(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機であって、
付勢装置によって本体に弾性接続され、本体に対する平衡点を中心とする揺動振幅で揺動するように構成された質量体と、
前記本体に対する平衡点を中心とする質量体の揺動を電気エネルギーに変換するように構成されたトランスデューサと、
前記付勢装置と前記質量体の間に配置された弾性装置と、を備え、
前記弾性装置は、前記揺動振幅が所定の非ゼロ閾振幅を超えた場合にのみ、前記付勢装置と前記質量体の間で変形するように構成される、ことを特徴とする電気機械発電機。
【請求項２】
前記弾性装置は、前記付勢装置と前記質量体の間で前記弾性装置が変形する際に、前記付勢装置に接触するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の電気機械発電機。
【請求項３】
前記付勢装置と前記質量体の間で前記弾性装置が変形する際に、前記弾性装置を前記付勢装置から分離するように構成された硬質または剛性装置を備える、ことを特徴とする請求項１に記載の電気機械発電機。
【請求項４】
前記弾性装置は、前記質量体に設置される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項５】
前記弾性装置は、前記質量体が前記平衡点にある際に、前記付勢装置から離間される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項６】
前記弾性装置は、前記付勢装置に設置される、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電気機械発電機。
【請求項７】
前記弾性装置は、前記質量体が前記平衡点にある際に、前記質量体から離間される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項８】
前記弾性装置は、前記付勢装置のばね定数よりも大きなばね定数を有する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項９】
前記弾性装置は、ばね座金と、螺旋ばねと、Ｏリング等のゴム弾性装置またはモールディングと、のうちの１つを備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項１０】
前記ばね座金は、皿ばねと、湾曲皿ばねと、波形座金と、割り座金と、からなる群から選択される、ことを特徴とする請求項９に記載の電気機械発電機。
【請求項１１】
前記弾性装置は、一体式の追従装置である、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項１２】
前記付勢装置と前記質量体の間に配置され、かつ、前記弾性装置を、前記付勢装置と、前記質量体のうちの１つに対して付勢するように構成されるばね装置を備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項１３】
前記ばね装置は、ばね座金を備える、ことを特徴とする請求項１２に記載の電気機械発電機。
【請求項１４】
前記質量体は、前記付勢装置と、第２の付勢装置とによって、前記本体に弾性接続されており、前記付勢装置および前記第２の付勢装置の各々は、前記平衡点に向けて２つの反対方向のうちのそれぞれの１つに前記質量体を付勢する、ことを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項１５】
前記質量体は、軸に沿った線形振動的動きのために前記本体に弾性接続されており、前記付勢装置と前記第２の付勢装置とは、前記軸に沿って互いに離間される、ことを特徴とする請求項１４に記載の電気機械発電機。
【請求項１６】
前記弾性装置は、前記軸が通過する孔を有する、ことを特徴とする請求項１５に記載の電気機械発電機。
【請求項１７】
前記弾性装置は、前記軸を中心とする回転対称である、ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の電気機械発電機。
【請求項１８】
前記電気機械発電機は、前記第２の付勢装置と前記質量体および前記本体のうちの１つとの間に配置された第２の弾性装置を備える、ことを特徴とする請求項１４乃至請求項１７のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項１９】
前記第２の弾性装置は、ばね座金と、螺旋ばねと、Ｏリング等のゴム弾性装置またはモールディングと、のうちの１つを備える、ことを特徴とする請求項１８に記載の電気機械発電機。
【請求項２０】
前記第２の弾性装置は、皿ばねと、湾曲皿ばねと、波形座金と、割り座金と、からなる群から選択されるばね座金を備える、ことを特徴とする請求項１９に記載の電気機械発電機。
【請求項２１】
前記弾性装置は、第１の皿ばねを備え、前記第２の弾性装置は、第２の皿ばねを備え、前記第１および第２の皿ばねは、内部側を互いに向き合わせるか、互いに反対に向けるか、または同一方向に向けて配置される、ことを特徴とする請求項２０に記載の電気機械発電機。
【請求項２２】
機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機であって、
付勢装置によって本体に弾性接続され、前記本体に対する平衡点を中心として揺動するように構成された質量体と、
前記本体に対する平衡点を中心とする質量体の揺動を電気エネルギーに変換するように構成されたトランスデューサと、
前記質量体と前記本体の間に配置されたばね座金と、を備え、
前記質量体は、揺動振幅を有して前記本体に対する平衡点を中心として揺動するように構成されており、前記ばね座金は、前記揺動振幅が所定の非ゼロ閾振幅を越えた場合にのみ、前記質量体と前記本体との間で変形するように構成される、ことを特徴とする電気機械発電機。
【請求項２３】
前記ばね座金は、皿ばねと、湾曲皿ばねと、波形座金と、割り座金と、からなる群から選択される、ことを特徴とする請求項２２に記載の電気機械発電機。
【請求項２４】
前記ばね座金は、前記付勢装置と、前記質量体および前記本体のうちの１つとの間に配置される、ことを特徴とする請求項２２または請求項２３に記載の電気機械発電機。
【請求項２５】
前記質量体は、揺動振幅を有して前記本体に対する平衡点を中心として揺動するように構成されており、前記ばね座金は、前記揺動振幅が所定の非ゼロ閾振幅を越えた場合にのみ、前記付勢装置と前記質量体および前記本体のうちの１つとの間で変形するように構成される、ことを特徴とする請求項２４に記載の電気機械発電機。
【請求項２６】
前記質量体は、前記付勢装置と、第２の付勢装置とによって、前記本体に弾性接続されており、前記付勢装置および前記第２の付勢装置の各々は、前記平衡点に向けて２つの反対方向のうちのそれぞれの１つに前記質量体を付勢する、ことを特徴とする請求項２２乃至請求項２５のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項２７】
前記ばね座金は、前記付勢装置と、前記質量体および前記本体のうちの１つとの間に配置され、前記電気機械発電機は、前記第２の付勢装置と前記質量体および前記本体のうちの１つとの間に配置された第２のばね座金を備える、ことを特徴とする請求項２６に記載の電気機械発電機。
【請求項２８】
前記付勢装置は、湾曲片持梁などの片持梁を備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２７のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項２９】
前記質量体および前記本体は、前記片持梁の両側に固定される、ことを特徴とする請求項２８に記載の電気機械発電機。
【請求項３０】
前記本体は、前記質量体および前記付勢装置を取り囲むハウジングを備える、ことを特徴とする請求項１乃至請求項２９のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項３１】
前記トランスデューサは、前記本体に備えられた第１の装置と、前記質量体に備えられた第２の装置と、を備え、
前記第２の装置は、前記第１の装置に対して電磁結合される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３０のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項３２】
前記第１の装置は、前記ハウジングに対して固定されるか、または前記ハウジングの少なくとも一部を形成する、ことを特徴とする、請求項３１に従属する場合の、請求項３１に記載の電気機械発電機。
【請求項３３】
前記第１および第２の装置のうちの一方は、１つまたは複数の磁石と、１つまたは複数の導電性コイルと、透磁性材料の素子と、のうちの１つを備え、前記第１および第２の装置のうちの他方は、１つまたは複数の導電性コイルと、１つまたは複数の磁石と、１つまたは複数の磁石および１つまたは複数の導電性コイルの組み合わせと、のうちの１つを備える、ことを特徴とする請求項３１または請求項３２に記載の電気機械発電機。
【請求項３４】
前記トランスデューサは、圧電素子であって、前記本体に対する質量体の揺動が前記圧電素子を変形させるように配置された圧電素子を備え、前記トランスデューサは、前記圧電素子の変形を電気エネルギーに変換するように構成される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項３３のいずれかに記載の電気機械発電機。
【請求項３５】
ばね下質量体を備える車両であって、
請求項１乃至請求項３４のいずれかに記載の電気機械発電機を、前記ばね下質量体に備えるか、結合するか、または設置している、ことを特徴とする車両。
【請求項３６】
前記電気機械発電機は、弾性継手を介して前記ばね下質量体に結合するか、または設置される、ことを特徴とする請求項３５に記載の車両。
【請求項３７】
前記弾性継手は、前記ばね下質量体が晒される衝撃を、前記電気機械発電機に伝達するように構成されており、
前記質量体は、軸に沿った線形振動的動きのために前記本体に弾性接続されており、
前記衝撃は、前記ばね下質量体を、前記軸に沿った方向に、毎秒０．５から５メートルの間の速度の変化に晒す、ことを特徴とする請求項３６に記載の車両。
【請求項３８】
車両用の軸箱と、前記軸箱に備えられるか、結合されるか、または設置される、請求項１乃至請求項３４のいずれかに記載の電気機械発電機と、を備えることを特徴とするアセンブリ。
【請求項３９】
前記電気機械発電機は、弾性継手を介して、前記軸箱に結合されるか、または設置される、ことを特徴とする請求項３８に記載のアセンブリ。
【請求項４０】
前記弾性継手は、前記軸箱が晒される衝撃を、前記電気機械発電機に伝達するように構成されており、
前記質量体は、軸に沿った線形振動的動きのために前記本体に弾性接続されており、
前記衝撃は、前記軸箱を、前記軸に沿った方向に、毎秒０．５から５メートルの間の速度の変化に晒す、ことを特徴とする請求項３９に記載のアセンブリ。
【請求項４１】
電気機械発電機を用いて機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であって、
請求項１乃至請求項３４のいずれかに記載の電気機械発電機を設けるステップと、
前記電気機械発電機を振動させ、これにより、前記本体に対する平衡点を中心として前記質量体を揺動させ、これにより、前記トランスデューサに、前記本体に対する平衡点を中心とする前記質量体の揺動を、電気エネルギーに変換させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機に関する。本発明は、また、電気機械発電機を用いて、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する方法に関する。特に、本発明は、周囲振動エネルギーを、例えばインテリジェントセンサシステムの電力供給に用いるための電気エネルギーに変換可能な小型発電機のような装置に関する。このようなシステムは、電源ケーブルまたはバッテリをなくすことに経済的または動作的利点がある多くの領域において用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機は、当該技術分野において良く知られており、電磁気誘導またはピエゾ電力変換のいずれかによる機械共振器からなる。いずれの場合も、機械共振器は、ばね上質量体からなる。例えば、無線センサに電力供給するために、周囲の振動から有用な電力を発電する電気機械発電機を用いることが知られている。磁気ひずみまたは静電系などの、他の変換システムを有する発電機も知られている。
【０００３】
典型的な電気機械発電機は、システムが振動する際に、磁心によって形成される束をコイルが横断するようにして、磁石またはコイルに取り付けられた機械ばね−質量体の組み合わせからなる、磁気コイル発電機である。振動した際に動かされる質量体は、典型的には、片持梁に設置される。梁は、磁心に接続され、コイルは、装置用の筐体に対して固定されるか、またはその逆とすることができる。
【０００４】
電気機械発電機は、使用中、大きな衝撃力または振動に晒されることがあり、この衝撃力は、ばね上質量体を、過剰に大きな振幅により揺動させ、その結果、質量体は、その移動の限界において、装置の外部筐体または他の構成要素に物理的に衝撃を与え得る。理論上、質量体を筐体および他の構成要素からさらに離間させて、このような大きな揺動の振幅を、衝撃の発生なしに吸収させることが可能である一方、これは、装置全体により大きな体積を与え、このことは、より小さな空間におけるその適用を制限し、恐らくはその重量を増加させ、筐体を形成するためにより多くの材料の使用を必要とする。筐体がない場合、あるいは衝撃を避けるために、筐体または他の構成要素から質量体をさらに離間させた場合、質量体は、ばね材料の比例の限界を繰り返し超えることにより、永続的損傷または劣化をばねにもたらす、過剰に大きな振幅により揺動することがある。いずれの場合も、この衝撃または過剰に大きな振幅による揺動は、電気機械発電機の動作寿命を許容し難い程度まで縮めることが予期され得る。
【０００５】
共鳴振動エネルギー発電装置は、それらのＱ因子が可能な限り高くなるように好適に設計される。これは、より高いＱ共振器によって、より大きな電力を生成できるからである。しかし、そのような装置が、予期されるよりも駆動振動の大きさが増す環境におかれている場合、またはそのような装置が、時折の大きな衝撃力に晒される場合、共振器の揺動の振幅は、設計または吸収される振幅よりも大きくなる可能性がある。この揺動振幅は、共振する質量体が、装置筐体または他の構成要素に衝撃を与える原因となり、かつ長く晒された後に永続的な装置破損をもたらす可能性がある。
【０００６】
よって、ばね上質量体の振動または揺動の振幅が、断続的かつ予測不可能なやり方で、時間とともに変化し得る可能性に対応し、かつこれにより、安全でない振幅からの損傷の可能性が低減され、それにより動作寿命が向上した電気機械発電機を提供する必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の必要性を満たすことができる、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する改善された電気機械発電機を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明は、また、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する、コンパクトな電気機械発電機を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明は、また、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する改善された電気機械発電機を提供することを目的とし、この電気機械発電機は、その質量体の振動または揺動振幅のリミッタを含み、リミッタは、質量体が特定または所定の閾振幅を超えない振幅により揺動している際に、発電機からのどのような電力損失も起こさず、これにより、特定または所定の閾振幅を超えない特定または所定の振幅動作範囲にて電気機械発電機が動作している際に、電気機械発電機のエネルギー変換効率におけるどのような減少も回避または最小化する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、よって、第１の態様において、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機であって、付勢装置によって本体に弾性接続され、揺動振幅を有して本体に対する平衡点を中心として揺動するように構成された質量体と、本体に対する平衡点を中心とする質量体の揺動を電気エネルギーに変換するように構成されたトランスデューサと、付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間に配置された弾性装置と、を備え、弾性装置は、揺動振幅が所定の非ゼロ閾振幅を超えた場合にのみ、付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間で変形するように構成される電気機械発電機を提供する。
【００１１】
ここで、”非ゼロ”は、所定の閾振幅が、ゼロ振幅ではないことを意味する。よって、質量体が所定の閾振幅で揺動する場合、質量体は、本体に対する平衡点を中心として揺動、振動または動いている。
【００１２】
付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間で弾性装置が変形、例えば圧縮されることなしに、所定の閾振幅以下の揺動振幅を有して、本体に対する平衡点を中心として、質量体が揺動可能なように、発電機は構成される。このように、こうしたシナリオでは、弾性装置は、質量体の揺動振幅が特定または所定の閾振幅以下である際、発電機からのどのような電力損失も起こさない。しかし、弾性装置が激しい衝撃に晒され、次いで弾性装置が付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間で変形、例えば圧縮される場合など、揺動振幅が所定の閾振幅を超えた場合に、揺動振幅を制限するリミッタとして作用するように、発電機は構成される。
【００１３】
よって、本発明を具体化する電気機械発電機は、時折の激しい衝撃に晒され得る環境において、特に有用性を有する。
【００１４】
任意で、弾性装置は、付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間で弾性装置が変形する際に、付勢装置に接触するように構成される。あるいは、電気機械発電機は、付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間で弾性装置が変形する際に、弾性装置を付勢装置から分離するように構成された、サークリップなどの、硬質または剛性装置を備える。
【００１５】
弾性装置は、質量体および本体のうちの１つに設置してもよい。弾性装置は、質量体が平衡点にある際に、付勢装置から離間されてもよい。好ましくは、弾性装置が設置される質量体および本体のうちの１つは、弾性装置が接触する硬質の表面またはシートを備える。硬質の表面またはシートは、それぞれ、質量体または本体の環状または非環状構成要素などの、硬質の構成要素によって提供してもよい。
【００１６】
弾性装置は、付勢装置に設置してもよい。弾性装置は、質量体が平衡点にある際に、質量体および本体のうちの１つから離間されてもよい。
【００１７】
好ましくは、弾性装置は、付勢装置のばね定数よりも大きなばね定数を有する。しかし、弾性装置は、付勢装置のばね定数以下のばね定数を有してもよい。
【００１８】
弾性装置は、ばね座金と、螺旋ばねと、Ｏリング等のゴム弾性装置またはモールディングと、のうちの１つを備えてもよい。ばね座金は、皿ばねと、湾曲皿ばねと、波形座金と、割り座金と、からなる群から選択されてもよい。好ましくは、弾性装置は、一体式の追従装置である。
【００１９】
電気機械発電機は、付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間に配置され、かつ、弾性装置を、付勢装置と、質量体および本体のうちの１つと、のうちの１つに対して付勢するように構成されるばね装置を備えてもよい。好ましくは、弾性装置は、ばね装置のみによって、付勢装置、質量体または本体に対して保持される。すなわち、好ましくは、弾性装置は、付勢装置、質量体および本体のいずれに対しても接着または固定されない。
【００２０】
電気機械発電機の使用時に、質量体および弾性装置は、加速に晒される。ばね装置は、第１の弾性装置のどのような慣性力にも耐えるよう十分に硬質とすべきである。すなわち、弾性装置が質量体および付勢装置のうちの１つに設置される場合、必須ではないが、質量体の揺動の間は常に、弾性装置を、質量体および付勢装置のうちの１つと接触させ続けることが好ましい。これを達成するために、ばね装置は、発電機の組み立てに際し、弾性装置と質量体および付勢装置のうちの１つとの間に、圧縮状態で設置してもよく（これは、ばね装置の最小のばねレートを示唆する）、これにより、質量体が平衡点にある際に、弾性装置は、付勢装置と質量体のうちの１つに対して付勢される。しかし、質量体の揺動中に弾性装置が変形される際に、弾性装置が質量体および付勢装置のうちの１つに接触したままである（これは、ばね装置の最大のばねレートを示唆する）ことを保証するために、ばね装置は、十分に追従性があるべきである。ばね装置のばね定数は、付勢装置と弾性装置のそれぞれのばね定数の中間であってもよい。
【００２１】
ばね装置は、皿ばね、湾曲皿ばね、波形座金、および割り座金のうちの１つなどの、ばね座金を備えてもよい。好ましくは、ばね装置は、一体式の追従装置である。
【００２２】
好ましくは、質量体は、付勢装置と、第２の付勢装置とによって、本体に弾性接続されており、付勢装置および第２の付勢装置の各々は、平衡点に向けて２つの反対方向のうちのそれぞれの１つに質量体を付勢する。質量体は、軸に沿った線形振動的動きのために本体に弾性接続されてもよい。付勢装置と第２の付勢装置とは、軸に沿って互いに離間されてもよい。
【００２３】
弾性装置は、軸が通過する孔を有してもよい。好ましくは、弾性装置は、軸を中心とする回転対称である。
【００２４】
好ましくは、電気機械発電機は、第２の付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間に配置された第２の弾性装置を備える。弾性装置が、付勢装置と、質量体および本体のうちの選択された１つとの間に配置される場合、好ましくは、第２の弾性装置は、第２の付勢装置と、同一の、質量体および本体のうちの選択された１つとの間に配置される。
【００２５】
第２の弾性装置は、質量体および本体のうちの１つに設置してもよい。第２の弾性装置は、質量体が平衡点にある際に、第２の付勢装置から離間されてもよい。好ましくは、第２の弾性装置が設置される質量体および本体のうちの１つは、第２の弾性装置が接触する硬質の表面またはシートを備える。硬質の表面またはシートは、それぞれ、質量体または本体の環状または非環状構成要素などの、硬質の構成要素によって提供してもよい。
【００２６】
好ましくは、第２の弾性装置は、ばね座金と、螺旋ばねと、Ｏリング等のゴム弾性装置またはモールディングと、のうちの１つを備える。好ましくは、第２の弾性装置は、皿ばねと、湾曲皿ばねと、波形座金と、割り座金と、からなる群から選択された、ばね座金を備える。好ましくは、第２の弾性装置は、一体式の追従装置である。
【００２７】
好ましくは、弾性装置は、第１の皿ばねを備え、第２の弾性装置は、第２の皿ばねを備える。第１および第２の皿ばねは、内部側を互いに向き合わせて配置されてもよい。代替案として、第１および第２の皿ばねは、内部側を互いに反対に向けて配置されてもよい。さらなる代替案として、第１および第２の皿ばねは、それぞれの内部側を同一方向に向けて、すなわち、互いに向き合わず、または互いに反対に向けずに配置されてもよい。
【００２８】
電気機械発電機は、第２の付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間に配置され、かつ、第２の弾性装置を、第２の付勢装置と、質量体および本体のうちの１つと、のうちの１つに対して付勢するように構成される第２のばね装置を備えてもよい。好ましくは、第２の弾性装置は、第２のばね装置のみによって、第２の付勢装置、質量体または本体に対して保持される。すなわち、好ましくは、第２の弾性装置は、第２の付勢装置、質量体および本体のいずれに対しても接着または固定されない。第２のばね装置は、上述のばね装置のどの特性を有してもよい。特に、第２のばね装置のばね定数は、第２の付勢装置と第２の弾性装置のそれぞれのばね定数の中間であってもよい。
【００２９】
本発明の第２の態様は、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換するこの電気機械発電機であって、付勢装置によって本体に弾性接続され、本体に対する平衡点を中心として揺動するように構成された質量体と、本体に対する平衡点を中心とする質量体の揺動を電気エネルギーに変換するように構成されたトランスデューサと、質量体と本体の間に配置されたばね座金と、を備える電気機械発電機を提供する。
【００３０】
ばね座金は、皿ばねと、湾曲皿ばねと、波形座金と、割り座金と、からなる群から選択されてもよい。好ましくは、ばね座金は、一体式の追従装置である。
【００３１】
好ましくは、質量体は、揺動振幅を有して本体に対する平衡点を中心として揺動するように構成されており、ばね座金は、揺動振幅が所定の非ゼロ閾振幅を越えた場合にのみ、質量体と本体との間で変形する、例えば圧縮されるように構成される。
【００３２】
好ましくは、ばね座金は、付勢装置と、質量体および本体のうちの１つとの間に配置される。好ましくは、質量体は、揺動振幅を有して本体に対する平衡点を中心として揺動するように構成されており、ばね座金は、揺動振幅が所定の非ゼロ閾振幅を越えた場合にのみ、付勢装置と質量体および本体のうちの１つとの間で変形する、例えば圧縮されるように構成される。
【００３３】
好ましくは、質量体は、付勢装置と、第２の付勢装置とによって、本体に弾性接続されており、付勢装置および第２の付勢装置の各々は、平衡点に向けて２つの反対方向のうちのそれぞれの１つに質量体を付勢する。好ましくは、ばね座金は、付勢装置と、質量体および本体のうちの１つとの間に配置され、電気機械発電機は、第２の付勢装置と、質量体および本体のうちの１つとの間に配置された第２のばね座金を備える。ばね座金が、付勢装置と、質量体および本体のうちの選択された１つとの間に配置される場合、好ましくは、第２のばね座金は、第２の付勢装置と、同一の、質量体および本体のうちの選択された１つとの間に配置される。
【００３４】
本発明の第１の態様または本発明の第２の態様の電気機械発電機において、好ましくは、付勢装置は、湾曲片持梁などの片持梁を備える。好ましくは、質量体および本体は、片持梁の両側に固定される。
【００３５】
本発明の第１の態様または本発明の第２の態様の電気機械発電機において、本体は、質量体および付勢装置を取り囲むハウジングを備えてもよい。
【００３６】
本発明の第１の態様または本発明の第２の態様の電気機械発電機において、トランスデューサは、好ましくは、本体に備えられた第１の装置と、質量体に備えられた第２の装置と、を備え、好ましくは、第２の装置は、第１の装置に対して電磁結合される。本体がハウジングを備える場合、好ましくは、第１の装置は、ハウジングに対して固定されるか、またはハウジングの少なくとも一部を形成する。
【００３７】
好ましくは、第１および第２の装置のうちの一方は、１つまたは複数の磁石と、１つまたは複数の導電性コイルと、透磁性材料の素子と、のうちの１つを備え、第１および第２の装置のうちの他方は、１つまたは複数の導電性コイルと、１つまたは複数の磁石と、１つまたは複数の磁石および１つまたは複数の導電性コイルの組み合わせと、のうちの１つを備える。
【００３８】
本発明の第１の態様または本発明の第２の態様の電気機械発電機において、トランスデューサは、圧電素子であって、本体に対する質量体の揺動が圧電素子を変形させるように配置された圧電素子を備えてもよく、トランスデューサは、圧電素子の変形を電気エネルギーに変換するように構成される。
【００３９】
本発明の第２の態様の電気機械発電機は、本発明の第１の態様の電気機械発電機の上述の任意の、および／または好ましい特徴のいずれかを備えてもよい。
【００４０】
本発明の第３の態様は、ばね下質量体を備える車両であって、本発明の第１の態様に係る、および／または本発明の第２の態様に係る電気機械発電機を、ばね下質量体に備えるか、結合するか、または設置している、車両を提供する。電気機械発電機は、ゴム弾性継手などの弾性継手を介してばね下質量体に結合するか、または設置されてもよい。弾性継手は、一体式であってもよい。
【００４１】
弾性継手は、ばね下質量体が晒される衝撃を、電気機械発電機に伝達するように構成されてもよく、質量体は、軸に沿った線形振動的動きのために本体に弾性接続されており、衝撃は、ばね下質量体を、軸に沿った方向に、毎秒０．５から５メートルの間の速度の変化に晒す。衝撃は、１から２ミリ秒の間の継続時間と、軸に沿った方向における７５ｇから３００ｇの間の大きさ（ただし’ｇ’は重力による加速度、９．８１ｍ／ｓ２である）とを有してもよい。例えば、衝撃は、１ｍｓにわたって３００ｇの加速度（これは２．９４ｍ／ｓの速度の変化に等しい）、または２ｍｓにわたって７５ｇの加速度（これは１．４７ｍ／ｓの速度の変化に等しい）を有してもよい。
【００４２】
本発明の第３の態様の車両に備えられる電気機械発電機は、本発明の第１の態様の電気機械発電機の上述の任意の、および／または好ましい特徴のいずれか、および／または本発明の第２の態様の電気機械発電機の上述の任意の、および／または好ましい特徴のいずれかを備えてもよい。
【００４３】
本発明の第４の態様は、車両用の軸箱と、軸箱に備えられるか、結合されるか、または設置される、本発明の第１の態様に係る、および／または本発明の第２の態様に係る電気機械発電機とを備えるアセンブリを提供する。電気機械発電機は、ゴム弾性継手などの弾性継手を介して、軸箱に結合されるか、または設置されてもよい。弾性継手は、一体式であってもよい。
【００４４】
弾性継手は、軸箱が晒される衝撃を、電気機械発電機に伝達するように構成されてもよく、質量体は、軸に沿った線形振動的動きのために本体に弾性接続されており、衝撃は、軸箱を、軸に沿った方向に、毎秒０．５から５メートルの間の速度の変化に晒す。衝撃は、１から２ミリ秒の間の継続時間と、軸に沿った方向における７５ｇから３００ｇの間の大きさとを有してもよい。例えば、衝撃は、１ｍｓにわたって３００ｇの加速度（これは２．９４ｍ／ｓの速度の変化に等しい）、または２ｍｓにわたって７５ｇの加速度（これは１．４７ｍ／ｓの速度の変化に等しい）を有してもよい。
【００４５】
本発明の第４の態様のアセンブリに備えられる電気機械発電機は、本発明の第１の態様の電気機械発電機の上述の任意の、および／または好ましい特徴のいずれか、および／または本発明の第２の態様の電気機械発電機の上述の任意の、および／または好ましい特徴のいずれかを備えてもよい。
【００４６】
本発明の第５の態様は、電気機械発電機を用いて機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する方法であって、本発明の第１の態様に係る、および／または本発明の第２の態様に係る電気機械発電機を設けるステップと、電気機械発電機を振動させ、これにより、本体に対する平衡点を中心として質量体を揺動させ、これにより、トランスデューサに、本体に対する平衡点を中心とする質量体の揺動を、電気エネルギーに変換させるステップと、を備える方法を提供する。
【００４７】
本発明の第５の態様の方法に備えられる電気機械発電機は、本発明の第１の態様の電気機械発電機の上述の任意の、および／または好ましい特徴のいずれか、および／または本発明の第２の態様の電気機械発電機の上述の任意の、および／または好ましい特徴のいずれかを備えてもよい。
【００４８】
本発明の実施形態を、これより、添付の図面を参照し、単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態に従う、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機の概略側部断面図。
【図２】図１の電気機械発電機の第１の付勢装置の概略平面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に従う、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機の概略側部断面図。
【図４】本発明の第３の実施形態に従う、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機の概略側部断面図。
【図５】本発明の第４の実施形態に従う、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機の概略側部断面図。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明のこれらの実施形態の電気機械発電機は、当該技術分野において”速度減衰型”として知られる共振発電機であり、この発電機では、本体に対する質量体の移動により行われる全ての仕事量は、この移動の瞬間速度に比例する。必然的に、この仕事量の一部は、望まれない機械的または電気的損失を克服することで吸収されるが、仕事量の残りは、後述の電気コイル／磁気アセンブリなどの適切な変換機構を介した電流の生成に用いることが可能である。
【００５１】
図１は、本発明の第１の実施形態に従う、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機１００を示す。電気機械発電機１００は、本体２０に弾性接続され、揺動振幅を有して本体２０に対する平衡点を中心として揺動するように構成された環状の質量体１０を備える。質量体１０は、図１において平衡点で示される。質量体１０は、その直線方向に成分を有する入力機械振動により、軸Ａ−Ａに沿って本体２０に対して移動可能である。この実施形態において、質量体１０は、軸Ａ−Ａを中心として回転対称であり、または少なくとも実質的に回転対称であり、かつ軸Ａ−Ａがその中心を通過する中央開口部を有する。質量体１０は、本体２０の中央部分２４から、ギャップＧにより径方向に離間される。
【００５２】
質量体１０は、一対の付勢装置３０，５０によって、本体２０に接続されており、付勢装置の各々は、円環形状の板ばねであり、複数の湾曲片持梁を備える。付勢装置３０，５０は、質量体１０を間に配置して、軸Ａ−Ａに沿って互いに離間されており、付勢装置３０，５０の各々は、平衡点に向けて軸Ａ−Ａに対して平行な２つの反対方向のうちのそれぞれの１つに質量体１０を付勢する。
【００５３】
質量体１０は、質量体１０の主部１２の第１の軸端から、軸方向に延びる第１の環状突起１３と、質量体１０の主部１２の第２の軸端から、軸方向に延びる第２の環状突起１５と、を有し、この第２の軸端は、第１の軸端の反対側にある。第１および第２の環状突起１３，１５の各々は、軸Ａ−Ａが円の中心を通過する円形である。対のうちの第１の付勢装置３０は、本体２０の中央部分２４に接続または固定された径方向内端３２と、第１の環状突起１３の径方向外向きに質量体１０に接続または固定された径方向外端３４と、を有する。第１の付勢装置３０の径方向内端および外端３２，３４は、第１の付勢装置３０の中央部分３６によって結合され、中央部分３６は、径方向内端および外端３２，３４の各々の軸Ａ−Ａに平行のそれぞれの寸法よりも小さい、軸Ａ−Ａに平行の寸法を有する。同様に、対のうちの第２の付勢装置５０は、本体２０の中央部分２４に接続または固定された径方向内端５２と、反対側の、第２の環状突起１５の径方向外向きに質量体１０に接続または固定された径方向外端５４と、を有する。第２の付勢装置５０の径方向内端および外端５２，５４は、第２の付勢装置５０の中央部分５６によって結合され、中央部分５６は、径方向内端および外端５２，５４の各々の軸Ａ−Ａに平行のそれぞれの寸法よりも小さい、軸Ａ−Ａに平行の寸法を有する。
【００５４】
図２は、第１の付勢装置３０の形状の例を示す。この例の第１の付勢装置３０は、板ばねであり、好ましくは、ばね鋼などの金属製である。図２に示すように、付勢装置３０は、環状の径方向内端３２と環状の径方向外端３４の間で延びる複数の螺旋アーム３６を有する。内端３２は、付勢装置３０の内周側を定義し、外端３４は、付勢装置３０の外周側を定義する。螺旋アーム３６の各々は、第１の付勢装置３０の１つの片持梁の中央部分３６を構成する。図２に見られるように、第１の付勢装置３０は、２つの螺旋アーム３６、よって２つの湾曲片持梁を備える。代わりの実施形態において、第１の付勢装置３０は、１つのみの湾曲または直線片持梁か、あるいは３つ以上の湾曲または直線片持梁を有してもよい。いずれの実施形態においても、第２の付勢装置５０は、好ましくは、第１の付勢装置３０と同じ形状をとる。
【００５５】
付勢装置３０，５０のそれぞれの内端３２，５２の各々は、軸Ａ−Ａが通過する開口部を定義し、かつ取り囲む。すなわち、付勢装置３０，５０の各々は、中央開口部を有するとみなすことができ、その中央部分を軸Ａ−Ａが通過する。よって、付勢装置３０，５０の各々は、質量体１０と同心である。本体２０の円筒形の中央部分２４は、付勢装置３０，５０のそれぞれの中央開口部を通って延び、本体２０の中央部分２４の中心長手軸は、軸Ａ−Ａと一致する。本体２０は、さらに、中央部分２４から延び、かつ質量体１０と付勢装置３０，５０とを取り囲み、収容するハウジング２２を備える。ハウジング２２は、ハウジング２２によって定義される容積２６であって、その中に質量体１０および付勢装置３０，５０が配置される容積２６が、ハウジング２２の外部から、よって電気機械発電機１００の外部から分離されるように、密閉型としてもよい。
【００５６】
電気機械発電機１００は、本体２０に対する平衡点を中心とする、質量体１０の揺動、すなわち、質量体１０の機械振動的移動を電気エネルギーに変換するように構成されたトランスデューサを、さらに備える。トランスデューサは、図１には特に示さないが、当業者は、図示される電気機械発電機１００に、適切なトランスデューサを容易に配置し、この効果を達成することができるであろう。トランスデューサは、外部回路（図示せず）に接続するために延出するワイヤ（図示せず）を有する。軸Ａ−Ａに沿った質量体１０と本体２０の間の相対的な線形振動的移動または揺動は、トランスデューサによる電流の生成を生じさせ、電流は、ワイヤを介して出力される。
【００５７】
本発明の実施形態において、好ましくは、トランスデューサは、本体２０に備えられた第１の装置と、質量体１０に備えられた第２の装置とを備え、第２の装置は、第１の装置に電磁結合される。より好ましくは、第１の装置は、本体２０のハウジング２２に対して固定される。
【００５８】
代わりに、第１の装置は、ハウジング２２の少なくとも一部を形成してもよい。トランスデューサが、電磁結合された第１および第２の装置を備える場合、好ましくは、第１および第２の装置のうちの一方は、１つまたは複数の磁石と、１つまたは複数の導電性コイルと、透磁性材料の素子と、のうちの１つを備え、第１および第２の装置のうちの他方は、１つまたは複数の導電性コイルと、１つまたは複数の磁石と、１つまたは複数の磁石および１つまたは複数の導電性コイルの組み合わせと、のうちの１つを備える。
【００５９】
この実施形態において、トランスデューサ（図示せず）は、本体２０に備えられた第１の装置であって、本体２０の中央部分２４に固定されたコイルを備える第１の装置と、質量体１０に備えられた第２の装置であって、２つの軸方向反対側の円筒形磁石を備え、磁石と質量体１０の残り部分との間で束を生成するように構成される第２の装置とを備える。コイルは、磁石と質量体の残部との間に径方向に配置され、これにより、束がコイルを切断する。第１の装置は、第２の装置に電磁結合される。
【００６０】
この実施形態の変形例において、トランスデューサは、本体２０に備えられた第１の装置であって、本体２０の中央部分２４の径方向外側２４ａにある透磁性材料のシリンダと、シリンダの周りに固定された環状ラジアル磁石をその間に有する２つのコイルとを備える第１の装置と、質量体１０に備えられた第２の装置であって、透磁性材料の素子を備える第２の装置とを備える。再び、第１の装置は、第２の装置に電磁結合される。
【００６１】
しかし、上述したように、当業者は、本体２０に対する平衡点を中心とする、質量体１０の揺動、すなわち質量体１０の機械振動的動きを電気エネルギーに変換するように構成された適切な代替トランスデューサを考案かつ提供することが容易に可能となるであろう。
【００６２】
本体部１２の第１の軸端にて、第１の環状突起１３から径方向内向きに延び、かつ、主部１２の径方向内側１２ｅから径方向外向きに延びる、第１の表面１２ａは、円環形状を有し、軸Ａ−Ａに垂直の面内に位置する。質量体１０は、第１の表面１２ａと接し、かつ第１の環状突起１３の径方向内側に配置された、第１の環状シム座金１４を備えており、第１のシム座金１４は、主部１２に対して径方向に保持され、主部１２と同心に位置合わせされる。同様に、主部１２の反対の第２の軸端にて、第２の環状突起１５から径方向内向きに延び、かつ、主部１２の径方向内側１２ｅから径方向外向きに延びる、第２の表面１２ｂは、円環形状を有し、軸Ａ−Ａに垂直の面内に位置する。質量体１０は、第２の表面１２ｂと接し、かつ第２の環状突起１５の径方向内側に配置された、第２の環状シム座金１６を備えており、第２のシム座金１６は、主部１２に対して径方向に保持され、主部１２と同心に位置合わせされる。
【００６３】
電気機械発電機１００は、本体２０と質量体１０との間にそれぞれ配置された、一対の弾性装置４０，６０をさらに備える。より具体的には、一対の弾性装置４０，６０の各々は、付勢装置３０，５０のうちの１つと質量体１０との間に配置される。弾性装置４０，６０の各々は、付勢装置３０，５０のばね定数よりも大きなばね定数を有する。一対の第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、丸い円錐台形の形状を有するばね座金、すなわち皿ばねの形状の、一体式の追従装置である。第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、軸Ａ−Ａを中心とする連続する回転対称形と、中心を軸Ａ−Ａが通過する中央開口部とを有する。よって、第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、質量体１０と同心であり、かつ第１および第２の付勢装置３０，５０と同心である。
【００６４】
第１の弾性装置４０は、第１の弾性装置４０の第１の軸端にて第１の弾性装置４０の中央開口部を取り囲み、かつ定義する内側部分４４と、第１の軸端の反対側、第１の弾性装置４０の第２の軸端にて第１の弾性装置４０の外周側を定義する外側部分４２とを有する。第１の弾性装置４０の内側および外側部分４４，４２は、第１の弾性装置４０の中央部分４６によって結合される。
【００６５】
第１の弾性装置４０は、第１の環状突起１３の径方向内側に配置され、これにより、第１の弾性装置４０は、質量体１０に対して径方向に保持され、かつ質量体１０と同心に位置合わせされる。さらに、第１の弾性装置４０の第１の、内部側４１は、質量体１０に対向し、かつ、外側部分４２において、第１のシム座金１４に接するが、以下に述べるように、第１のシム座金１４に対して移動可能である。よって、第１の弾性装置４０は、質量体１０に設置される一方で、質量体１０に固定されないか、または質量体１０に対して固定される。内側部分４４および中央部分４６にて、第１の弾性装置４０の内部側４１は、質量体１０から離間される。さらに、第１の弾性装置４０の外側部分４２、内側部分４４および中央部分４６の全てにて、第１の弾性装置４０の内部側４１とは反対側の、第２の、外部側４３は、少なくとも質量体が図１に示す平衡点にある際に、第１の付勢装置３０に向き、かつそれから離間される。波形座金を備える第１のばね装置７０は、第１の付勢装置３０と質量体１０の第１の環状突起１３との間で圧縮される。第１のばね装置７０の第１の端は、第１の付勢装置３０と接しており、第１のばね装置７０の第２の反対側の端は、環状突起１３および第１の弾性装置４０の外部側４３の両方と接しており、これにより、第１のばね装置７０は、第１の弾性装置４０の外側部分４２を、質量体１０に対して付勢する。第１のばね装置７０のばね定数は、第１の付勢装置３０および第１の弾性装置４０の中間のそれぞれのばね定数であってもよい。
【００６６】
第２の弾性装置６０は、第２の弾性装置６０の第１の軸端にて第２の弾性装置６０の中央開口部を取り囲み、かつ定義する内側部分６４と、第１の軸端の反対側、第２の弾性装置６０の第２の軸端にて第２の弾性装置６０の外周側を定義する外側部分６２とを有する。第１および第２の弾性装置４０，６０のそれぞれの内部側４１，６１は、質量体１０を通して互いに向き合う。第２の弾性装置６０の内側および外側部分６４，６２は、第２の弾性装置６０の中央部分６６によって結合される。
【００６７】
第２の弾性装置６０は、第２の環状突起１５の径方向内側に配置され、これにより、第２の弾性装置６０は、質量体１０に対して径方向に保持され、かつ質量体１０と同心に位置合わせされる。さらに、第２の弾性装置６０の第１の、内部側６１は、質量体１０に対向し、かつ、外側部分６２において、第２のシム座金１６に接するが、以下に述べるように、第２のシム座金１６に対して移動可能である。よって、第２の弾性装置６０は、質量体１０に設置される一方で、質量体１０に固定されないか、または質量体１０に対して固定される。内側部分６４および中央部分６６にて、第２の弾性装置６０の内部側６１は、質量体１０から離間される。さらに、第２の弾性装置６０の外側部分６２、内側部分６４および中央部分６６の全てにて、第２の弾性装置６０の内部側６１とは反対側の、第２の、外部側６３は、少なくとも質量体１０が図１に示す平衡点にある際に、第２の付勢装置５０に向き、かつそれから離間される。波形座金を備える第２のばね装置８０は、第２の付勢装置５０と質量体１０の第２の環状突起１５との間で圧縮される。第２のばね装置８０の第１の端は、第２の付勢装置５０と接しており、第２のばね装置８０の第２の反対側の端は、環状突起１５および第２の弾性装置６０の外部側６３の両方と接しており、これにより、第２のばね装置８０は、第２の弾性装置６０の外側部分６２を、質量体１０に対して付勢する。第２のばね装置８０のばね定数は、第２の付勢装置５０および第２の弾性装置６０の中間のそれぞれのばね定数であってもよい。
【００６８】
電気機械発電機１００が、軸Ａ−Ａに平行な方向の成分を有する入力機械振動に晒されると、質量体１０は、本体２０に対する平衡点を中心として揺動させられ、これにより、トランスデューサ（不図示）に、本体２０に対する平衡点を中心とする質量体１０の揺動を、電気エネルギーに変換させる。
【００６９】
第１および第２の弾性装置４０，６０は、質量体１０に対する付勢装置３０，５０の間隔に応じて、および／または任意で、付勢装置３０，５０が作られる材料の比例関係の制限に応じて、形成および配置され、これにより、質量体１０は、第１および第２の弾性装置４０，６０が第１および第２の付勢装置３０，５０に接することなしに、所定の閾振幅以下の揺動振幅を有して本体２０に対する平衡点を中心として揺動可能である。すなわち、第１および第２の弾性装置４０，６０は、質量体１０が所定の閾振幅以下の振幅を有して揺動する際に、質量体１０と本体２０の間（より具体的には、付勢装置３０，５０と質量体１０の間）で圧縮されないように構成される。よって、第１および第２の弾性装置４０，６０は、質量体１０の揺動振幅が所定の閾振幅以下である際、電気機械発電機１００からのどのような電力損失も起こさない。
【００７０】
しかし、揺動振幅が所定の閾振幅を超えた場合（にのみ）、第１および第２の弾性装置４０，６０は、第１および第２の付勢装置３０，５０を周期的に遮断、すなわちこれに接触し、よって、質量体１０と本体２０の間（より具体的には、第１および第２の付勢装置３０，５０と質量体１０との間）で周期的に圧縮状態となる。すなわち、質量体１０の揺動の間に第１および第２の付勢装置３０，５０が質量体１０に近接しすぎた結果として、第１および第２の弾性装置４０，６０は、第１および第２の付勢装置３０，５０と質量体１０によって圧縮状態となり、それは、質量体１０が、本体２０に対して揺動する際に、第１および第２の付勢装置３０，５０の中央部分３６，５６に対して揺動するためである。よって、第１および第２の弾性装置４０，６０は、追従リミッタ、すなわち、質量体１０の揺動の振幅を制限するリミットストップとして作用する。
【００７１】
この第１および第２の弾性装置４０，６０の変形は、これらのそれぞれの外側部分４２，６２を、質量体１０の第１および第２のシム座金１４，１６に沿ってスライドさせる。このために、シム座金１４，１６のために硬質の材料を使うことが有益であり、かつ第１および第２の弾性装置４０，６０を、シム座金１４，１６の材料と適合する材料から作ることが有益である。例えば、第１および第２の弾性装置４０，６０は、シム座金１４，１６を鉄から作る場合、リン青銅で作ってもよい。しかし、第１の実施形態の変形例において、第１および第２の弾性装置４０，６０のそれぞれの外側部分４２，６２が、質量体１０に直接接するように、シム座金１４，１６を省略してもよい。
【００７２】
図３は、本発明の第２の実施形態に従う、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機１００を示す。第１および第２の実施形態の類似する構成要素は、同様の参照番号で識別される。さらに、簡潔さのために、第２の実施形態の考察は、第１および第２の実施形態の間で異なる特徴に限定される。よって、詳細に、あるいは全く参照されない第２の実施形態の特徴は、第１の実施形態の対応する特徴と同じでもよいと考えるべきである。上述した可能な第１の実施形態の電気機械発電機の変更は、第２の実施形態の電気機械発電機に等しく適用可能であることを理解すべきである。
【００７３】
第２の実施形態において、本体２０と付勢装置３０，５０は、第１の実施形態と同様である。質量体１０は、シム座金１４，１６を省いたこと、および主部１２の第１および第２の表面１２ａ，１２ｂが、軸Ａ−Ａに垂直のそれぞれの面内に位置しないことを除き、第１の実施形態の質量体１０と実質的に同じである。代わりに、第１および第２の表面１２ａ，１２ｂは、第１および第２の環状突起１３，１５に隣接するこれらのそれぞれの端にて、互いに最も遠く離間され、主部１２の径方向内側１２ｅに隣接するこれらのそれぞれの端にて、互いに最も近く離間される。
【００７４】
第１の実施形態と同様に、第２の実施形態において、一対の弾性装置４０，６０の各々は、付勢装置３０，５０のうちの１つと質量体１０との間に配置され、第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、丸い円錐台形の形状を有するばね座金、すなわち皿ばねの形状の、一体式の追従装置である。第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、軸Ａ−Ａを中心とする連続する回転対称形と、中心を軸Ａ−Ａが通過する中央開口部とを有する。よって、第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、質量体１０と同心であり、かつ第１および第２の付勢装置３０，５０と同心である。
【００７５】
しかし、第１の実施形態とは異なり、第２の実施形態においては、第１および第２の弾性装置４０，６０が反転され、これらのそれぞれの外部側４３，６３が、質量体１０を通して互いに向き合い、これらのそれぞれの内部側４１，６１が、互いに反対を向くようになっている。第１および第２の弾性装置４０，６０の外部側４３，６３は、質量体１０に向き、かつ、それぞれの外側部分４２，６２にて、第１および第２の表面１２ａ，１２ｂにそれぞれ接している。内側部分４４，６４および中央部分４６，６６における外部側４３，６３は、質量体１０から離間される。第１および第２の弾性装置４０，６０の外側部分４２，６２、内側部分４４，６４および中央部分４６，６６の全てにおける第１および第２の弾性装置４０，６０の内部側４１，６１は、それぞれ第１および第２の付勢装置３０，５０を向き、かつそれらから離間される。第１および第２のばね装置７０，８０のそれぞれの第１の端は、第１および第２の付勢装置３０，５０にそれぞれ接し、第１および第２のばね装置７０，８０のそれぞれの第２の端は、それぞれの環状突起１３，１５と、第１および第２の弾性装置４０，６０のそれぞれの内部側４１，６１とに接し、これにより、第１および第２のばね装置７０，８０は、第１および第２の弾性装置４０，６０の外側部分４２，６２を、質量体１０に対して付勢する。
【００７６】
第２の実施形態において、一対の硬質装置９０，９２（この実施形態においては、それぞれ硬質クリップの形状をとるが、この実施形態の変形例においては他の形状の硬質装置を代わりに用いてもよい）が、第１および第２の付勢装置３０，５０に対し、これらのそれぞれの径方向内端３２，５２の径方向内側に、かつこれらに当接して取り付けられる。硬質装置９０，９２は、第１および第２の付勢装置３０，５０および第１および第２の弾性装置４０，６０に対して成形および配置されており、所定の閾振幅を超える振幅を有する平衡点を中心とする質量体１０の揺動の間に、第１および第２の付勢装置３０，５０と質量体１０との間で第１および第２の弾性装置４０，６０が変形する際に、第１および第２の弾性装置４０，６０を、それぞれの第１および第２の付勢装置３０，５０から分離するように構成される。このような配置は、所定の閾振幅を超える振幅を有する質量体１０の揺動の期間中に、第１および第２の付勢装置３０，５０をより良く維持する。
【００７７】
第２の実施形態において、質量体１０は、第１および第２の弾性装置４０，６０が第１および第２の硬質装置９０，９２に接することなしに、所定の閾振幅以下の揺動振幅を有して、本体２０に対する平衡点を中心として揺動可能である。しかし、揺動振幅が所定の閾振幅を超えた場合（にのみ）、第１および第２の弾性装置４０，６０は、硬質装置９０，９２を周期的に遮断、すなわちこれに接触し（しかし第１および第２の付勢装置３０，５０には接触せず）、よって、質量体１０と本体２０の間（より具体的には、第１および第２の付勢装置３０，５０と質量体１０との間）で周期的に圧縮状態となる。すなわち、第１の実施形態と同様に、質量体１０の揺動の間に第１および第２の付勢装置３０，５０が質量体１０に近接しすぎた結果として、第１および第２の弾性装置４０，６０は圧縮状態となる。よって、第１および第２の弾性装置４０，６０は、追従リミッタ、すなわち、質量体１０の揺動の振幅を制限するリミットストップとして作用する。
【００７８】
図４は、本発明の第３の実施形態に従う、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機１００を示す。第１、第２および第３の実施形態の類似する構成要素は、同様の参照番号で識別される。さらに、簡潔さのために、第３の実施形態の考察は、第２および第３の実施形態の間で異なる特徴に限定される。よって、詳細に、あるいは全く参照されない第３の実施形態の特徴は、第１または第２の実施形態の対応する特徴と同じでもよいと考えるべきである。上述した可能な第１および第２の実施形態の電気機械発電機の変更は、第３の実施形態の電気機械発電機に等しく適用可能であることを理解すべきである。
【００７９】
第３の実施形態において、本体２０および付勢装置３０，５０は、第２の実施形態と同様である。質量体１０は、第１および第２の環状突起１３，１５が、軸Ａ−Ａに垂直の面内に位置しない、それぞれの第１および第２の表面１２ａ，１２ｂから離れた表面を有することを除き、第２の実施形態の質量体１０と実質的に同じである。代わりに、遠い表面は、それらの径方向最外端にて、互いに最も遠く離間しており、それらの径方向最内端において、互いに最も近く離間される。
【００８０】
第３の実施形態において、第１および第２のばね装置７０，８０は、それぞれの円錐ばね座金７０，８０を備える。それでも、円錐ばね座金７０，８０は、第１および第２のばね装置７０，８０が、第１および第２の実施形態において行うのとほとんど同じやり方で、それぞれの予荷重を、第１および第２の弾性装置４０，６０に印加する。
【００８１】
第２の実施形態と同様に、第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、付勢装置３０，５０のうちの１つと質量体１０との間に配置され、第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、丸い円錐台形の形状を有するばね座金、すなわち皿ばねの形状の、一体式の追従装置である。第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、軸Ａ−Ａを中心とする連続する回転対称形と、中心を軸Ａ−Ａが通過する中央開口部とを有する。よって、第１および第２の弾性装置４０，６０の各々は、質量体１０と同心であり、かつ第１および第２の付勢装置３０，５０と同心である。さらに、第２の実施形態と同様に、第１および第２の弾性装置４０，６０が反転され、これらのそれぞれの外部側４３，６３が、質量体１０を通して互いに向き合い、これらのそれぞれの内部側４１，６１が、互いに反対を向くようになっている。
【００８２】
第３の実施形態において、硬質装置９０，９２は省略されている。質量体１０は、第１および第２の弾性装置４０，６０が第１および第２の付勢装置３０，５０に接することなしに、所定の閾振幅以下の揺動振幅を有して、本体２０に対する平衡点を中心として揺動可能である。しかし、第１の実施形態と同様に、揺動振幅が所定の閾振幅を超えた場合（にのみ）、第１および第２の弾性装置４０，６０は、第１および第２の付勢装置３０，５０を周期的に遮断、すなわちこれに接触し、よって、質量体１０と本体２０の間（より具体的には、第１および第２の付勢装置３０，５０と質量体１０との間）で周期的に圧縮状態となる。すなわち、第１の実施形態と同様に、質量体１０の揺動の間に第１および第２の付勢装置３０，５０が質量体１０に近接しすぎた結果として、第１および第２の弾性装置４０，６０は圧縮状態となる。よって、第１および第２の弾性装置４０，６０は、なおも追従リミッタ、すなわち、質量体１０の揺動の振幅を制限するリミットストップとして作用する。
【００８３】
図５は、本発明の第４の実施形態に従う、機械振動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械発電機１００を示す。第１および第４の実施形態の類似する構成要素は、同様の参照番号で識別される。さらに、簡潔さのために、第４の実施形態の考察は、第１および第４の実施形態の間で異なる特徴に限定される。よって、詳細に、あるいは全く参照されない第４の実施形態の特徴は、第１の実施形態の対応する特徴と同じでもよいと考えるべきである。上述した可能な第１の実施形態の電気機械発電機の変更は、第４の実施形態の電気機械発電機に等しく適用可能であることを理解すべきである。
【００８４】
第４の実施形態において、本体２０および付勢装置３０，５０は、第１の実施形態と同様である。質量体１０は、シム座金１４，１６が省略されていることを除き、第１の実施形態の質量体１０と実質的に同じである。第４の実施形態では、第１および第２のばね装置７０，８０も省略されている。
【００８５】
さらに、第４の実施形態の第１および第２の弾性装置４０，６０は、第１の実施形態の第１および第２の弾性装置４０，６０と異なる形状のものである。第４の実施形態において、第１および第２の弾性装置４０，６０は、第１および第２の付勢装置３０，５０に対し、これらのそれぞれの径方向内端３２，５２の径方向内側に、かつこれらに当接して設置された、それぞれの弾性Ｏリングを備える。Ｏリングは、図５に示すように、質量体１０が平衡点にある際に、質量体１０から離間される。この実施形態の変形例において、各Ｏリングは、異なるゴム弾性装置と交換されるか、または追加されてもよい。
【００８６】
第４の実施形態において、質量体１０は、第１および第２の弾性装置４０，６０が質量体１０に接することなしに、所定の閾振幅以下の揺動振幅を有して、本体２０に対する平衡点を中心として揺動可能である。しかし、揺動振幅が所定の閾振幅を超えた場合（にのみ）、第１および第２の弾性装置４０，６０は、質量体１０を周期的に遮断、すなわちこれに接触し、よって、質量体１０と本体２０の間（より具体的には、第１および第２の付勢装置３０，５０と質量体１０との間）で周期的に圧縮状態となる。すなわち、第１の実施形態と同様に、質量体１０の揺動の間に第１および第２の付勢装置３０，５０が質量体１０に近接しすぎた結果として、第１および第２の弾性装置４０，６０は圧縮状態となる。よって、それぞれのＯリングを備える第１および第２の弾性装置４０，６０は、なおも追従リミッタ、すなわち、質量体１０の揺動の振幅を制限するリミットストップとして作用する。
【００８７】
理論上、本発明の範囲の外にある装置では、硬質（例えば金属）のリミットストップを設けて、付勢装置３０，５０と質量体１０および／または本体２０とを維持するために、質量体１０の揺動振幅を制限することができた。しかし、本発明を具体化する電気機械発電機は、反復される衝突を通して硬質のリミットストップを侵食させるのに十分な、激しい反復衝撃に晒され得るものである。よって、本発明の実施形態に従えば、硬質のリミットストップの代わりに、弾性または追従装置４０，６０を、付勢装置３０，５０と質量体１０および本体２０のうちの１つとの間に既に存在する空間に特に配置して、揺動する質量体１０の運動エネルギーのいくらかを吸収するだけでなく、非常にコンパクトな構造によってこれを行う。
【００８８】
本発明を具体化する上述の電気機械発電機において、弾性装置４０，６０は、弾性装置４０，６０が付勢装置３０，５０と質量体１０および／または本体２０との間で変形される際に、付勢装置３０，５０が、質量体１０および／または本体２０に、なおわずかに衝突するように構成してもよい。しかし、好ましくは、弾性装置４０，６０は、このような衝突が起こることを避けるように構成される（すなわち、寸法決めされ、選択されたばねレートを有する）。
【００８９】
本発明を具体化する上述の電気機械発電機のいずれも、好ましくは、一体式としてもよいゴム弾性継手などの弾性継手を介して、車両のばね下質量体、または車両用の軸箱に備えられるか、結合されるか、または設置してもよい。
【００９０】
本発明の他の変更および実施形態が、当業者に明らかとなるであろう。
【００９１】
例えば、上述の実施形態の各々において、第１および第２の弾性装置４０，６０は、質量体１０と第１および第２の付勢装置３０，５０との間にそれぞれ配置される。これらの実施形態の変形例において、第１および第２の弾性装置４０，６０は、代替的に、または追加的に、本体２０と第１および第２の付勢装置３０，５０との間にそれぞれ配置される。このような変形例において、質量体１０の揺動振幅が所定の閾振幅を超えた場合（にのみ）、第１および第２の弾性装置４０，６０は、質量体１０と本体２０の間（より具体的には、第１および第２の付勢装置３０，５０と本体２０との間）で周期的に圧縮状態となる。すなわち、質量体１０の揺動の間に第１および第２の付勢装置３０，５０が本体２０に近接しすぎた結果として、第１および第２の弾性装置４０，６０は圧縮状態となり、それは、質量体１０が本体２０に対して揺動した結果として、第１および第２の付勢装置３０，５０が、本体２０に対して移動するためである。よって、このような変形例において、第１および第２の弾性装置４０，６０は、なおも追従リミッタ、すなわち、質量体１０の揺動の振幅を制限するリミットストップとして作用する。
【００９２】
さらに、上述の実施形態の他の変形例において、第１および第２の環状シム座金１４，１６は、第１および第２の弾性装置４０，６０用の硬質シートを提供する、質量体１０の他のそれぞれの環状または非環状構成要素と交換してもよい。例えば、それぞれの保持リングを採用してもよい。
【００９３】
さらに、上述の実施形態の他の変形例において、第１および第２の弾性装置４０，６０は、それぞれの螺旋ばね、大量の弾性材料、ゴム弾性装置またはモールディング、あるいは他の弾性要素を備えてもよい。
【００９４】
さらに、上述の実施形態のさらなる変形例において、トランスデューサは、電磁結合された第１および第２の装置の代わりに、または共に設けられた圧電素子を備えてもよい。圧電素子は、本体に対する質量体の揺動が、圧電素子を変形させるように配置され、トランスデューサは、圧電素子の変形を、電気エネルギーに変換するように構成されるであろう。
【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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