【誤訳訂正書】
【提出日】平成24年2月27日(2012.2.27)
【誤訳訂正１】
【訂正対象書類名】特許請求の範囲
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハイブリッドな振動に基づく発電機であって、
起電的発電モジュールと、
起電的発電モジュールと異なる方法で出力を変換する第二の発電モジュールと、
起電的発電モジュール及び第二の発電モジュールに動作可能に結合された蓄電装置とを含み、振動ベース
装置が、機械的ダンパの内部に組み入れられる発電機。
【請求項２】
装置が、ピストン型機械的ダンパの内部に組み入れられる、請求項１記載の発電機。
【請求項３】
装置が、棒型機械的ダンパの内部に組み入れられる、請求項１記載の発電機。
【請求項４】
蓄電装置と発電モジュールとの間に介在する加算的な電気回路をさらに含み、加算的な電気回路が、蓄電装置に加算的な信号を提供するように構成される、請求項１記載の発電機。
【請求項５】
加算的な電気回路と蓄電装置との間に配置される昇圧変圧器をさらに含む、請求項４記載の発電機。
【請求項６】
装置が、振動特性に関連する指示を提供するように構成される、請求項１記載の発電機。
【請求項７】
指示がさらに、振動源に関連する診断指示である、請求項６記載の発電機。
【請求項８】
特性が振幅である、請求項６記載の発電機。
【請求項９】
特性が周波数である、請求項６記載の発電機。
【請求項１０】
第二の発電モジュールが、圧電発電モジュールである、請求項１記載の発電機。
【請求項１１】
第二の発電モジュールが、温度差発電モジュールである、請求項１記載の発電機。
【請求項１２】
振動からのエネルギを用いるためのシステムであって、
機械的振動ダンパの内部に組み込まれた振動に基づく発電機であって、
振動源に動作可能に結合された起電的発電モジュールと、
振動源に動作可能に結合された圧電発電モジュールと、
起電的発電モジュールと圧電発電モジュールとに動作可能に結合された蓄電装置とを含む発電機と、
蓄電装置に動作可能に結合され、蓄電装置から電力を引き出す装置と、
を含むシステム。
【請求項１３】
蓄電装置に動作可能に結合された装置が、屋外用装置である、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
蓄電装置に動作可能に結合された装置が、ワイヤレス通信装置である、請求項１２記載のシステム。
【請求項１５】
蓄電装置に動作可能に結合された装置が、断続的に電力供給される、請求項１２記載のシステム。
【請求項１６】
振動に基づいて電気エネルギを生成するための装置であって、
振動源に動作可能に結合され、内部にチャンバを画定するハウジングと、
チャンバの内部に配置され、外径を有する第一の円形永久磁石と、
第一の円形永久磁石の周囲に配置され、それらの間に環状空間を画定するリング型永久磁石と、
環状空間の中に配置される少なくとも一つのボイスコイル部と、
少なくとも一つのボイスコイル部に結合され、ボイスコイル部が振動に応じて永久磁石の磁束内を動くことを可能にする曲げ構造と、
を含む装置。
【請求項１７】
少なくとも一つのボイスコイル部が、複数のボイスコイル部を含む、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
複数のボイスコイル部が、電気的にカスケード接続される、請求項１７記載の装置。
【請求項１９】
第一のボイスコイル部が第一の方向に巻かれ、第二のボイスコイル部が、第一の方向の反対の方向に巻かれる、請求項１７記載の装置。
【請求項２０】
曲げ構造が、複数の薄板ばねを含む、請求項１６記載の装置。
【請求項２１】
各薄板ばねが、複数の片持ち梁によって懸架される、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
曲げ構造の共振周波数が調整可能である、請求項１６記載の装置。
【請求項２３】
共振周波数が、曲げ構造の少なくとも一つの薄板ばねに動作可能に当接するねじを回すことによって調整可能である、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】
少なくとも一つのボイスコイル部に動作可能に結合される蓄電装置をさらに含む、請求項１６記載の装置。
【誤訳訂正２】
【訂正対象書類名】明細書
【訂正対象項目名】全文
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の名称】振動発電
【背景技術】
【０００１】
多くの工業的又は商業的オペレーションは、電気式、機械式、油圧式、又はそれらいくつかの組合せの機械類を利用する。そのような機械類の例は、電気モータ、タービン等を含む。一般的に、そのような機械類によって生成されるあらゆる振動を減衰させるか、あるいは弱めることが望ましい。通常は、機械類の振動を減少させることは、機械類のノイズに加え、機械類に、又はその付近に配置された部品が振動によって生じる加速度によって被る機械的磨耗を減少させる。パッド又はばね形状の振動ダンパは、多様な産業で用いられており、たとえば重工業、建築物、自動車車両、プロセス産業等を含む。これらのダンパ／パッド／ばねは、一般的には、ダンパへの機械的運動エネルギのいくらかを、最終的に熱エネルギに変えることにより、少なくともある程度振動を減少させる。
【０００２】
一般的に、数々の状況で振動減衰が不可欠であると認識される一方で、ダンパ内に移行される機械的エネルギは、基本的には失われる。機械的振動源に結合して有用なエネルギを生成する、改善された装置、構造又はシステムの提供が大いに望まれる。
【発明の概要】
【０００３】
振動に基づく電力生成が提供される。一つの態様では、振動に基づく発電機は、機械的ダンパの内部に組み入れられ、起電的発電モジュール及び圧電発電モジュールを含む。蓄電装置は、起電的発電モジュール及び圧電発電モジュールに動作可能に結合される。別の態様では、電気エネルギベースの生成のための装置が提供される。本装置は、振動源に動作可能に結合可能であるハウジングを含む。ハウジングは、内部にチャンバを画定する。第一の円形永久磁石は、チャンバの内部に位置付けられ、外径を有する。リング状永久磁石は、第一の円形永久磁石の周囲に位置付けられ、それらの間に環状空間を画定する。少なくとも一つのボイスコイル部は、環状空間内に位置付けられ、曲げ構造に結合されて、ボイスコイル部が振動に応じて永久磁石の磁束内を動くことを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の実施形態の機械的振動ダンパの線図である。
【図２】本発明の実施形態の棒型振動ダンパの線図である。
【図３】本発明の実施形態と併せて用いられる回路のブロック図である。
【図４】本発明の実施形態の、電気エネルギを蓄電し、少なくとも一つの付属装置を短時間動作させる方法である。
【図５】本発明の実施形態の振動に基づく診断を行う方法のフロー図である。
【図６】本発明の実施形態の起電的振動に基づく発電装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
振動は、重要な再生可能エネルギ源の一つである。振動から生成されるエネルギ密度は、ＨｚからｋＨｚの範囲にわたる駆動周波数に依存して、及び振動の振幅／変位に依存して、１０μＷ／ｃｍ３から８００μＷ／ｃｍ３まで変動する可能性がある。たとえば、平均エネルギ密度５００μＷ／ｃｍ３を提供する振動を考察する。長さ３フィート、幅３フィート、及び高さ３フィートの小さなポンプが、４００ワットの電力を作り出すことができる。プロセス産業及び他の関連産業では、そのような産業で用いられる重機及びエンジンは、一般的にははるかに重く、数千平方フィートの面積を占める。そのような機構の振動は、著しく大きな電力を作り出すことができる。
【０００６】
本発明の実施形態は概して、機械的な振動源に結合して、機械的な振動の少なくとも一部を、使用可能な電気に変える装置を提供する。いくつかの実施形態では、本装置は、それ自体が振動ダンパであり、一方他の実施形態では、本装置は、振動源に簡単に取り付けられる。
【０００７】
図１は、本発明の実施形態の機械的振動ダンパの線図である。ダンパ１０は、振動源１２に結合される。振動源１２は、減衰が望まれる振動を生成する任意のタイプの機械又は装置であってもよい。たとえば、機械１２は、ポンプ、モータ、タービン、又は機械的な振動を受ける任意の他の機械的システムであってもよい。ダンパ１０は、床１４に機械１２を結合させ、機械１２からの少なくともいくらかの機械的エネルギを電気に変えるように構成される。ダンパ１０は、接続２０を介して振動源すなわち負荷１８に結合される起電的振動発電モジュール１６を含む。加えて、ダンパ１０は、好ましくはライン２４を介して負荷すなわち蓄電装置１８に結合された圧電発電モジュールである、第二の発電モジュール２２をさらに含む。本明細書で説明されるように、ハイブリッドな振動に基づく発電機は、少なくとも２つの異なるタイプの発電機を用いて電気エネルギを生成する発電機を含む。上述の例は、起電的及び圧電ベースの両方の発電モジュールを用いることによるハイブリッドな振動に基づく発電機である。しかし、ハイブリッドな振動に基づく発電機はまた、温度差発電モジュールとともに作動する起電的発電モジュールを含む。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、振動に基づく発電モジュールは、ダンパ１０の内部に埋設される。そのようなハイブリッドな手法の一つの利点は、起電的発電機について、生成された電力が、発振周波数に正比例することである。圧電ベースの発電については、生成された電力は、加えられた力によって作り出された加速度に正比例するが、周波数には反比例する。ハイブリッド手法を用いて、高低両方の周波数用途のために、電力を生成することができる。図１に図示されるように、ダンパ１０は、ピストン型の振動ダンパである。ダンパ１０がピストン型ダンパであると思われるのは、少なくともいくらかの機械的振動が、円筒状の側壁２６の内部に通されるためである。
【０００９】
図２は、本発明の実施形態の棒型の振動ダンパの線図である。図２に図示される実施形態は、図１に図示された実施形態にいくぶん類似しており、同様の部品には同じように番号が振られている。図２に図示されるように、棒型ダンパ３０は、振動源１２に加え、床１４に結合される。ダンパ３０は、起電的発電機１６及び圧電発電機２２の両方を含むか、又は内部に埋設して有する。起電的発電機１６は、ライン２０を介して負荷／蓄電装置１８に結合される。同様に、圧電発電機２２は、ライン２４を介して負荷／蓄電装置１８に結合される。
【００１０】
図１及び２は、それぞれピストン型及び棒型振動ダンパを図示するが、他の振動ダンパを、図１及び２に関して記載されたハイブリッドな発電機構を含むように改変させることができる。
【００１１】
図３は、本発明の実施形態とともに用いられる回路のブロック図である。回路４０は、起電的発電機１６と圧電発電機２２のそれぞれを含むか、又はそれらに結合される。発電機１６、２２は、発電機１６及び２２によって生成された全電気エネルギの合計である出力４４を生成する加算回路４２に結合される。出力４４は、入力として昇圧変圧器４６に提供され、昇圧変圧器４６は入力４４の電圧を、より高いレベルに高める。昇圧変圧器４６の出力は、符号４８で示すような出力負荷又は装置に直接結合されるか、又は蓄電装置５０に結合されることができる。これに代えて、昇圧変圧器４６の出力を、蓄電装置５０及び出力４８の両方に提供することができる。蓄電装置５０は、電気エネルギをある程度の間蓄えておくことができる任意の構成要素を含む。蓄電装置５０の好適な例は、充電式バッテリ、コンデンサ等を含む。
【００１２】
起電的発電機１６は、永久磁場の存在下での振動によって誘起される動きを利用して、電気を生成する。それに応じて、さまざまな構成を用いて、起電的発電機１６を形成することができる。しかし、一つの具体例が（図６に関して）本明細書にて後に提供される。圧電発電機２２は、圧電効果に従って動作する任意の装置を含み、加えられた機械的応力に応じて、材料により電荷が生成される。この効果を生成する多様な材料が既知であり、既知のＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛）セラミックを含む。ハイブリッドベースの発電を用いることにより、機械の振動から取り出すことができる数百ワットの電力を提供することができ、このエネルギは他の場合単に浪費される。
【００１３】
状況によっては、機械的振動エネルギから引き出すことができる最大電力量は、定常状態で付属装置又は装置に電力供給するには不十分かもしれないということが明らかに考えられる。したがって、本発明の実施形態は、電気エネルギを蓄えて、付属装置を短時間又は瞬間的に動作させる能力を提供する。
【００１４】
図４は、そのような動作のブロック図である。方法６０はブロック６２で開始し、ここで一つ又はそれ以上の振動に基づく発電機が、電気エネルギを蓄積する。ブロック６４では、閾値を確認して、十分なエネルギが蓄積されたかを判断する。この確認は、蓄電装置、たとえば充電式バッテリ及び／又はコンデンサに蓄えられたエネルギ量を調べることか、又は単に、ブロック６２でエネルギが蓄積されている間、予め選択された期間が経過したかを判断することかによって行うことができる。閾値に達していない場合、制御はブロック６２に戻り、エネルギを蓄積し続ける。しかし、閾値に達している場合、制御はブロック６６に進み、ここで一つ又はそれ以上の付属装置を電源投入する。付属装置の例は、屋外用装置６８及びワイヤレス通信装置７０を含む。一般的な屋外用装置は、圧力、温度、レベル又は流量のトランスミッタ又はバルブを含む。ワイヤレス通信装置７０は、屋外用装置の一部か、又は屋外用装置に接続するための別個の装置かであってもよい。しかし、任意の他の好適な装置を用いてもよい。ブロック７２では、タイマがつなげられて、付属装置の開始のタイミング合わせを開始する。いったんタイマ７２が、選択された期間が経過したと判断すると、制御はブロック７４に進み、ここで付属装置の電源が切られる。留意すべきなのは、ブロック７２が、蓄電装置（図３に関連して記載されている）から得られる電力が監視されて、得られる電力レベルが所定の閾値を下回って降下したときに装置が停止するような代替の機構と置き換えられることができることである。
【００１５】
本発明の実施形態のハイブリッドな発電は、振動自体に基づく診断を行うための独自の機会を提供する。したがって、これらの装置は、それらの全動作電力を機械的振動から引き出すことができる一方で、その振動に関連する診断能力を同時に提供する。このことは、工業的な用途のためには特に重要である可能性がある。たとえば、振動が中断するか又は遅くなった場合、工業的な用途に何らかの問題があることを示唆している場合がある。同様に、振動周波数及び／又は振幅が著しく増大した場合、用途に関連する問題を示している場合もある。
【００１６】
図５は、本発明の実施形態の振動に基づく診断を行う方法のフロー図である。方法８０はブロック８２で開始し、ここでは振動源に関する初期状態が要求される。初期状態の取得は、装置が最初に稼動するとき、振動機械が起動するとき、又は単にプログラミング中又は整備中に簡単に行うことができる。ブロック８２の後、制御はブロック８４に進み、ここで発電機は、起電的発電機からの起電力を判定するか、あるいは測定する。そして、制御は付属装置８６に進み、ここで圧電発電機からの起電力が測定されるか、あるいは判定される。ブロック８８では、振動の少なくとも一つの特性が、ブロック８４、８６に関して記載された測定量から推測される。代表的な振動特性は、周波数、振幅、最大振幅に加え、そのような数量の変化を含む。ブロック９０では、システムは、振動特性が、ブロック８２で取得された初期状態に対して変化したかを判断する。そのような変化が発生していない場合、ブロック８４に戻ることによって監視が継続する。しかし、そのような変化が発生している場合、制御はブロック９２に進み、警報又は他の好適なメッセージが生成される。好適な警報／メッセージの例は、ダンパから局所的に通知される可聴又は視覚警報、付属装置（たとえばワイヤレス通信機７０）を通してワイヤレスに伝送されるメッセージを含む。そのような警報／メッセージは、振動発電機の操作者に、機械を検査するに値するかもしれない何らかの状態が発生していることを警告することができる。
【００１７】
図６は、本発明の実施形態の起電的振動に基づく発電装置の断面図である。装置１００は、ダンパ内部に埋設されるか、又は振動に基づく電気を生成するための振動源に単に取り付けられてもよい。本実施形態では、装置１００は、上カバー１０２、ハウジング１０４、及び下カバー１０６を含む。カバー１０２、１０６及びハウジング１０４は連係して、内部にチャンバ１０８を形成する。装置１００は、一対の永久磁石１１０、１１２を含み、これらは好ましくはドーナツ状であり、磁石１１０の内部に配置された磁石１１２と同心円状に取り付けられる。ボイスコイル１１４は、磁石１１０、１１２の間の環状空間１１６の内部に配置される。一対のリング型の永久磁石１１０、１１２は、高密度な横方向の放射状磁束を提供する。磁石１１０、１１２は、好ましくはネオジウム・鉄・ボロン（ＮｄＦｅＢ）で形成される。そのような磁石は、１２０℃で動作して、現在のところ既知である立方センチメートルあたりでの最も強力な磁気特性を作り出すことができる。しかし、永久磁力の性質を呈示する、現在既知であるか又は後に開発される任意の他の好適な材料を用いることができる。ボイスコイル１１４は、好ましくは、リッジ１２２によって互いに分離された第一の部分１１８及び第二の部分１２０を有する。ボイスコイル部１１８、１２０は、好ましくは反対方向に巻かれ、ともに電気的に縦続接続されている。第一のボイスコイル部１１８は、磁石１１０、１１２間の極の上部対で磁束を切る一方で、第二のボイスコイル部１２０は、極の下部対で磁束を切る。したがって、ボイスコイル部及び極の内部のワイヤの長さが、十分に利用される。ボイスコイル部１１８、１２０は、任意の向きに作用して、磁石１１０、１１２の両側に動いて磁束を切り、コイル部の両端に電圧を作り出すことができる。ボイスコイル１１８、１２０は、一対の薄板ばね１２４、１２６によって懸架される。各薄板ばね１２４、１２６は、好ましくは、大きなアスペクト比を有する複数の（たとえば３つの）湾曲した片持ち梁を有し、移動方向がばね面に対して比較的垂直であることを保証する。この向きによって提供される一つの利点は、アセンブリが小型になり、パーツ数が減少することである。加えて、ボイスコイル部の二方向への大きな撓みが可能である。またさらには、本機構は、摩擦、磨耗及びノイズを減少させることに加え、セルフアライメントを提供する。アセンブリは、安価に製造されて較正が容易になり、同時にアセンブリの変化に対するより低い感受性を提供すると思われる。
【００１８】
装置１００は、好ましくは、ネジ式の磁石保持器１３０に内側で係合する薄板ばね張力ネジ１２８を含む。薄板ばね張力ネジ１２８は、薄板ばね１３２及び平座金１３４に当接する。薄板ばね張力ネジ１２８を調節することで、共振周波数を、薄板ばねの張力を変えることにより、比較的広範囲にわたって特定の周波数にすることができる。コイルばね１３６は、磁石保持器１３０の内部に配置された薄板ばね張力ネジ１２８に当接する。ボイスコイル部１１８、１２０に対する電気的接触は、好ましくは薄板ばね張力ネジ１２８のヘッド付近で行われる。また、装置１００は、薄板ばね張力ネジ１２８の周囲に配置されるスリップナット１３８を含み、このスリップナット１３８は、コイルばね１３６に当接する。装置１００内部の部品の間隔を正しくあけるために、スペーサ１４０及び１４２が使用される。しかし、本発明の実施形態に従って、他の好適なスペーサ又は機構を用いることができる。
【００１９】
装置１００は、比較的整備不要であり、かつ高い信頼性を提供することが予想される。加えて、外部電力及び配線を必要としない。さらに、本装置は、任意の好適な電気装置、たとえばRosemount, Inc. Chanhassen, Minnesotaより入手可能であるプロセス制御監視屋外用装置に電気的に結合することができる。装置１００は、事実上あらゆる向きで作動することができると思われるが、振動の主軸を軸方向１４４の軸と相対的に整合させて、ボイスコイル部１１８及び１２０が振動から最大の動きを引き出すようにすることが好ましい。任意の好適な回路を用いて、さまざまな出力レベルを提供することができ、そのような出力は、５分周期のうちの２秒間での同時の９ボルト／４ｍＡ、５ボルト／２ｍＡ、及び３ボルト／３００μＡを含む。そのような電力出力は、完全なワイヤレスセンサノードのデューティサイクルのために十分な電力を提供する。装置１００に対するピーク直流出力電圧は、約１０分周期でおよそ５０ボルト、８ミリアンペアであると思われる。最大電力出力は、約４０ミリワットと思われ、入力振動４５Ｈｚ及び振幅５０マイクロメートルで、４．２ミリワット／立方インチのエネルギ密度を有する。
【００２０】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を加えてもよいことが認識されよう。
【誤訳訂正３】
【訂正対象書類名】図面
【訂正対象項目名】全図
【訂正方法】変更
【訂正の内容】
【図３】
2010500866.tif 000001
【図４】
2010500866.tif 000002
【図５】
2010500866.tif 000003