(57)【要約】      （修正有）【課題】発電可能なカーペットを提供する。【解決手段】発電カーペット１０は、圧電ベースの発電タイル１４がその中に埋め込まれているカーペット１２である。各エネルギ生成タイルが上方プレート及び下方プレートを含み、各々が対向する上面及び底面を有し、少なくとも１つの圧電ストリップが下方プレートの上面に取り付けられ、係合部材が上方プレートの底面に取り付けられる。上方プレート及び下方プレートは、係合部材が少なくとも１つの圧電ストリップに接触するように積み重ねられる。使用時に、人がカーペットを踏むと、少なくとも１つのエネルギ生成タイル１４の上方プレートが曲がって、係合部材によって少なくとも１つの圧電ストリップに圧力を加えさせて電圧を生成する。人がタイルから足を降ろすと、圧力が解放されて、電流を生成する。整流器及び降圧コンバータを含むエネルギ収穫回路が、圧電ストリップに接続される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのタイルが埋め込まれたカーペットを備える発電カーペットであって、前記少なくとも１つのタイルは、
各プレートが対向する上面及び底面を有する上方プレート及び下方プレートであって、前記上方プレートは可撓性及び弾力性を有し、前記上方プレートは前記下方プレートの上に配置される、上方プレート及び下方プレートと、
前記下方プレートの前記上面に取り付けられる少なくとも１つの長尺の圧電ストリップと、
前記上方プレートの前記底面に取り付けられ且つ前記ストリップの対向する端部の間において前記少なくとも１つの圧電ストリップを支承する係合部材であって、人が前記少なくとも１つのタイルを踏むときに、前記上方プレートが曲がり且つ前記係合部材が前記少なくとも１つの圧電ストリップに対して曲げ応力を及ぼして、そこに電圧を誘導し、前記人が前記少なくとも１つのタイルから足を降ろすと、前記曲げ応力が取り除かれ、それによって前記少なくとも１つの圧電ストリップに電流を生成する係合部材と
を含む、発電カーペット。
【請求項２】
前記少なくとも１つのタイルの前記下方プレートは剛性である、請求項１に記載の発電カーペット。
【請求項３】
前記少なくとも１つの圧電ストリップは、電気的に互いに並列に接続される複数の圧電ストリップを含む、請求項１に記載の発電カーペット。
【請求項４】
前記複数の圧電ストリップは、実質的に互いに並列に前記下方プレートの前記上面に取り付けられる、請求項４に記載の発電カーペット。
【請求項５】
前記係合部材は、前記少なくとも１つの圧電ストリップに実質的に直交するように向けられる、請求項１に記載の発電カーペット。
【請求項６】
誘導された電流を直流電流に変換するために前記少なくとも１つの圧電ストリップに電気的に接続される少なくとも１つの全波整流器を更に備える、請求項１に記載の発電カーペット。
【請求項７】
カーペットと、
前記カーペットに埋め込まれる複数のタイルであって、各タイルがプレッシャプレートを有する複数のタイルと、
前記プレッシャプレートの下において各タイルに配置される圧電アセンブリであって、前記プレッシャプレートに印加される圧力の変化に応答して電圧及び電流を生成するように構成される圧電アセンブリと、
各圧電部材に電気的に接続されるエネルギ収穫回路であって、全波整流回路、及び前記全波整流回路の出力を調整するための降圧コンバータ回路を含むエネルギ収穫回路と
を備える、発電カーペット。
【請求項８】
前記圧電アセンブリは、互いに並列に配置され且つ電気的に並列に接続される複数の圧電センサストリップを備える、請求項７に記載の発電カーペット。
【請求項９】
各タイルは、可撓性で弾力性の上方プレート及び剛性の下方プレートを備え、前記上方プレートは前記下方プレートに取り付けられ、前記圧電アセンブリは前記上方プレートと前記下方プレートとの間に配置され、前記上方プレートは前記プレッシャプレートである、請求項８に記載の発電カーペット。
【請求項１０】
前記上方プレートに取り付けられ且つ前記圧電センサストリップに直交するように向けられる長尺の係合ストリップを更に備え、前記上方プレートに圧力が加えられるときに、前記係合ストリップが前記タイルにおける前記圧電センサストリップの全てに渡って圧力を分散させるように、前記係合ストリップは前記圧電センサストリップを支承する、請求項９に記載の発電カーペット。
【請求項１１】
前記上方プレート及び前記下方プレートは各々がプラスチックから作られる、請求項９に記載の発電カーペット。
【請求項１２】
前記カーペットは、モケットカバーを含む、請求項７に記載の発電カーペット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願の開示は、代替エネルギ源に関し、特に、カーペットの上を歩くときに発電する発電カーペットに関する。
【背景技術】
【０００２】
かつてないほどの人口増加のために世界的なエネルギ消費が指数関数的な割合で増加しつつあり、これは人の基本的欲求と電気及び機械へのますます大きくなっている依存性との両方に結び付いている。従来の資源（例えば、石炭、水、風等）からのエネルギ生成及びより新しい再生可能資源（例えば、太陽光、地熱等）は世界的なエネルギ需要を十分に満たしていない。更に、化石燃料又は原子力電源から生成される電気エネルギは、温室効果ガス排出及び危険廃棄物の処理により環境的危険を提示している。自転車駆動発電機から発電機が埋め込まれた靴及び衣服まで、人の行為自体からエネルギを回収するための多くの試みが行われてきたが、こうした試みは何れも完全には成功しなかった。
【０００３】
従って、先述の課題を解決する発電カーペットが切望されている。
【発明の概要】
【０００４】
発電カーペットは、圧電ベースの発電タイルがその中に埋め込まれているカーペットである。少なくとも１つのエネルギ生成タイルがカーペットに埋め込まれているか又は他のやり方で統合されており、これはモケットカーペット又は同類等の任意の適切なタイプの可撓性カーペット又はフロアカバーであってもよい。好ましくは、複数の電力生成タイルがカーペットに埋め込まれる。各エネルギ生成タイルが対向する上面及び底面を有する上方プレート及び下方プレートを含み、少なくとも１つの圧電ストリップが下方プレートの上面に取り付けられ、係合部材が上方プレートの底面に取り付けられる。上方プレート及び下方プレートは、係合部材が少なくとも１つの圧電ストリップに接触するように積み重ねられる。
【０００５】
上方プレートは、好ましくは、可撓性プラスチック等の可撓性材料から形成される。また、下方プレートは、好ましくは、剛性プラスチック等の剛性材料から形成される。使用時に、ユーザがカーペットタイルを踏むと、タイルの上方プレートが曲がって、その係合部材によって圧電ストリップに機械的応力を印加することで、圧電材料に電圧を生成する。ユーザがカーペットタイルから足を降ろすと、機械的応力は解放されて、圧電材料を介して電流を生成する。好ましくは、各タイルが、電気的に互いに並列に接続される複数の圧電ストリップを含む。複数の圧電ストリップの各々が互いに対して実質的に並列に向けられ、係合部材は複数の圧電ストリップに対して実質的に直交するように向けられ、そのためユーザがカーペットを踏むときに、係合部材が複数の圧電ストリップに渡って応力を均等に分散させる。好ましくは、各タイルに全波ブリッジ整流器が設けられる。整流器は直流出力を生み出す。
【０００６】
発電カーペットのこうした及び他の特徴は、以下の詳細及び図面を更に検討すると当業者には容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】発電カーペットの上面図であり、その中に埋め込まれたタイルを示すように部分的に剥離さている。
【図２】図１の発電カーペットに埋め込まれたタイルの１つの斜視図であり、上方プレートが下方プレートから分解されて示されている。
【図３】図１の発電カーペットのタイルの上方プレートの底面図である。
【図４】図２のタイルの断面の側面図を示す。
【図５】整流器に接続される図２のタイルの概略図である。
【図６】図１の発電カーペットのタイルの電気接続を示す概略図である。
【０００８】
添付の図面の中で一貫して類似の参照文字は対応する特徴を示している。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
一般に図面の中で１０として参照されている発電カーペットは、圧電ベースの発電タイル１４がその中に埋め込まれているカーペットである。図１に示されているように、少なくとも１つのエネルギ生成タイル１４が外部カーペット材料１２に埋め込まれているか又は他のやり方で統合されており、これはモケットカーペット又は同類等の任意の適切なタイプの可撓性カーペット又はフロアカバーであってもよい。好ましくは、複数のタイル１４がカーペット１２に埋め込まれている。図２に最良に見られるように、各タイル１４は、底面２１及び上面２３を有する下方プレート２０と、上面３２及び底面３４を有する上方プレート３０とを含む。上方プレート３０は、好ましくは、可撓性プラスチック等の可撓性材料から形成される。また、下方プレート２０は、好ましくは、剛性プラスチック等の剛性材料から形成される。
【００１０】
図２に示されたタイル１４の全体の寸法及び構成は単なる例示として提供されていることが理解されるべきである。タイル１４の全体の数及びサイズは、最終的には、特定のフローリング用途及びカーペット１０の全体の設計に依存するであろう。下方プレート２０及び上方プレート３０の典型的な例示の構成は、各側部が約２０センチメートルの長さを有する方形構成である。このような例示的な寸法の場合、上方プレート３０は、典型的には、約２ミリメートルの厚みを有し、下方プレート２０は、典型的には、約６ミリメートルの厚みを有するであろう。上記のように、上方プレート３０は、好ましくは、可撓性であり、任意の適切なタイプの可撓性及び弾力性部材が使用され得ることが理解されるべきである。例えば、上方プレート３０は、可撓性プラスチックから形成されてもよい。ユーザがカーペット１０の上を歩くときに上方プレート３０に追加の保護を提供するために、アルミニウムの追加の薄層が上方プレート３０の上面３２に付着されてもよい。
【００１１】
図示のように、少なくとも１つの圧電ストリップ２４が、下方プレート２０の上面２３に取り付けられる。好ましくは、図示のように、複数の圧電ストリップ２４が上面２３に取り付けられる。例示を目的として３つの圧電ストリップ２４が示されているが、任意の適切な数の圧電ストリップ２４が各タイル１４に使用され得ることが理解されるべきである。図２及び４に示されているように、圧電ストリップ２４は下方プレート２０の上面２３に直接取り付けられるのではなく、平行スペーサ２６、２８上に取り付けられ且つ広がる。それにより、人がタイル１４を踏んだときに、圧電ストリップ２４は２つのスペーサ２６、２８の間でストリップ２４の中央部が僅かに屈曲してもよい。スペーサ２６、２８は、プラスチック又は同類等の任意の適切なタイプの非導電性の材料から形成されてもよい。先に与えられた例示的な寸法を用いると、スペーサ２６、２８は長方形であり、約１４センチメートルの長さ、約２センチメートルの幅、及び約２ミリメートルの厚みを有してもよい。
【００１２】
図３及び４に最良に示されるように、係合部材３６が、上方プレート３０の底面３４に取り付けられる。各タイル１４において、下方及び上方プレート２０、３０は、係合部材３６が少なくとも１つの圧電ストリップ２４に接触するように互いの上に積み重ねられる。また、人が上方プレート３０の上を踏むときに、係合部材３６は、各圧電ストリップ２４の中央部を支承し、ストリップ２４を屈曲させてそこに電圧を誘導する。人がタイル１４から足を降ろすと、上方プレート３０は、弾力的にニュートラル位置に戻って、それと共に、圧電ストリップ２４に対する曲げ応力を取り除いて、ストリップ２４に電流を誘導するように係合部材３６を持ち上げる。即ち、上方プレート３０は、圧電ストリップ２４に圧力を印加するためのプレッシャプレートとして作用する。各圧電ストリップ２４は、一対のリード線１８Ａ、１８Ｂを有しており、上記のように、各タイル１４は、好ましくは、複数の圧電ストリップを含んでいる。図２及び５に示されているように、圧電ストリップ２４は、好ましくは、各タイル１４が一対のリード線１６Ａ、１６Ｂを有するように、（リード線１８Ａ、１８Ｂの各対を介して）互いに並列に結合される。任意の適切なタイプの圧電ストリップが使用され得ることが理解されるべきである。例えば、圧電ストリップは、マサチューセッツ州ウォーバンのＰｉｅｚｏ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社によって製造されるＤ２２０−Ａ４−５０３ＹＢ圧電センサ又はトランスデューサであってもよい。
【００１３】
使用時に、ユーザがカーペット１２１０を踏むと、１つ以上のタイル１４の上方プレート３０が曲がって、その係合部材３６によって、それが支承する（複数の）圧電ストリップに曲げ力を印加することで、リード線１６Ａ、１６Ｂに電位を生成する。複数の圧電ストリップ２４が提供されている図２−４の好ましい実施形態では、複数の圧電ストリップ２４の各々は、互いに対して実質的に平行に向けられており、係合部材３６は、複数の圧電ストリップ２４に対して実質的に直交して向けられている。従って、ユーザがカーペット１２１０を踏むと、係合部材３６は、曲げ応力を複数の圧電ストリップ２４に対して均等に分散させる。上記の例示的な構成を用いると、係合部材３６は、実質的に長方形であり、約１２センチメートルの長さ、約１センチメートルの幅、及び約２ミリメートルの厚みを有してもよい。係合部材３６は、可撓性プラスチック又は同類等の任意の適切なタイプの非導電性の材料から形成されてもよい。図２及び４に示されるように、一対の横方向に配置されるスペーサ２２が、下方プレート２０の上面２３に取り付けられてもよい。側部スペーサ２２は、上方プレート３０と下方プレート２０との間に挟まれている係合部材３６、圧電ストリップ２４及びスペーサ２６、２８を補償するための十分な厚みによって上方プレート３０を支持する。先に与えられた例示的な寸法を用いると、スペーサ２２は、実質的に長方形であり、約２０センチメートルの長さ、約２センチメートルの幅、及び約２ミリメートルの厚みを有してもよい。
【００１４】
発電に関して、図５に示されているように、全波ブリッジ整流器が、好ましくは、各タイル１４に提供される。各全波ブリッジ整流器は、直流（ＤＣ）出力を生成するために対応するタイル１４と電気的に通信している。図５において、図面中に一般に４０として識別される（選択的に降圧コンバータ（ＢＣ）及びその関連回路と結合される）従来型の全波ブリッジ整流（ＦＷＢＲ）回路が、ＤＣ電流を出力する圧電発電装置４２を形成するようにタイル１４に接続される。図６に示されているように、複数のこのような発電装置４２のサブグループが、対応するコンデンサＣ４，Ｃ５，…ＣＮ（Ｎ−３のこのようなサブグループの場合）を渡って相互接続されてもよい。ここで、（コンデンサＣ４を渡って接続される）第１のサブグループが、第１の電位Ｖ０１＋を生成し、全てのＮ−３サブグループが、発電カーペット１０に対する全体の出力電圧ＶＯＵＴ＋に貢献する。
【００１５】
図５に戻ると、任意の適切なタイプの全波ブリッジ整流器（及び関連回路）が使用され得ることが理解されるべきである。例えば、ＦＷＢＲ／ＢＣ４０は、カリフォルニア州ミルピタスのＬｉｎｅａｒ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙによって製造されるＬＴＣ３５８８−１ナノパワーエネルギ収穫電源チップであってもよい。ＬＴＣ３５８８−１チップは、整流回路の出力を調整する高効率降圧コンバータ回路を全波ブリッジ整流回路と統合するエネルギ収穫回路を有する。４つの出力電圧（１．８Ｖ、２．５Ｖ、３．３Ｖ及び３．６Ｖ）が、１００ｍＡの連続出力電流まで選択可能なピンである。ＦＷＢＲ／ＢＣ４０に関連付けられる図５の例示的な駆動回路において、蓄積コンデンサＣＳが１００μＦ（最大定格１６Ｖ）の静電容量を有してもよく、コンデンサＣ１が１μＦ（最大定格６Ｖ）の静電容量を有してもよく、コンデンサＣ２が４．７μＦ（最大定格６Ｖ）の静電容量を有してもよく、コンデンサＣ３が４７μＦ（最大定格６Ｖ）の静電容量を有してもよく、コイルＩが１０μＨのインダクタンスを有してもよい。カーペットによって発電される電力は、負荷を駆動するために使用されるか、又はバッテリ若しくは他の電気エネルギ貯蔵装置を再充電するために使用されてもよい。
【００１６】
発電カーペットは上記の特定の実施形態に限定されるのではなく、本明細書に記載の、及び他のやり方で図示された、又は請求される主題を当業者の一人が作る及び使用することを可能にするために十分な言葉で先に記載された実施形態によって可能にされる以下の請求項の一般言語の範囲内の任意の及び全ての実施形態を包含することが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
2019069144000001.pdf