源（３）と、
前記変換器（２）が前記ハウジング（４）における第一の面に配置され、前記リファレンスプレーンにおける第一の場の構成にさらされる第一の位置から、前記変換器（２）が前記第一の場とは異なる、前記リファレンスプレーンにおける第二の場の構成にさらされる第二の位置まで、前記リファレンスプレーンに対して直角をなす並進運動方向に沿って動かすことができる、前記磁場源（３）または前記変換器（２）に一体の前記プッシュエレメント（５）と
を備えたことを特徴とする発電機（１）。
【請求項２】
前記変換器（２）が、前記リファレンスプレーンを定義する磁歪材料の層（２０）により形成され、少なくとも１つの圧電材料の層（２１ａ、２１ｂ）に結合されることを特徴とする請求項１に記載の発電機（１）。
【請求項３】
前記プッシュエレメント（５）を前記第一の位置または前記第二の位置に戻す手段（１１）をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の発電機（１）。
【請求項４】
前記第二の位置において、前記変換器（２）がハウジング（４）の外側に配置され、前記第二の場の構成が前記磁場源における周辺の場に対応することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項５】
前記磁場源（３）がハルバッハシリンダーを形成する磁石のアセンブリを含み、前記第一の場の構成が前記ハウジング（４）において一様な場であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項６】
前記第二の位置において、周辺の場が、前記リファレンスプレーンに対して直角をなし、周辺の磁場源（１９）からくることを特徴とする請求項４または５に記載の発電機（１）。
【請求項７】
前記プッシュエレメント（５）の前記第二の位置において、前記変換器（２）が前記ハウジング（４）における第二の面に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項８】
磁場源（３）が、前記第一の面において前記第一の場の構成を生成する第一のハルバッハシリンダー（３ａ）と、第二の面において第二の場の構成を生成する第二のハルバッハシリンダー（３ｂ）とにより形成される積み重ねを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項９】
磁場源（３）が、前記プッシュエレメント（５）が前記第一の位置にあると前記第一の場の構成における前記変換器（２）の磁場に向くよう構成される第一の磁気的な透過性のあるエレメント（２１ａ）と、前記プッシュエレメント（５）が前記第二の位置にあると前記第二の場の構成における前記変換器（２）の磁場に向くよう構成される第二の磁気的な透過性のあるエレメント（２１ｂ）とを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の発電機（１）。
【請求項１０】
前記第一の場の構成および前記第二の場の構成が、互いに９０度の角度を形成する一様な場に対応することを特徴とする請求項７ないし９のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項１１】
並進運動方向に沿って第一の位置から第二の位置まで動かすことができるプッシュエレメントの並進運動の動きを電荷の蓄積に変換する発電機（１）であって、
磁場が広く行き渡るハウジング（４）を定義する磁場源（３）と、
リファレンスプレーンを含み、前記リファレンスプレーンにおける磁場の変動を電荷の蓄積に変換する性能があり、前記リファレンスプレーンにおいて少なくとも場の一部に配置するよう前記ハウジング（４）に配列される変換器（２）と、
前記変換器のリファレンスプレーンにおける前記磁場を変化させるために、前記プッシュエレメント（５）の動きを、前記磁場源または前記変換器のリファレンスプレーンに対して直角をなす軸による回転運動の動きに伝える伝達装置と
を備えたことを特徴とする発電機（１）。
【請求項１２】
前記変換器（２）が、前記リファレンスプレーンを定義する磁歪材料の層（２０）により形成され、少なくとも１つの圧電材料の層（２１ａ、２１ｂ）に結合されることを特徴とする請求項１１に記載の発電機（１）。
【請求項１３】
前記伝達装置が、速さを増大させるギヤ（１０）を含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の発電機（１）。
【請求項１４】
前記第一の位置から第二の位置への前記プッシュエレメント（５）の動きが、９０度より大きい角度によって前記リファレンスプレーンにおける前記磁場の回転を引き起こすよう構成されることを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項１５】
前記プッシュエレメント（５）を前記第一の位置に戻す手段（１１）をさらに備えたことを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項１６】
前記磁場源（３）が、前記ハウジング（４）において一様な場を生成するハルバッハシリンダーを形成する磁石のアセンブリであることを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項１７】
前記並進運動方向が、前記リファレンスプレーンに対して平行であることを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項１８】
前記伝達装置が、前記磁場源（３）または前記変換器（２）に一体のギヤの歯車（６）と協働する、前記プッシュエレメント（５）に一体の歯ざお（９）を含むことを特徴とする請求項１７に記載の発電機（１）。
【請求項１９】
前記並進運動方向が、前記リファレンスプレーンに対して直角をなすことを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の発電機（１）。
【請求項２０】
前記伝達装置が、自由に回転するだけのナット（１２）と協働する、前記プッシュエレメント５に一体のねじ山をつけられた棒（１５）を含むことを特徴とする請求項１９に記載の発電機（１）。
【請求項２１】
前記伝達装置が、伝達ベルト（１９）と、少なくとも２つのローラー（１８ａ、１８ｂ）とを含むことを特徴とする請求項１１または１２に記載の発電機（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の並進運動の動きを電荷の蓄積に変換する性能がある発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
上述の発電機は、ある文献から区別され、ある文献は、
−磁場の変動を電荷の蓄積に変換する性能がある変換器。変換器は、圧電特性を有する材料の層の各面に結合された磁歪材料の層から構成される。
−永久磁石という形をした、磁場源。
を含む（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
変換器の平行面および張り出す面において磁場源の並進運動の動きは、変換器において電荷の蓄積を生じる。さらにまた、電荷を、蓄電のために、且つ／又は回路にエネルギーを供給するために、受けつけることができる。
【０００４】
さらに、変換器および場のソースを使用する物体の振動エネルギーを回復する装置が開示される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、蓄積される電荷に与えられる水準に対して、既知の装置は、相対的に扱いにくいか、効率が悪いかであり、対象とされる適用に合わない。特に、プッシュエレメント（スイッチ、操作ボタンなど）がユーザーにより操作されるときに、より複雑な装置の小さいプッシュエレメントからエネルギーを回復することを試みる場合である。今述べた種類の適用において、動きが小さな振幅（数ｍｍから数ｃｍまで）および低い速度（０．０１ｍ／ｓから１ｍ／ｓ未満まで）の場合でさえ、可能な限り多くの電荷を回復できることが重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第６９８４９０２号明細書
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｔ．ラフォン(T. Lafont)、外、「エネルギーを取り入れるための磁歪・圧電複合材料の構造」、ジャーナル・オブ・マイクロメカニクス・マイクロエンジニアリング(Journal of micromechanics microengineering)、2012年、第22号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的のひとつは、プッシュエレメントの並進運動の動きを、効率的な、密度の高い、電荷の蓄積に変換する性能がある発電機を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
今述べた目標を達成するために、および第一の態様によれば、本発明の対象は、プッシュエレメントの並進運動の動きを、電荷の蓄積に変換する発電機であって、
−リファレンスプレーンを含み、リファレンスプレーンにおける磁場の変動を電荷の蓄積に変換する性能がある変換器、
−磁場が広く行き渡るハウジングを定義する磁場源、
−変換器がハウジングにおける第一の面に配置される、リファレンスプレーンにおける第一の場の構成にさらされる第一の位置から、変換器がリファレンスプレーンにおいて第二の場の構成にさらされる、第一のとは異なる、第二の位置まで、リファレンスプレーンに対して直角をなす並進運動方向に動かせる、磁場源または変換器に一体のプッシュエレメント
を含む、発電機を提案することである。
【００１０】
磁場源のハウジングに変換器を配置することによって、コンパクトな発電機を、形成する。さらに、プッシュエレメントの動きは、第一の構成の変換器がさらされる磁場の変動を生じ、第二の構成は電荷の発生を生じる。
【００１１】
本発明の他の有利なおよび制限でない特徴によれば、個別に、またはあらゆる技術的に可能な組み合わせにおいて考えられ、
・変換器は、リファレンスプレーンを定義する磁歪材料の層により形成され、少なくとも１つの圧電材料の層により組み合わされ、
・発電機は、プッシュエレメントを第一または第二の位置に戻す手段を含み、
・第二の位置において、変換器は、ハウジングの外側に配置され、（そこにおいて）第二の場の構成が磁場源における周辺の場に対応する、
・磁場源は、ハルバッハシリンダーを形成する磁石のアセンブリを含み、第一の場の構成は、ハウジングにおいて一様な場であり、
・第二の位置において、周辺の場は、リファレンスプレーンに対して直角をなして、周辺の磁場のソースからきており、
・プッシュエレメントの第二の位置において、変換器は、ハウジングにおける第二の面に配置され、
・磁場源は、第一の面において第一の場の構成を生成する第一のハルバッハシリンダーと、第二の面において第二の場の構成を生成する第二のハルバッハシリンダーとにより形成される積み重ねを含み、
・磁場源は、プッシュエレメントが第一の位置にあると第一の場の構成に応じて、プッシュエレメントが第二の場の位置にあると第二の構成に応じて、変換器を向けるよう構成された第一の磁気的な透過性のあるエレメントおよび第二の磁気的な透過性のあるエレメントを含み、
・第一の場の構成および第二の場の構成は、互いに９０度の角度を形成する、一様な場に対応する。
【００１２】
第二の態様によれば、本発明の対象は、並進運動方向に応じて、第一の位置から第二の位置まで動かせるプッシュエレメントの並進運動の動きを、電荷の蓄積に変換する発電機であって、
−磁場が広く行き渡るハウジングを定義する磁場源、
−リファレンスプレーンを含み、リファレンスプレーンにおける磁場の変動を電荷の蓄積に変換する性能がある変換器であって、リファレンスプレーンにおける少なくとも場の一部に配置されるようなやり方によりハウジングの中に配列される、変換器、
−変換器のリファレンスプレーンにおける磁場を変化させるために、磁場源または変換器のリファレンスプレーンに対して直角をなす軸に沿った回転運動の動きにプッシュエレメントの動きを伝える装置
を含む、発電機を提案することである。
【００１３】
磁場源のハウジングに変換器を配置することによって、コンパクトな発電機を、形成する。さらに、プッシュエレメントの動きは、変換器に関して磁場を変化させる回転運動の動きに伝達されて、変換器における電荷の発生を生じる。
【００１４】
本発明の他の有利なおよび制限でない特徴によれば、個別に、またはあらゆる技術的に可能な組み合わせにおいて考えられ、
・変換器は、リファレンスプレーンを定義する磁歪材料の層により形成され、少なくとも１つの圧電材料の層により組み合わされ、
・伝達装置は、速さを増大させるギヤを含み、
・伝達装置は、第一の位置から第二の位置までのプッシュエレメントの動きが９０度以上の角度によりリファレンスプレーンにおいて回転する磁場を生じるよう構成され、
・発電機は、プッシュエレメントを第一の位置に戻す手段を含み、
・磁場源は、ハウジングにおいて一様な場を生成するハルバッハシリンダーを形成する磁石のアセンブリであり、
・運動の方向は、リファレンスプレーンに平行であり、
・伝達装置は、磁場源または変換器に一体のギヤの歯車と協働するプッシュエレメントに一体のラックおよびピニオンを含み、
・並進運動方向は、リファレンスプレーンに対して直角をなし、
・伝達装置は、自由に回転できるだけのナットと協働するプッシュエレメントに一体のねじ山をつけられた棒を含み、
・伝達装置は、伝達ベルトおよび少なくとも２つのローラーから構成される。
【００１５】
本発明を、添付される図面を参照して本発明に特有であり制限でない実施形態について以下の説明を考慮すると、より良く理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１ａ】本発明に適合する発電機の概観を図式的に表す図である。
【図１ｂ】本発明に適合する発電機の概観を図式的に表す図である。
【図１ｃ】本発明にかかる電気の発電機に適合する電磁石の変換器の断面を表す図である。
【図１ｄ】本発明にかかる電気の発電機に適合する電磁石の変換器の上面を表す図である。
【図２】磁場方向と圧電層の両極方向との間の角度θの関数として変換器により生成される電荷量のグラフ表現の図である。
【図３ａ】本発明にかかる電気の発電機の磁場源に適した構成を表す図である。
【図３ｂ】本発明にかかる電気の発電機の磁場源に適した構成を表す図である。
【図３ｃ】本発明にかかる電気の発電機の磁場源に適した構成を表す図である。
【図４ａ】本発明にかかる第１の実施形態の実装に関する第１の実施例の概観を表す図である。
【図４ｂ】本発明にかかる第１の実施形態の実装に関する第１の実施例の概観を表す図である。
【図４ｃ】本発明にかかる第１の実施形態の実装に関する第１の実施例の概観を表す図である。
【図５】ギヤ列を示す図である。
【図６】本発明にかかる第１の実施形態の実装に関する第２の実施例を図式的に表す図である。
【図７】本発明にかかる第１の実施形態の実装に関する第３の実施例を図式的に表す図である。
【図８】本発明にかかる第１の実施形態の実装に関する第４の実施例を図式的に表す図である。
【図９ａ】本発明にかかる第２の実施形態の実装に関する第１の実施例を図式的に表す図である。
【図９ｂ】本発明にかかる第２の実施形態の実装に関する第１の実施例を図式的に表す図である。
【図１０ａ】図９ａの第１の実施例に対する代替を表す図である。
【図１０ｂ】図９ｂの第１の実施例に対する代替を表す図である。
【図１１ａ】本発明にかかる第２の実施形態の実装に関する第２の実施例を図式的に表す図である。
【図１１ｂ】本発明にかかる第２の実施形態の実装に関する第２の実施例を図式的に表す図である。
【図１２ａ】本発明にかかる第２の実施形態の実装に関する第３の実施例を図式的に表す図である。
【図１２ｂ】本発明にかかる第２の実施形態の実装に関する第３の実施例を図式的に表す図である。
【図１２ｃ】本発明にかかる第２の実施形態の実装に関する第３の実施例を図式的に表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、物体の並進運動の動きを、小さな振幅（数ｍｍから数ｃｍまで）および低い速度（０．０１ｍ／ｓから１ｍ／ｓ未満まで）でさえ、電荷の発生および蓄積に変換する性能がある電気の発電機１に関する。
【００１８】
すべての実施形態に共通の要素
図１ａおよび図１ｂは、上述の発電機１の２つの典型的な実施形態を図式的に表す。選択できる容器１ａにおいて、発電機は、変換器２に接続されたプッシュエレメント５を含む。変換器は、容器１ａに一体化できる、関連付けられた装置への電気接続用の２つの端子１ｂに、電気的に接続される。
【００１９】
プッシュエレメント５を、第一の位置から第二の位置まで、並進運動方向に沿って動かすことができる。プッシュエレメント５は、例えば、ユーザーによる並進運動において、直接的にまたは間接的に、稼働させることができるプッシュボタンであるとすることができる。並進運動の動きは、例えば、図１ａに示す容器１ａの主要な表面に対して直角をなす方向に、または図１ｂに示す容器１ａの水平面の方向になど、違った形をとることができる。
【００２０】
プッシュエレメント５を、例えば、複雑な機械装置がユーザーにより操作されると、プッシュエレメント５の並進運動の動きを生じるスイッチのような、より複雑な機械装置の一部に含むことができる。
【００２１】
図３ａないし図３ｃの実施例に示すように、さらに、本発明にかかる発電機１は、磁気電気変換器２と、例えば、永久磁石のような磁場源３とを含む。磁気電気変換器２および磁場源３は、互いに関して動かすことができる。磁場源３は、ハウジング４を定義し、変換器２を配置し、特に、コンパクトなユニットを形成することができる。プッシュエレメント５の並進運動の動きの結果として生じるエネルギーは、磁気電気変換器２および磁場源３により形成されるアセンブリによって部分的に回復し、電荷に変換されるだろう。電荷は、集められ、（端子１ｂに接続することができる、）発電機１に関連付けられる制御装置を使用して蓄えられるかもしれない。例えば、これらを使用して、例えば、発電機１に接続される単一の伝達装置などのような電気的なまたは電子的な装置の操作に動力を供給し、操作を可能にすることができる。相補的な例として、さらに、これらを使用して、電池を再充電するか、センサーまたは環境データ（温度、湿度など）のセンサーのネットワークに動力を供給するかができる。上述の制御装置は、例えば、ＷＯ２０１４０６３９５８、ＷＯ２０１４０６３９５２、ＷＯ２０１４０６３９５１、またはＷＯ２００７０６３１９４から知られており、本明細書において、より詳細に説明しないだろう。
【００２２】
図１ｃおよび図１ｄは、特に、本発明にかかる電気の発電機１に適合する磁気電気変換器２の特別な実施例を表す。磁気電気変換器２は、リファレンスプレーンにおける磁場の変動を電荷の蓄積に変換する性能がある。
【００２３】
磁気電気変換器２は、望ましい磁歪係数が、絶対値においておよび飽和状態において、１０ｐｐｍより大きいか、さらに、１００または１，０００ｐｐｍより大きいかの磁歪材料の層２０を含む。磁歪係数は、比率ＡＬ／Ｌにより定義され、ただし、ＡＬが材料を飽和する磁場のあるところにおける材料の伸長であり、Ｌが磁場のないところの材料の長さであることを思い出すべきである。
【００２４】
可能であれば、層２０の材料は、本質的に等方性のものか、または、異方性の材料が磁気的に飽和させるのに十分な強度の場にさらされる場合のように、発電機１において等方性の挙動を示すものかを選択する。例えば、Ｔｅｒｆｅｎｏｌ−Ｄ、ＦｅＳｉＢ、またはＦｅＣｏ合金ブロックにより作ることができる。
【００２５】
図１ｄにおいて見ることができるように、磁気電気変換器２の上面図において、層２０は、ディスク型であるとすることができる。層２０は、磁気電気変換器２、および層２０が配置される発電機１のリファレンスプレーンを定義する。ディスク型は、変換器を、制限された生成された容積の中において、リファレンスプレーンに対して直角をなしディスクの中心に近いところを通る軸に関して自転させること、または回転エレメントに差し込むことを可能にする。
【００２６】
それ自体よく知られているように、リファレンスプレーンにおいて与えられた方向における層２０への磁場の適用は、層を、決められた方向に沿って変形（層２０の磁歪係数が０より大きい場合の伸長）させる。
【００２７】
さらに、磁気電気変換器２は、層２０に必須として組み合わされた、電極２２ａを有する、少なくとも１つの圧電層２１ａを含む。図１ｃに示す実施例において、２つの圧電層２１ａ、２１ｂを、層２０の両面に組み合わせる。圧電層２１ａ、２１ｂの各々は、少なくとも１つの面に、例えば、空いている面に、電極２２ａ、２２ｂを有する。電極２２ａに対して図１ｄに示すように、電極２２ａ、２２ｂを、インターデジタルにして、圧電層２１ａ、２１ｂの各々の電荷を効果的に集めることができる。
【００２８】
圧電層２１ａ、２２ｂは、磁歪の層２０に必須として結合され、さらに、リファレンスプレーンにおける磁歪の層２０の歪みは、リファレンスプレーンに平行な面において圧電層２１ａ、２１ｂの歪みを生じる。
【００２９】
圧電層２１ａ、２１ｂに、可能であれば、定義するリファレンスプレーンに含まれる両極方向に沿って極性を与える。いくつかの圧電層２１ａ、２１ｂを与える場合、有利として、磁歪の層２０の上に配列して、両極の軸が互いに平行に配列する。次の説明の場合であることが考慮に入れられるだろう。
【００３０】
両極方向に沿った圧電層２１ａ、２１ｂの歪みは、圧電層の電荷の発生および電極２２ａ、２２ｂ上の電荷の蓄積を生じる。上述の歪みは、磁歪の層２０が、圧電層２１ａ、２１ｂの両極方向に平行な成分を有する向きの磁場にさらされる場合に得られる。
【００３１】
図２は、磁歪の層２０に発達する一様な磁場方向と、圧電層２１ａ、２１ｂの両極方向との間の角度θの関数として、電極２２ａ、２２ｂに生成される電荷量のグラフ表現である。アセンブリがないので、蓄積される電荷が、最大値Ｑ１と最小値Ｑ０との間を振動することを見ることができる。角度θが０度および１８０度に等しいとき、すなわち、磁場の方向と両極の軸とが平行のとき、最大値に到達する。角度θが９０度および２７０度に等しいとき、すなわち、磁場の方向と両極の軸とが直角をなすとき、最小値Ｑ０に到達する。従って、２つの連続した極値の間において、（プラスまたはマイナスの）電荷を、圧電層２１ａ、２１ｂにおいて作り出す。
【００３２】
有利として、磁気電気変換器２が回転する磁場にさらされる場合、制御回路を、０度、９０度、１８０度、および２７０度の角度θに対して、３０度差以内の、各４分の１回転において作り出される電荷を集めるよう構成する。
【００３３】
従って、磁気電気変換器２は、磁歪の層２０により定義されるリファレンスプレーンにおける変動を、圧電層２１ａ、２１ｂの電極２２ａ、２２ｂにおける電荷の蓄積に変換することができるよう、構成される。
【００３４】
本発明にかかる発電機は、たった今説明された、正確な形の変換器２に決して制限しないことに注意すべきである。従って、単一の圧電層２１ａを含む、または複数の磁歪の層を含む変換器２は、本発明に完全に適合する。同様にして、電極２２ａ、２２ｂを、他の形にするか、前の段落において説明しているのとは異なる開発をするかができる。
【００３５】
さらに、発電機１は、磁場源３を含む。磁場源３は、磁場が広く行き渡るハウジングを定義する。図３ａないし図３ｃにおいて、今述べた場は、点により描かれたフィールドライン（ｆｉｅｌｄ  ｌｉｎｅ）によって表される。
【００３６】
変換器２を、少なくとも場の一部がリファレンスプレーンに配置されるようなやり方によりハウジングの中に、配置することができるよう、ハウジング４および磁場源３を構成する。磁場源３および変換器２は、互いに自由に動かせて、回転する場を、変換器の反対側のハウジング４に作り出すことができる。
【００３７】
可能であれば、ハウジング４に広く行き渡る場は、一様であり、すなわち、相対的に一定の向きを、且つ／又は少なくともハウジングの中心部分に、可能であればハウジングのあらゆる点に強度を有する。今述べたことは、特別な場所に正確な位置を有することなしにハウジング４に変換器を配置することを、簡単にする。
【００３８】
磁場源３を実現する複数のやり方がある。
【００３９】
第一の対処法によれば、磁場源３を、平面の１つの面に磁場を制限するよう互いに相対的に向き付けられた永久磁石の平たいアセンブリによって形成する。今述べたアセンブリは、「ハルバッハのネットワーク」としてよく知られている。
【００４０】
互いに面する２つのアセンブリを配置することによって、互いに面する磁場を有する、ハウジング４は、２つの面の間に空間として定義される。今述べた構成を、図３ａにおいて示す。しかしながら、２つの平たいアセンブリを有する必要はないこと、および単一のアセンブリが有用な磁場を生成するのに十分であることに注意すべきである。
【００４１】
第二の対処法において、複数の永久磁石を、閉じた外形に沿って互いに相対的に配列して、ハウジング４を定義し、内側に場を作り出す。例えば、図３ｂにおいて、図式的に示されるハルバッハシリンダーの構成とすることができる。
【００４２】
相補的な例として、ハウジングを定義する、軟鉄により作られた閉じた構造とすることができ、同一の磁気モーメントに属する２つの永久磁石を、図３ｃに示すハウジングにおいて、互いに反対側に配置する。
【００４３】
選択された磁場源３の構成にかかわらず、変換器２を、ハウジング４に配置して、広く行き渡る場の少なくとも一部を、リファレンスプレーンに配置する。
【００４４】
ハウジング４のほかに、例えば、地球磁場に対応することができる周辺の場がある。周辺の場の構成（すなわち、強度、向き）は、ハウジング４に広く行き渡る場の構成とは異なる。
【００４５】
本発明は、物体の並進運動の動きを電荷の蓄積に変換する性能がある装置を形成するために、詳細に説明されている種々のエレメントを利用する。
【００４６】
第一の実施形態
本実施形態において、ハウジング４の中の磁場源３により生成された磁場を、リファレンスプレーンに対して直角をなす軸に沿って変換器２に関して、回転させることができる。今述べたことは、回転と、それゆえ、変換器２の電極２２ａ、２２ｂに電荷の生成を生じる、リファレンスプレーンにおける変動する場とを形成する。
【００４７】
場の回転を、リファレンスプレーンに対して直角をなし中心を通すことができる回転軸について変換器２を回転させることによって、得ることができる。
【００４８】
代替として、回転する場を、変動のない変換器を保持すること、およびリファレンスプレーンに対して直角をなし変換器２の中心または近くを通る回転軸について磁場源３を回転させることによって、得ることができる。今述べた構成は、変換器２が変動せず、制御装置を、変換器２に単に接続することを可能にするような、特別な有利がある。
【００４９】
もちろん、変換器２および磁場源３を、変換器２に関して場を回転させるために、互いに関して相対的な動きにある限り、同時に回転させることができる。
【００５０】
選択された対処法にかかわらず、変換器２は、ハウジングに保持され、リファレンスプレーンにおける変動（例えば、回転など）する磁場にさらされる。
【００５１】
本発明の第一の実施形態において、さらに、発電機１は、リファレンスプレーンに対して直角をなす軸を有し、プッシュエレメント５の並進運動の動きを、磁場源３または変換器２の回転運動の動きに伝える装置を含むことができる。言い換えれば、第一の位置から第二の位置までのプッシュエレメント５の並進運動の動きは、リファレンスプレーンに対して直角をなす軸に沿った、磁場源３または変換器２の回転運動の動きを、望ましくは自転運動の動きを生じる。見てきたように、回転運動の動きは、磁場源３のハウジング４において、変換器２に関して回転する磁場の形成を、および変換器２の電極２２ａ、２２ｂに対する電荷の蓄積を生じる。
【００５２】
図４ａないし図４ｃは、本実施形態にかかる本発明の実装の簡単な実施例の異なる概観を表す。
【００５３】
本実施例において、磁場源３は、定義するハウジング４の少なくとも一部において一様な場を生成するハルバッハシリンダーである。ハルバッハシリンダーの中心部は、変換器２を配置することができるハウジング４を定義する。図４ｃに見ることができるように、ハルバッハシリンダーの円形の面は、ハウジング４への、開かれ与えられた、接続を有し、（図４ｃに示さない）変換器２に配置する。ハルバッハシリンダーの他の平たい円形の面に、ギヤの歯車６および軸７を、共軸として取り付ける。図４ａの切断面に見ることができるように、軸７の自由端は、容器１ａの壁８により支えられ、シリンダー３を、軸７のまわりの回転運動の動きを維持する間、所定の位置に保持することを可能にする。変換器２を、ハウジングに置き、容器１ａの第二の壁８に静止して保持する。シリンダー３の回転は、変換器のリファレンスプレーンにおいて回転する場を発生する。シリンダー３に取り付けられたギヤの歯車６は、プッシュエレメント５に一体の歯ざお９と協働する。歯ざおの主方向に沿ったプッシュエレメント５の並進運動の動きは、歯ざおの並進運動の動きに加えシリンダー３の回転を引き起こす。
【００５４】
歯ざお９およびギヤの歯車６の構成を、プッシュエレメント５の動きが、小さい振幅でさえ、電荷に必要とされる量を蓄積するのに十分な角度によって磁場の回転を生じるよう、選択すべきである。プッシュエレメント５が、第一の位置から第二の位置までの並進運動において、または回転の一部によって、適用に必要とされるエネルギー次第に動くと、磁場源３を、複数の回転によって回転状態に移すことができる。
【００５５】
今述べたことを容易にするために、ギヤのリダクション機構、またはギヤ列１０を、歯ざお９とギヤの歯車６との間に供給することができ、図５において示す特別な実施例である。今述べた機構を、壁８に取り付けることができる。
【００５６】
有利として、発電機１に、戻す手段１１、例えば、ばねなどを供給して、プッシュエレメント５を、第二の位置に到達した後に第一の位置に再配置することができる。プッシュエレメント５の第二の位置から第一の位置に戻る動きを使用して、電荷を生成し蓄積し続けることができる。今述べた蓄積を役に立たせるために、制御装置は稼働のデュアルモードにおいて電荷を集める性能があることを保証すべきである。
【００５７】
最大の電荷の生成を確保するために、特に、磁場の回転運動の動きが、プッシュエレメントを起動すると、１回転より少ない場合、第一の位置において、圧電層の両極の軸がハウジング４に広く行き渡る磁場にそろう（または直角をなす）よう、変換器２を、場に向けることは、特に有利である。従って、プッシュエレメント５が第一の位置に位置すると、両極の軸の向きに沿った変換器の歪みは、極値（最大または最小）である。
【００５８】
本発明の第一の実施形態に関する本実施例の多くの変形が、可能である。
【００５９】
従って、ギヤの歯車６を、図４ａないし図４ｃに示すように、シリンダー３の円形の面に対して反対方向に配置する必要はない。代替として、シリンダー３の外側の外形に、歯ざお９とまたはギヤ列１０の歯と協働することができる歯を供給することによって、ギヤの歯車６を、形成することができる。
【００６０】
図４ａないし図４ｃに示す実施例において、プッシュエレメント５の並進運動の動きを、リファレンスプレーンに平行な面に実行することができる。ギヤ９、６、１０のいくつかに、かさ歯車を供給することによって、リファレンスプレーンに関してあらゆる角度の位置にプッシュエレメント５の動きを向き付けることは可能である。特に、リファレンスプレーンに対して直角をなす面に配置することができる。
【００６１】
第一の実施形態に関する別の代替の解決法によれば、プッシュエレメント５且つ／又は歯ざお９に、リミットスイッチロック装置を装備することができ、プッシュエレメント５を、極値の位置に一度到達するとその位置に保持する効果がある。ロック装置を、プッシュエレメントに追加の力を適用することによって解除することができ、プッシュエレメントは、手段１１により使われる戻す力を利用することによって並進運動になる。上述したように、さらに、今述べた戻りの動きは、電荷の生成および蓄積を可能にすることができる。
【００６２】
図６は、第１の実施形態にかかる本発明の実装に関する第２の実施例を図式的に例示する。磁場源３および変換器２は、先行の実施例と同様の構成を有する。しかしながら、本実施例において、伝達装置は、プッシュエレメント５に一体の、ねじ山をつけられた棒または、ねじ１５を含む。
【００６３】
実施例に示すねじ１５を、リファレンスプレーンに対して直角をなす方向に置く。ねじは、ギヤの歯車１３に取り付けられるナット１２と協働して、縦軸に沿ったねじの並進運動がナット１２およびギヤの歯車１３を回転状態にする。ナット１２は、ねじ１５の主軸についてのみ自由に回転する。ねじ１５のねじ山およびナット１２の溝を、部品の各々の回転運動および並進運動の動きの可逆的な伝達を可能にするために、選択する。ギヤの歯車１３は、磁場源３を回転状態にする、軸７に取り付けられるピニオン１４とかみ合う。リターンエレメント１１、例えば、ばねなどを使用して、プッシュエレメント５を開始位置に戻す。
【００６４】
先行の実施例と同様に、より複雑なギヤ列、例えば、図５に示す１つなどを組み入れて、並進運動の動きが、小さい振幅でさえ、磁場源３を、３０度差以内の、少なくとも９０度の十分な角度に回転させることができることを保証できる。
【００６５】
さらに、歯車装置へのピニオンおよびかさ歯車の統合型エレメントによって、示され説明された一つと異なる角度の位置に配置するよう、プッシュエレメント５の動きを可能にすることができる。そして、本実施例において、さらに、リミットスイッチロック装置を、第１の実施例に関して説明したように供給することができる。
【００６６】
いくつかの構成において、ピニオン１４を、シリンダー３の外側の外形にギヤの歯車１３と協働する歯を供給することによって、省略することができる。
【００６７】
容器の壁８は、コンパクトな容積の内側に発電機１のエレメントを保持することを可能にする。
【００６８】
図７は、第１の実施形態にかかる本発明の実装に関する第３の実施例を図式的に例示する。
【００６９】
先行する２つの実施例のように、円形の変換器２を、ハルバッハシリンダーから構成される磁場源３のハウジング４の内側に、容器１ａの壁８に配置する。磁場源３を、土台８に取り付けないので、自由に回転する。今述べた動きは、土台８の壁を供給することによって、接触して、ボールベアリング、ローラー、潤滑油などを付けて容易にできる。
【００７０】
伝達装置は、第一の模様１７、例えば、溝またはらせん状リブなどを有する、シリンダーボディ１６から構成される。プッシュエレメント５を、シリンダーボディ１６の円形の面に取り付ける。シリンダー３の内側は、第二の模様、リブまたは溝が供給され、相補的であり、シリンダーボディ１６の第一の模様１７と協働する。プッシュエレメント５の圧力は、リファレンスプレーンに対して直角をなす軸に沿った並進運動において動かし、磁場源３を回転させる。模様１７のピッチの選択は、プッシュエレメント５の許される並進運動の振幅に対する磁場源３の角度の動きを決定することを可能にする。さらに、部品の各々の回転運動および並進運動の動きの可逆的な伝達を可能にする。
【００７１】
戻す手段１１は、プッシュエレメント５（およびシリンダーボディ１６）を最初の位置に戻すために、土台の壁に（または、図７に示す変換器２に、およびシリンダーボディ１６の表面に）接触する。先行の実施例のように、さらに、本発明の実装の方法についての第１の実施例に関して説明されたようなリミットスイッチロック装置を供給することは可能である。
【００７２】
先行の実施例のように、プッシュエレメント５の並進運動の動きは、変換器２のリファレンスプレーンにおける回転する磁場の形成を、および発電機１に関連付けられた制御装置により集めることができる電荷の蓄積を生じる。
【００７３】
図８は、第１の実施形態にかかる本発明の実装に関する第４の実施例の上面図を図式的に例示する。
【００７４】
プッシュエレメント５を、伝達ベルト１９に固定して取り付ける。伝達ベルト１９およびプッシュエレメントの動きは、壁８に取り付けられ、それ自体は自由に回転する少なくとも２つのローラー１８ａ、１８ｂによって導かれる。有利として、伝達ベルト１９とローラー１８ａ、１８ｂとの間の動きの伝達を、滑ることなく実行する。今述べた目的のために、選択された形の歯を有する同期ベルトを使用して、ローラー１８ａ、１８ｂに適合させることができる歯とかみ合わせることができる。代替として、伝達ベルト１９を、鎖の形において選択できる。
【００７５】
伝達ベルト１９および２つのローラー１８ａ、１８ｂは、プッシュエレメント５の並進運動の動きに対する磁場源３の回転運動の動きへの伝達装置を形成して、変換器のリファレンスプレーンにおける磁場を変化させる。
【００７６】
今述べた目的のために、円形の変換器２を、伝達ベルト１９により回転状態へとすることができるハルバッハシリンダーから構成される磁場源３のハウジング４の内側における、壁８に配置する。
【００７７】
プッシュエレメント５の並進運動の動きは、伝達ベルト１９の動きおよび磁場源３の回転を引き起こす。回転は、リファレンスプレーンにおける回転する磁場の形成を、および発電機に関連付けられた制御装置によって集めることができる電荷の蓄積を生じる。同じ原理を使用して、変換器２のリファレンスプレーンにおける変動する場を生成するために、磁場源３よりもむしろ変換器２を回転状態に移し得る。
【００７８】
第二の実施形態
第二の実施形態において、プッシュエレメント５は、磁場源３または変換器２に一体である。プッシュエレメント５をリファレンスプレーンに対して直角をなす方向に動かすことができ、従って、取り付けられた磁場源３または変換器２を動かす。
【００７９】
プッシュエレメント５の第一の位置において、変換器２は、磁場源３のハウジング４に最前面の位置に配置し、第一の場の構成にさらされる。
【００８０】
「場の構成」は、リファレンスプレーンにおいて、変換器２により占領されるハウジング４の空間のあらゆる点における（特に、変換器２の両極方向に関する）磁場の強度および向きを意味する。
【００８１】
第二の位置に動かされるプッシュエレメント５は、取り付けられた磁場源３または変換器２を動かす。プッシュエレメント５が第二の位置にあると、変換器２は、リファレンスプレーンにおける第二の場の構成にさらされる。第二の場の構成は、第一のとは異なる。
【００８２】
リファレンスプレーンにおけるプッシュエレメント５の第一の位置と第二の位置との間の場の変動は、変換器２の（複数の）圧電層２１ａ、２１ｂにおける電荷の生成および電極上の電荷の蓄積を生じる。
【００８３】
リターンエレメント１１、例えば、ばねなどによって、プッシュエレメント５を、第一または第二の位置に再配置することができる。
【００８４】
図９ａおよび図９ｂは、第２の実施形態における本発明の実装に関する第１の実施例を図式的に表す。
【００８５】
図９ａにおいて、変換器２に一体のプッシュエレメント５は、第一の位置にある。変換器２を、本発明のすべての実施形態に共通の部分において述べたことに従って選択することができる構成における磁場源３のハウジング４に配置する。磁場源３を、土台８の壁に取り付ける。
【００８６】
図９ｂは、並進運動に移った後の、プッシュエレメント５が第二の位置にあるときの発電機１を示す。
【００８７】
第１の実施例において、変換器２は、磁場源３により定義されるハウジング４から追い出される。さらにまた、もはやハウジング４に広く行き渡る場にさらされず、ハウジングの場とは異なる、より低い強度の、あらゆる向きの周辺の場にさらされる。今述べた場の変動は、変換器２の圧電層２１ａ、２１ｂにおける電荷の生成、および電極２２ａ、２２ｂ上の電荷の蓄積を誘発する。制御装置（図示せず）を、変換器２が往復運動の端点まで、例えば、図９ｂに示すようにプッシュエレメント５の第二の位置まで動くと、今述べた電極に接触するよう構成することができる。代替として、変換器２と制御装置の端子との間の電気接続を、伝導性のあるばねを用いて、または単なる有線接続によって供給することができる。
【００８８】
第一の位置と第二の位置との間の変換器２によりリファレンスプレーンにおいて気づかれる場の変動を最大にするために、および磁歪層２０の起こり得る永久磁化または残留磁化の影響から守るために、発電機１に、周辺の場のソース１９を供給することができる。周辺の場のソース１９は、場を生成することができ、方向がリファレンスプレーンに対して直角をなし、およびハウジング４の外側に位置すると、すなわち、プッシュエレメント５が第二の位置にあると、変換器２の近くに配置することができる。従って、周辺の場を使用して、リファレンスプレーンにおける磁歪層の弱い磁化／歪みの初期レベルを取り戻す。従って、電荷の生成に対する可能性を最大にすることが保証される。
【００８９】
本実施例において、磁場源は変動せず、ある大きさに作られる間の、より大きい自由を与える。今述べた場合において、より広いソース３を、ハウジング４に高い強度の場を生成するために、電荷の生成の可能性を最大にするために、選択することができる。
【００９０】
図１０ａ、１０ｂは、第１の実施例に対する代替を表す。代替において、プッシュエレメント５を、磁場源３に取り付ける。それゆえ、プッシュエレメント５が第一の位置から第二の位置まで動くときに動かされるのは、磁場源３である。
【００９１】
変換器２が変動しないので、制御装置とのインターフェイスを、単純にする。
【００９２】
今述べた代替の操作は、たった今なされた第１の実施例の操作に関するすべてにおいて同様である。
【００９３】
図１１ａ、１１ｂは、第２の実施形態のおける本発明の実装に関する第２の実施例を図式的に表す。
【００９４】
本実施例において、磁場源３は、２つの全く異なる部品３ａ、３ｂから構成され、各々が全く異なる場の構成を生成する性能がある。例えば、磁場源３の部品３ａは、リファレンスプレーンに対して平行な面に向き付けられる、第一の方向に沿った第一の場の構成を生成する性能がある。磁場源３の部品３ｂは、リファレンスプレーンに対して平行な面に向き付けられる、第一の方向とは異なる第二の方向に沿った第二の場の構成を生成する性能がある。有利として、第二の方向は、第一の方向に対して９０度の角度を形成する。第一の部品３ａおよび第二の部品３ｂにより生成される磁場の強度は、必ずしも同じでない。単に、磁場源３を、永久磁石のアセンブリまたは積み重ねとすることができ、磁気モーメントを、決められた方向の場に向けるよう選択する。例えば、今述べたことは、２つの全く同じなハルバッハシリンダーの積み重ねであるとすることができ、３０度差以内の、９０度の角度の位置によって積み重ねを補うことができる。
【００９５】
図１１ａは、プッシュエレメント５が第一の位置にあるときの発電機１を示す。変換器２を、磁場源３の部品３ａにより生成される第一の場の構成に磁歪層２０をさらさせる第一の面に応じて、磁場源３のハウジング４に配置する。
【００９６】
図１１ｂは、プッシュエレメント５が第二の位置にあるときの発電機１を示す。さらにまた、変換器２を、磁場源の部品３ｂの反対側の磁場源３のハウジング４に配置することが、図１１ｂにおいて理解できる。さらにまた、変換器２は、リファレンスプレーンにおいて、第二の場の構成にさらされる。先行の実施例のように、プッシュエレメント５を２つの位置の間において動かすと、変換器２のリファレンスプレーンにおける場の変動は、変換器２の電荷の生成および電極上の電荷の蓄積を生じる。
【００９７】
特別な本実施例において、変換器を、容器１ａの壁８に取り付けるので、とりわけ電荷を集めることが可能である制御回路に容易に接続することができる。
【００９８】
本実施例の枠組み内に残っている間、２つの部品３ａ、３ｂ以上を有し、各々の部品が直に隣り合う部品により生成される場の構成とは全く異なる場の構成を生成することが可能な磁場源３を有することを考えることができる。各々の場の構成を注意深く選択することによって、例えば、９０度（３０度差以内）により隣り合う２つの部品の場をずらすことによって、ハウジングの磁場源３において動かすと、変換器２のリファレンスプレーンにおいて回転する場の適用をモデル化することが可能である。今述べたことは、集めることができる電荷の総量を増加させる。
【００９９】
先行する実施例のように、代替の対処法を、変換器２に取り付けられ、磁場源３取り付けられないであろうプッシュエレメント５において、供給することができる。
【０１００】
図１２ａから１２ｃは、第２の実施形態にかかる本発明の実装に関する第３の実施例を図式的に表す。本実施例において、磁場源３を、変換器２の位置次第である２つの全く異なる場の構成を生成するよう構成する。
【０１０１】
図１２ａに示す断面に見られるように、磁場源３は、中空の（および実施例に示す円柱状の）磁石２０と、磁石のいずれかの面に配列される第一および第二の磁気的な透過性のあるエレメント２１ａ、２２ｂとを含む。磁気的な透過性のあるエレメント２１ａ、２１ｂを介して流れるので、磁石２０からの磁場は、変換器２において閉じる。場の流れを、図１２ａにおいて矢印により表す。
【０１０２】
ハウジング４に配置する変換器２を、プッシュエレメント５（図示せず）が並進運動の第一の位置から第二の位置まで動かされると、リファレンスプレーンに対して平行な第一の面から第二の面までの並進運動の状態にする。今述べた２つの位置を、図１２ｂ、１２ｃにそれぞれ示す。
【０１０３】
変換器２が最前面（図１２ｂ）にあると、磁場を閉じて、第一の場の構成における変換器２の上に磁場を向けるよう、第一および第二の磁気的な透過性のあるエレメント２１ａ、２１ｂを、構成する。
【０１０４】
変換器２が第二の面（図１２ｃ）にあると、磁場源３からの磁場を閉じて、第二の場の構成における変換器２に磁場源３からの磁場を向けるよう、第一および第二の磁気的な透過性のあるエレメント２１ａ、２１ｂを、構成する。
【０１０５】
先行する実施例のように、２つの位置の間での変換器２のリファレンスプレーンにおける場の変動は、変換器２における電荷の生成および電極上の電荷の蓄積を生じる。
【０１０６】
典型的な実装が、第一の面であれ第二の面であれ配置される磁場源３および変換器２を、互いに関して回転状態に移して、変換器２に関して変動する（例えば、回転する）磁場を生成することができること排除しないことに注意すべきである。従って、プッシュエレメント５の回転運動および並進運動の動きの両方に対して、電荷を、変換器２において生成し、電極上において蓄積することができる。
【０１０７】
もちろん、本発明は、説明される実装の方法に制限されず、代替の実施形態を、請求項によって定義されるような本発明の範囲を越えていくことなしにつくることができる。
【図１ａ】
2019535227.tif 000003
【図１ｂ】
2019535227.tif 000004
【図１ｃ】
2019535227.tif 000005
【図１ｄ】
2019535227.tif 000006
【図２】
2019535227.tif 000007
【図３ａ】
2019535227.tif 000008
【図３ｂ】
2019535227.tif 000009
【図３ｃ】
2019535227.tif 000010
【図４ａ】
2019535227.tif 000011
【図４ｂ】
2019535227.tif 000012
【図４ｃ】
2019535227.tif 000013
【図５】
2019535227.tif 000014
【図６】
2019535227.tif 000015
【図７】
2019535227.tif 000016
【図８】
2019535227.tif 000017
【図９ａ】
2019535227.tif 000018
【図９ｂ】
2019535227.tif 000019
【図１０ａ】
2019535227.tif 000020
【図１０ｂ】
2019535227.tif 000021
【図１１ａ】
2019535227.tif 000022
【図１１ｂ】
2019535227.tif 000023
【図１２ａ】
2019535227.tif 000024
【図１２ｂ】
2019535227.tif 000025
【図１２ｃ】
2019535227.tif 000026
【国際調査報告】
2019535227.tif 000027
2019535227.tif 000028
2019535227.tif 000029
2019535227.tif 000030
2019535227.tif 000031
2019535227.tif 000032