(57)【要約】  本発明は、熱的作用又は力学的作用によって第１の安定状態から第２の安定状態に移行する第１（４）及び第２（６）の双安定領域を含む、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイスであって、熱的作用による一領域（４、６）の一方の状態から他方の状態への移行が、他の領域（６、４）が、一方の状態から他方の状態へ移行することを引き起こすように、前記領域（４、６）が機械的に結合されるデバイスに関連する。各領域（４、６）は、ブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有し、ブリスタリング温度は、アンブリスタリング温度より高い。前記デバイスは、環境（ＳＣ）の温度が第１の領域（４）のブリスタリング温度より低く、第２の領域（６）のブリスタリング温度（Ｔｃ６）より高いような少なくとも所定温度を有する環境（ＳＣ）に接触して配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的作用又は力学的作用によって第１の安定状態から第２の安定状態に移行することができる少なくとも１つの第１（４）及び第２（６）の双安定領域を含む、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイスであって、
熱的作用による前記双安定領域（４、６）の一方の安定状態から他方の安定状態への移行が、前記他の双安定領域（６、４）の一方の安定状態から他方の安定状態への移行を引き起こすように、前記双安定領域（４、６）が機械的に結合され、
前記双安定領域（４、６）の各々が、それが前記第１の安定状態から前記第２の安定状態に移行する第１の温度（Ｔｃ４、Ｔｃ６）、及び、それが前記第２の安定状態から前記第１の安定状態に移行する第２の温度（Ｔｄ４、Ｔｄ６）を有し、
前記第１の温度（Ｔｃ４、Ｔｃ６）が、前記第２の温度（Ｔｄ４、Ｔｄ６）より高く、前記第１の双安定領域（４）の前記第１の温度（Ｔｃ４）が、前記第２の双安定領域（６）の前記第１の温度（Ｔｃ６）より高い、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイス。
【請求項２】
前記双安定領域（４、６）が、一片のバイメタルストリップ素子で作られる、請求項１に記載の変換デバイス。
【請求項３】
前記双安定領域（４、６）が、トリメタルストリップ素子で作られる、請求項１に記載の変換デバイス。
【請求項４】
形成された前記素子が、２つの対向する面を含み、双安定領域が、前記面の各々に形成される、請求項３に記載の変換デバイス。
【請求項５】
前記双安定領域（４、６）が、プレス加工によって形成される、請求項１から４の何れか一項に記載の変換デバイス。
【請求項６】
前記双安定領域（４、６）が、中央凹部（４．１、６．１）及び前記中央凹部（４．１、６．１）を囲う環状領域（４．２、６．２）を含み、前記環状領域（４．２、６．２）が、それらの外形を覆う又はそれらの外形を介して接触する、請求項１から５の何れか一項に記載の変換デバイス。
【請求項７】
隣接する双安定領域（４、６）が異なる第１の温度を有するように、互いに平行して配置される複数の双安定領域（４、６）を含む、請求項１から６の何れか一項に記載の変換デバイス。
【請求項８】
前記デバイスが、前記双安定領域（４、６）間に窪んだ部分を含む、請求項１から７の何れか一項に記載の変換デバイス。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載の少なくとも１つの変換デバイス、及び、所定温度の環境若しくは表面、又は、第１及び第２の所定温度を有する環境を含む、熱的エネルギーを電気的エネルギーに変換するアセンブリ。
【請求項１０】
前記所定温度が、前記第１の双安定領域（４）の第１の温度（Ｔｃ４）及び前記第１の双安定領域（４）の第２の温度（Ｔｄ４）より低く、前記第２の双安定領域（６）の第１の温度（Ｔｃ６）より高い、請求項９に記載の変換アセンブリ。
【請求項１１】
前記第１の所定温度（ＴＳＣ）が、前記第２の所定温度（ＴＳＦ）より高く、
前記第１の所定温度（ＴＳＣ）が、前記第１の双安定領域（４）の第１の温度（Ｔｃ４）より低く、前記第２の双安定領域（６）の第１の温度（Ｔｃ６）より高く、
前記第２の所定温度（ＴＳＦ）が、前記第１の双安定領域（４）の第２の温度（Ｔｄ４）より低い、請求項９に記載の変換アセンブリ。
【請求項１２】
２つの変換デバイスを含む、請求項９、１０又は１１に記載の変換アセンブリ。
【請求項１３】
請求項１から８の何れか一項に記載の少なくとも１つの変換デバイス、及び、前記変換デバイスによって生成される力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段を含む、電気的エネルギーを生成するシステム。
【請求項１４】
前記変換デバイスによって生成された力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段が、前記双安定領域の状態の変化によって変形されるような、前記変換デバイスに配置される圧電性材料（１０）で作られる少なくとも１つの素子を含む、請求項１３に記載の電気的エネルギーを生成するシステム。
【請求項１５】
請求項１から８の何れか一項に記載の変換デバイスのスタックを含み、前記変換デバイスのスタックによって生成される力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段が、前記スタックの一端に位置する電気的エネルギー変換デバイスに配置される圧電性材料（１０）で作られる少なくとも１つの素子を含む、請求項１３に記載の電気的エネルギーを生成するシステム。
【請求項１６】
前記電気的エネルギー変換デバイスによって生成される力学的エネルギーを変換する手段が、少なくとも１つの可変容量キャパシタを含み、前記可変容量キャパシタの電極が、前記電気的エネルギー変換デバイスによって形成され又は支持される、請求項１３に記載の電気的エネルギーを生成するシステム。
【請求項１７】
前記デバイスが、所定温度（ＴＳＣ）の環境に配置され、又は、所定温度（ＴＳＣ）の表面と接触し、
前記所定温度（ＴＳＣ）が、前記第１の温度（Ｔｃ４）より低く、前記第１の双安定領域の第２の温度（Ｔｄ４）より低く、前記第２の双安定領域（６）の第１の温度（Ｔｃ６）より高いようなものである、
請求項１から８の何れか一項に記載の変換デバイス又は請求項１３から１６の何れか一項に記載の生成するシステムの使用。
【請求項１８】
前記デバイスが、第１の所定温度（ＴＳＣ）及び第２の所定温度（ＴＳＦ）に晒され、
前記第１の所定温度（ＴＳＣ）が、前記第２の所定温度（ＴＳＦ）より高く、前記第１の所定温度（ＴＳＣ）が、前記第１の双安定領域（４）の第１の温度（Ｔｃ４）より低く、前記第２の双安定領域（６）の第１の温度（Ｔｃ６）より高く、前記第２の所定温度（ＴＳＦ）が、前記第１の双安定領域（４）の第２の温度（Ｔｄ４）より低いようなものである、
請求項１から８の何れか一項に記載の変換デバイス又は請求項１３から１６の何れか一項に記載の生成するシステムの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善された効率を有する、熱エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイスに関連し、前記力学的エネルギーは、電気エネルギーに変換され得る。
【背景技術】
【０００２】
電子回路は、動作時に熱を生成する。前記熱は使用されず、回路に損傷を与えないように排出されなければならない。他の熱源はまた、例えば、放出された熱が使用されないパイプ、排気システム、産業機械の壁などの我々の環境に存在する。
【０００３】
例えば、前記熱を電気エネルギーに変換して、それを回収することが想定される。
【０００４】
例えば、バイメタルストリップを使用することが想定され得、これらは、異なる膨張係数、フレキシブル性を有する異なる金属、材料又は合金の２つのストリップで形成され、その長さ方向において互いに溶接され又は結合される。
【０００５】
２つのストリップの異なる熱膨張係数のために、加熱された際及び冷却された際の両方において、バイメタルストリップは、大きな振幅で変形する。加熱されると、それは、実質的に平坦な形状から特定の湾曲を有する形状に移る。湾曲の配向は、それが晒される温度、及びその材料の初期特性（厚さ、熱膨張係数等）に依存する。この変形は、例えばバイメタルストリップが屈曲するときに変形され又は衝撃を受ける圧電性材料である変換器によって電気的エネルギーに変換される。
【０００６】
圧電性材料に伝えられるエネルギー、従って変換されるエネルギーは、最適ではない。
【０００７】
予め形成されたバイメタルストリップも存在し、それは、それらが晒される温度に応じた第１及び第２の安定状態を有する。
【０００８】
安定状態の各々において、それらは、湾曲又は変形を有し、２つの安定状態の湾曲及び変形は、大多数の場合、反対である。これらのバイメタルストリップはまた、“ブリスタリングバイメタルストリップ”として示される。このようなバイメタルストリップが加熱され、第１の安定状態から第２の安定状態に移るとき、これは、“ブリスタリング”（blistering）として知られ、バイメタルストリップが冷却され、第２の安定状態から第１の安定状態に移るとき、これは、“アンブリスタリング”（unblistering）として知られる。ブリスタリング中及ぶアンブリスタリング中、多量のエネルギーが解放される。
【０００９】
各バイメタルストリップは、ブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を含む。従って、バイメタルストリップが、熱源、例えばその温度がそのブリスタリング温度より高い電子デバイスと、冷熱源、例えばその温度がそのブリスタリング温度より低い外部環境との間に配置されると、バイメタルストリップは、加熱され、第１の安定位置からその第２の安定位置まで移行し、冷却すると、その第２の位置からその第１の安定位置まで移行する。
【００１０】
このようなシステムは、熱源及び冷熱源の存在を必要とする。今のところ、実質的に異なる温度を有し、バイメタルストリップにおける熱的作用を有することができるように十分に近い方式で配置されるこのような源が提供された利用可能な環境を有することが困難であり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
結果的に、１つの所定温度又は２つの所定温度を有する環境で動作することができるバイメタルストリップを実装する、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイスを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的は、双安定領域の一方の安定状態から他方の安定状態への移行が、他の双安定領域の一方の安定状態から他方の安定状態への移行を引き起こすような、機械的に結合される少なくとも２つの双安定領域を含むデバイスによって達成される。このために、双安定領域は、異なるブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有し、それらは、デバイスが配される環境の温度に応じて選択される。
【００１３】
言い換えると、このデバイスは、互いに十分に近く配置され、異なる熱的特性を有する少なくとも２つの双安定領域のアレイを含み、それらが、相互の力学的影響下にあるようなものであり、熱的作用によって双安定領域のブリスタリングが、隣接する双安定領域のブリスタリング温度に達しないとしても機械的変形によって隣接する双安定領域のブリスタリングを引き起こす。
【００１４】
そのため、他方のバイメタルストリップ上の一方のバイメタルストリップの力学的影響が、異なる温度の利用可能な２つの熱源を有する必要性を置き換えるので、デバイスは、高温源及び低温源の存在なしに、異なる領域のブリスタリング温度に依存して動作し得る。それはまた、２つ温度を有する環境で動作し得、バイメタルストリップは、この又はこれらの温度に応じて形成される。
【００１５】
例えば、所定温度の環境の場合において、双安定領域の各々は、それらが配置される環境の温度と比較して、双安定領域が、熱的作用によって又は力学的影響によって交互に“ブリスタリング”及び“アンブリスタリング”が起こるようなブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有する。
【００１６】
従って、本発明の主題は、熱的作用又は力学的作用によって第１の安定状態から第２の安定状態に移行することができる少なくとも１つの第１及び第２の双安定領域を含む、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイスであって、熱的作用による双安定領域の一方の安定状態から他方の安定状態への移行が、他の双安定領域の一方の安定状態から他方の安定状態への移行を引き起こすように、双安定領域が機械的に結合され、
双安定領域の各々が、それが第１の安定状態から第２の安定状態に移行する第１の温度、及び、それが第２の安定状態から第１の安定状態に移行する第２の温度を有し、
第１の温度が、第２の温度より高く、第１の双安定領域の第１の温度が、第２の双安定領域の第１の温度より高い、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイスであり、
前記デバイスは、所定温度が、第１の温度より低く、第１の双安定領域の第２の温度より低く、第２の双安定領域の第１の温度より高くなるような、所定温度を有する環境又は所定温度の表面に接触するように配置され、又は、
第１の所定温度が、第２の所定温度より高く、第１の所定温度が、第１の双安定領域の第１の温度より低く、第２の双安定領域の第１温度より高く、第２の所定温度が、第１の双安定領域の第２の温度より低くなるような、第１の所定温度及び第２の所定温度に晒されるようなものである。
【００１７】
双安定領域は、有利には、バイメタルストリップ素子からの一片で作られ得る。
【００１８】
一実施形態において、双安定領域は、トリメタルストリップ素子で作られる。
【００１９】
トリメタルストリップ素子は、２つの対向する面を含み得、双安定領域は、その面の各々に形成される。
【００２０】
双安定領域は、プレス加工によって形成され得る。
【００２１】
有利には、双安定領域は、中央凹部及びその中央凹部を囲う環状領域を含み、前記環状領域は、それらの外形を覆う又はそれらの外形を介して接触する。
【００２２】
有利な実施形態において、デバイスは、隣接する双安定領域が異なる第１の温度を有するように、互いに平行して配置される複数の双安定領域を含む。
【００２３】
前記デバイスはまた、双安定領域間に窪んだ部分を含み得る。
【００２４】
本発明の他の主題は、本発明による少なくとも１つの変換デバイス及び所定温度の環境又は表面を含む、熱的エネルギーを電気的エネルギーに変換するアセンブリである。
【００２５】
例えば、所定温度は、第１の双安定領域の第１の温度及び第１の双安定領域の第２の温度より低く、第２の双安定領域の第１の温度より高い。
【００２６】
本発明の他の主題は、本発明による少なくとも１つの変換デバイス、及び、第１の所定温度及び第２の所定温度を有する環境を含み、第１の所定温度が、第１の双安定領域の第１の温度より低く、第２の双安定領域の第１の温度より高く、第２の所定温度が、第１の双安定領域の第２の温度より低い、熱的エネルギーを電気的エネルギーに変換するアセンブリである。
【００２７】
変換システムは、２つの変換デバイスを含み得る。
【００２８】
本発明による他の主題は、本発明による少なくとも１つの変換デバイス、及び、前記変換デバイスによって生成される力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段を含む、電気的エネルギーを生成するシステムである。
【００２９】
一実施形態において、前記変換デバイスによって生成された力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段は、双安定領域の状態の変化によって変形されるような、変換デバイスに配置される圧電性材料で作られる少なくとも１つの素子を含み得る。
【００３０】
変形例において、生成するシステムは、本発明による変換デバイスのスタックを含み得、前記変換デバイスのスタックによって生成される力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段は、スタックの一端に位置する電気的エネルギー変換デバイスに配置される圧電性材料で作られる少なくとも１つの素子を含む。
【００３１】
他の実施形態において、前記変換デバイスによって生成される力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段は、少なくとも１つの可変容量キャパシタを含み、前記可変容量キャパシタの電極は、電気的エネルギー変換デバイスによって形成され又は支持される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１Ａから図１Ｄは、実質的に一定の温度の環境に配置される、異なる状態における本発明による２つの双安定領域を有する回収デバイスの概略図である。
【図２】図２Ａから図２Ｄは、２つの温度を有する環境において、異なる状態における本発明による２つの双安定領域を有する回収デバイスの概略図である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、本発明による２つの双安定領域を有する回収デバイスの２つの実施例の概略図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、電気生成デバイスの２つの実施例の概略図である。
【図５】図５は、本発明による双安定領域のアレイを含む回収デバイスの上部図である。
【図６】図６は、回収デバイスのスタックで形成される電気生成デバイスの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明は、以下の詳細な説明及び添付の図面を通してより理解されるだろう。
【００３４】
以下に続く詳細な説明において、ここに記載されるデバイスは、２つの変形領域を含む。しかしながら、本発明は、温度の影響で変形することができるｎ個の領域を含むデバイスに関連し、ｎは、２以上の正の整数である。
【００３５】
図１Ａから図１Ｃにおいて、異なる状態における本発明による変換デバイスＤの概略例が見られる。
【００３６】
デバイスＤは、プレート形態のバイメタルストリップ２で形成される。
【００３７】
既に示されているように、バイメタルストリップは、異なる膨張係数を有する異なる金属又は合金で作られる２つのストリップで形成され、２つのストリップは、モノリシックな要素を形成するために、詳細な説明の残りの部分で詳細に記載されるように、積層法、溶接、ボンディングによって、又は、例えば、第１の材料に第２の材料を直接塗布することによって直接的に堆積することによって固定される。
【００３８】
プレート２は、２つの双安定領域を含む。
【００３９】
本願において、“双安定領域”は、２つの安定な位置を取ることができ、温度の影響下又は機械的圧力の影響下で一方から他方に移行することができる領域を意味するものとする。
【００４０】
示される実施例において、双安定領域４、６は、一般的な円形のボウルの形状を有する。安定な位置の各々は、反対側の凹面を有する。各凹部は、一方から他方に走る。これらの双安定領域４、６は、例えばプレート２のプレス加工又はスタンピングによって形成される。
【００４１】
双安定領域４、６の各々は、それ自体の熱特性、すなわちそれ自体のブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有する。
【００４２】
双安定領域４は、ブリスタリング温度Ｔｃ４及びアンブリスタリング温度Ｔｄ４を有し、双安定領域６は、ブリスタリング温度Ｔｃ６及びアンブリスタリング温度Ｔｄ６を有する。
【００４３】
さらに、双安定領域は、それらの間に機械的な結合があるように互いに対して配置される。
【００４４】
図３Ａ及び図３Ｂにおいて、これらの双安定領域の相対配置の２つの例が示されている。凹部の各領域は、窪んだ領域４．１、６．１及び窪んだ領域を囲う外部の環状領域で形成される。２つの凹部の領域間の機械的結合は、環状領域の一方が窪んだ領域に重なることなく２つの環状領域４．１、６．１が十分に近い場合又はそれらが重なる場合に得られる。２つの隣接する環状領域の端部を分離する距離は、これらの材料、凹部領域の垂れ、慣性前進力、凹部の２つの領域間の機械的結合を保証するための温度範囲に応じて決定される。好ましくは、数センチメートル程度の距離の環状領域の場合、２つの隣接する環状領域の端部を分離する距離は、１ｃｍ以下である。
【００４５】
一例として、２つの双安定領域を有するプレートの例の場合、これは、５０ｍｍの長さ及び２０ｍｍの幅を有し得、双安定領域は、６ｍｍの直径を有し、双安定領域の直径及びその環状領域の距離は、１３ｍｍである。２つの双安定領域の環状領域は、端部と端部で接触する。
【００４６】
５つの双安定領域が２列並んで広がった１０個の双安定領域のアレイを含むプレートの場合において、プレートは、８０ｍｍの長さ及び３５ｍｍの幅を有し、双安定領域の直径は、７ｍｍであり、双安定領域及びその環状領域の距離は１６ｍｍである。環状領域は、端部と端部で接触する。
【００４７】
変形例において、デバイスは、各々が双安定領域を形成する幾つかのバイメタルストリップのアセンブリによって形成され得る。バイメタルストリップの材料は、双安定領域が異なるブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有するように選択される。
【００４８】
双安定領域の各々のブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度は、外部環境の温度に応じて選択され、その温度は、ＴＳＣで示される。
【００４９】
ブリスタリング温度Ｔｃ及びアンブリスタリング温度Ｔｄは、以下のようなものである。
Ｔｃ６＜ＴＳＣ＜Ｔｃ４
Ｔｄ６＜ＴＳＣ＜Ｔｄ４
Ｔｄ６＜Ｔｃ６及びＴｄ４＜Ｔｃ４
【００５０】
双安定領域４、６の各々のブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度は、双安定領域の形成中、特に、その直径及びその屈曲の選択によって、窪んだ領域及び環状領域の形成中に定義される。
【００５１】
一例として、３５ｍｍの直径、２０ｍｍの幅及び２００μｍの厚さを有し、双安定領域を含むプレートにおいて、その直径は、１０ｍｍであり、双安定領域及びその環状領域の距離は２０ｍｍであり、双安定領域は、それぞれ１２０℃及び１０５℃のブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有する。
【００５２】
バイメタルストリップを形成するために使用される材料はまた、デバイスを動作しようとする温度範囲に応じて選択される。
【００５３】
例えば、バイメタルストリッププレートは、ＩＮＶＡＲ（登録商標）などの、種々の組成を有するＦｅ−Ｎｉ合金に基づいて作られ得る。これらの合金はまた、クロムを含み得、及び／又は、マンガンが加えられ得る。変形例として、Ｓｉ−Ａｌ、ＳｉＯ２−Ａｌ、Ｓｉ−Ａｕ、ＳｉＯ２−Ａｕ、Ｓｉ−Ｐｂ、ＳｉＯ２−Ｐｂなどで作られ得る。バイメタルストリップの厚さは、表面に応じて、数ｎｍから数ｍｍまで変化し得る。一例として、プレートは、２００μｍの厚さを有する。
【００５４】
ここで、異なる温度条件を有する環境におけるデバイスの動作を説明する。
【００５５】
この環境が実質的に単一の一定の温度を有する場合を検討し、この温度をＴＳＣで示す。
【００５６】
説明を簡単にするために数値例を示すが、それらに限定されるものではない。
【００５７】
ＴＳＣは、３０℃である。
【００５８】
双安定領域４の温度Ｔｃ４及びＴｄ４は、以下のように選択される。
Ｔｃ４＝５０℃及びＴｄ４＝４０℃
【００５９】
双安定領域６の温度Ｔｃ６及びＴｄ６は、以下のように選択される。
Ｔｃ６＝２０℃及びＴｄ６＝１０℃
【００６０】
ＴＳＣは、ＴＣ６より高く、双安定領域６は、熱影響によって膨れ、一方の安定位置から他方に移行する。この状態のデバイスは、図１Ｂに示される。２つの双安定領域４、６間の機械的結合のために、双安定領域４はまた、双安定領域６のブリスタリング中に解放される力学的エネルギーの影響下で協働的な力学的作用によって膨れる。ＴＳＣがＴｃ４より低いので、双安定領域４が熱影響によって膨れていないことに留意すべきである。この状態のデバイスは、図１Ｃに示される。
【００６１】
しかしながら、ＴＳＣは、Ｔｄ４より低く、双安定領域４は、膨れ（ブリスタリング）が解消され、その初期状態に戻る。この状態のデバイスは、図１Ｄに示される。
【００６２】
協働的な力学的作用によって、双安定領域６は、ブリスタリングが解消される。ＴＳＣがＴｃ６より高いので、双安定領域６が、熱影響によってブリスタリングが解消されることがないことに留意すべきである。この状態のデバイスは、図１Ａに示される。
【００６３】
結果的に、本発明による変換デバイスは、異なる温度を有する利用可能な２つの熱源を有することなく変更することができ、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換することを可能にする。
【００６４】
圧電性材料を双安定領域４、６と接触するように配置することによって、このエネルギーを電気的エネルギーに変換することが可能になる。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、バイメタルストリップの変形エネルギーを電気的エネルギーに変換するデバイスの実施形態の実施例が見られ得る。
【００６５】
図４Ａにおいて、フレキシブルな圧電性材料１０は、プレート２の面の一方を覆う。この材料１０は、例えば、ＰＶＤＦ薄膜である。
【００６６】
図４Ｂにおいて、圧電性材料１０は、堅く、プレート２に堆積される。これは、変換デバイスと比較して小サイズである。それは、例えば、ＰＺＴである。
【００６７】
圧電性材料の厚さは、例えば、バイメタルストリップの厚さ以下である。一例として、バイメタルストリップの厚さ及びＰＺＴの厚さは、２００μｍである。
【００６８】
非常に高い振動数を有するデバイスが得られ得る。それは、高い周波数において圧電性要素に負荷を掛け、電流を生成することを可能にする。
【００６９】
変形例において、デバイスは、可変容量キャパシタの電極を形成し得る。このために、導電体であるバイメタルストリップを構成する材料が選択される。キャパシタの他の電極は、バイメタルストリップに対向して配置される固定された導電材料で作られるプレートで形成され得る。
【００７０】
バイメタルストリップの振動は、キャパシタの間隔の変化をもたらし、従って電荷の注入によって電流又は電圧の変化に変換され得るその容量の変化をもたらす。
【００７１】
本発明によるデバイスは、温度変化の検出器として使用され得、それは、環境の温度が、ブリスタリング温度又はアンブリスタリング温度に相当する所定の値に達したときに振動し始める。
【００７２】
非常に有利な方式において、例えばプレスチック材料で作られるフレキシブルなシートをデバイス上に固定することができ、それは、デバイスの振動に追従し、対応する方式で変形するものである。
【００７３】
フレキシブルなシートは、デバイスの表面積より大きな表面積を有するが、デバイスの変形は、シートの全表面に伝わり、デバイスに接触しない領域にさえも伝わる。シートは、フレキシブルな圧電性材料で覆われる。従って、圧電性材料の表面積は、デバイスの表面積より大きく、それは、生成される電力の量を増加することを可能にする。
【００７４】
デバイスが、所定温度ＴＳＣの表面に接触し、所定温度未満の温度の環境に配置される動作モードを有するデバイスの例をここに記載し、それは、変換デバイスの動作中に現われない又はほとんど現われない。この表面は、図１Ａから図１Ｄの環境としてＳＣで示され、その温度は、ＴＳＣで示される。
【００７５】
この実施例において、双安定領域は、以下の熱特性を有する。
Ｔｃ６＜ＴＳＣ＜Ｔｃ４及びＴＳＣ＜Ｔｄ４
【００７６】
図２Ａから図２Ｄにおいて、表面ＳＣに接触し、環境ＳＦに配置される、本発明によるデバイスの異なる状態が示される。
【００７７】
一例として、表面ＳＣの温度は、１５０℃であり、外部環境ＳＦの温度は、３０℃である。
【００７８】
例えば、以下を選択し得る。
Ｔｃ４＝１８０℃及びＴｄ＝１６０℃
Ｔｃ６＝１２０℃及びＴｄ６＝１００℃
【００７９】
表面ＳＣの温度はＴｃ６より高く、双安定領域６は、熱的作用によって膨れ、一方の安定位置から他方の安定位置に移行する。この状態のデバイスは、図２Ｂに示される。協働的な力学的作用によって、双安定領域４はまた、図２Ｃに示されるように、双安定領域のブリスタリング中に解放される力学的エネルギーの影響下で膨れる。表面ＳＣの温度がＴｃ４より低いので、双安定領域４が熱的作用によって膨れていないことに留意すべきである。
【００８０】
表面ＳＣの温度は、Ｔｄ４より低く、双安定領域４は、図２Ｄに示されるように、ブリスタリングが解消され、その初期状態に戻り、それは、双安定領域６を機械的に駆動する効果を有する。このデバイスは、図２Ａの状態である。
【００８１】
以上に記載の段階は、表面ＳＣの温度がＴｃ６より高く、Ｔｄ４より低い限り繰り返される。
【００８２】
従って、デバイスは、環境の温度に独立して動作する。
【００８３】
反対に、デバイスは、所定温度の環境に配置され、その環境の温度より低い温度の表面に接触し得る。表面の温度は、デバイスの動作中に現われない又はほとんど現われない。
【００８４】
開始始動が、所定温度ＴＳＣの表面の温度によって及び所定温度ＴＳＣより低い外部環境ＴＳＦの温度によって制御されるデバイスの実施例をここに記載する。
【００８５】
この実施例において、双安定領域は、以下の熱特性を有する。
Ｔｃ６＜ＴＳＣ＜Ｔｃ４
ＴＳＦ＜Ｔｄ４
【００８６】
一例として、ＴＳＣは、５０℃であり、ＴＳＦは、３０℃である。
【００８７】
例えば、以下を選択する。
Ｔｃ４＝６０℃及びＴｄ４＝４０℃
Ｔｃ６＝４０℃及びＴｄ６＝２０℃
【００８８】
温度ＴＳＣがＴｃ６より高く、双安定領域６は、熱的作用によって膨れ、一方の安定位置から他方の安定位置まで移行する。協働的な力学的作用によって、双安定領域４はまた、双安定領域６のブリスタリング中に解放された力学的エネルギーの影響下で膨れる。温度ＴＳＣがＴｃ４より低いので、双安定領域４が熱的作用によって膨れていないことに留意すべきである。
【００８９】
環境の温度は、Ｔｄ４より低く、双安定領域４は、ブリスタリングが解消され、その初期状態に戻る。
【００９０】
協働的な力学的作用によって、双安定領域６は、膨れる。外部環境の温度がＴｃ６より高いので、双安定領域６が熱的作用によって膨れていないことに留意すべきである。この状態のデバイスは、図２Ａに示される。
【００９１】
以上に記載の段階は、温度ＴＳＣがＴＣ６より高く、外部環境の温度がＴｄ４より低い限りにおいて繰り返される。
【００９２】
従って、本発明によるデバイスは、単一の所定温度に晒されるとき動作することができる。それはまた、それが２つの温度を経るときに機能する。従って、その用途分野は、非常に広い。
【００９３】
例えば、Ｔｃ４及びＴｃ６の差は、非常に小さく、例えば１℃であり得るが、これは、Ｔｃ６＜ＴＳＣ＜Ｔｃ２なので、所定温度ＴＳＣの制度に依存するものである。
【００９４】
図５において、１０個の双安定領域のアレイを含む変換デバイスが見られる。隣接する双安定領域は、異なるブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有する。
【００９５】
示される実施例において、隣接する２つの双安定領域の環状領域４．２、６．２は、接触している。
【００９６】
図５の実施例において、双安定領域４、６は、協働的な影響を生成するように交互にある。
【００９７】
全ての双安定領域は、ブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有し得、それらは、低下した温度範囲で状態を変化させるものである。
【００９８】
あるいは、双安定領域は、広い温度範囲を覆うように非常に異なるブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有し得、それによって、デバイスが、所定温度ＴＳＣに対する広い温度範囲にわたって振動することを可能にする。
【００９９】
同一のブリスタリング温度及びアンブリスタリング温度を有する双安定領域の群を想定することも可能であり、各群の双安定領域は、協働的動作を保証するために他の群の双安定領域に隣接するようにバイメタルストリップに広がる。
【０１００】
これらの条件で、所定温度ＴＳＣ１において、第１の双安定領域は、熱的作用によって膨れ、それは、力学的作用によって隣接する第２の双安定領域のブリスタリングをもたらす。
【０１０１】
これらの第２の双安定領域は、それらのアンブリスタリング温度の範囲にあるので、熱的作用によって膨れず、力学的作用によって第１の双安定領域のアンブリスタリングをもたらす。
【０１０２】
他の温度ＴＳＣ２において、それは膨れる双安定領域の他の群であり、それは、力学的作用によって他の双安定領域のブリスタリングをもたらす。
【０１０３】
従って、広い温度範囲にわたって、デバイスは、依然として熱的に活性な双安定領域の群を有し、それは、他の双安定領域を力学的に動かす。
【０１０４】
図２Ａから図２Ｄの実施例の場合の熱源は、時間と共に空間的に変化し得るものである。例えば、後者の場合、変換デバイスが、表面の一端から他端までの温度勾配を示す表面と接触することを想定することが可能である。
【０１０５】
従って、異なる双安定領域は、熱的作用によって同時に膨れ又は膨れないことがあり、協働的な影響によって隣接する双安定領域を動かす。
【０１０６】
他の実施例において、変換デバイスは、少なくとも２つの双安定領域４、６を含み得る。
Ｔｃ４＞Ｔｃ６及び
Ｔｄ６＞Ｔｄ４
【０１０７】
従って、双安定領域６が熱的作用によって膨れるとき、それは、協働的影響によって双安定領域４を動かし、次いで再び、双安定領域６は、熱的作用によって膨れず、双安定領域４を動かす。
【０１０８】
あるいは、トリメタルストリップ構造体は、バイメタルストリップ構造体の代わりに使用され得る。トリメタルストリップは、２つの端部層及び１つの中心層である３つの層の材料を含む素子であり、中心層は、端部層の材料の膨張係数と異なる膨張係数を有する。例えば、外部の層は、同一の材料で作られる。
【０１０９】
端部層が同一の材料で作られるトリメタルストリップを用いることによって、両面に双安定領域を形成することが可能であり、前記双安定領域は、“同一の組成の層及び同一の連続の層”を有するので、同一の熱的特性を有するものである。さらに、双安定領域は、共に近いものであり得る。
【０１１０】
図５に実施例に記載されたような実施例において、デバイスは、平坦なプレートの形態である。それが、平坦でない表面の外形に従ってそれらに接触するように、例えば１つ又はそれ以上の湾曲及び／又は１つ又はそれ以上の平坦な部分を有する平坦でないデバイスを想定することが可能である。
【０１１１】
図５の実施例において、デバイスは、平面に延びる。三次元に延びるデバイスが想定され得る。
【０１１２】
非常に有利な形態において、図１Ａから図１Ｂのようなデバイスのスタックは、双安定領域のブリスタリング中に解放されるエネルギーを増幅することを可能にする。このようなデバイスは、図６に示される。圧電性材料１０は、スタックの一端を覆う。次いで、これは、ブリスタリング中又はアンブリスタリング中に大きなエネルギーを受け、それは、圧電性材料によって生成される電気の量を増加させる。
【０１１３】
本発明による幾つかのデバイスを結合することを想定することもができる。例えば、図４のようなデバイスが所定温度ＴＳＣに同一物体の何れかの側部に配置されるデバイスを想定することができる。次いで、デバイスは、前記物体に関して対称的であろう。再開始するために又は振動を維持するために異なる温度で振動するいくつかのデバイスを結び付けることができる。
【０１１４】
バイメタルストリップ又はトリメタルストリップは、長方形以外の形状を有し得、一定ではない厚さを有し得る。
【０１１５】
さらに、非常に有利な方式において、デバイスは、バイメタルストリップ材料の量を低減し、双安定領域の熱化、従ってそれらの状態の変化に必要な時間を低減するために双安定領域を含まない領域において窪まされ得る。これらの窪みは、図５のプレートの端部に位置し得る。
【０１１６】
動作実施例において、双安定領域のブリスタリング又はアンブリスタリングは、力学的結合によって隣接する領域のブリスタリング又はアンブリスタリングをもたらす。幾つかの双安定領域を含むデバイスの場合、協働的影響によって状態を変化させる双安定領域が、その順に、隣接する双安定領域の状態の変化をもたらし、又は、熱的作用によって状態を変化させる双安定領域が、その順に、隣接する双安定領域の状態の変化をもたらすことを想定することができる。
【０１１７】
本発明による変換デバイスは、電子部品によって生成される熱を電気に変換する電子デバイスと関連付けられることができ、その電気は、例えば電子デバイス自体によって消費され得る。それは、熱機関又は電池のレベルにおける自動車、又は、変換され得る熱を生成するあらゆる他の装置に適用され得る。
【符号の説明】
【０１１８】
４  双安定領域
４．１  中央凹部
４．２  環状領域
６  双安定領域
６．１  中央凹部
６．２  環状領域
１０  圧電性材料
ＳＣ  表面
ＳＦ  外部環境
【図１Ａ−１Ｄ】
2015518544.tif 000003
【図２Ａ−２Ｄ】
2015518544.tif 000004
【図３Ａ】
2015518544.tif 000005
【図３Ｂ】
2015518544.tif 000006
【図４Ａ】
2015518544.tif 000007
【図４Ｂ】
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【図５】
2015518544.tif 000009
【図６】
2015518544.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月7日(2015.1.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱的作用又は力学的作用によって第１の安定状態から第２の安定状態に移行することができる少なくとも１つの第１（４）及び第２（６）の双安定領域を含む、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイスであって、
熱的作用による前記双安定領域（４、６）の一方の安定状態から他方の安定状態への移行が、力学的な協働作用による前記他の双安定領域（６、４）の一方の安定状態から他方の安定状態への移行を引き起こすように、前記双安定領域（４、６）が機械的に結合され、
前記双安定領域（４、６）の各々が、それが前記第１の安定状態から前記第２の安定状態に移行する第１の温度（Ｔｃ４、Ｔｃ６）、及び、それが前記第２の安定状態から前記第１の安定状態に移行する第２の温度（Ｔｄ４、Ｔｄ６）を有し、
前記第１の温度（Ｔｃ４、Ｔｃ６）が、前記第２の温度（Ｔｄ４、Ｔｄ６）より高く、前記第１の双安定領域（４）の前記第１の温度（Ｔｃ４）が、前記第２の双安定領域（６）の前記第１の温度（Ｔｃ６）より高い、熱的エネルギーを力学的エネルギーに変換するデバイス。
【請求項２】
前記双安定領域（４、６）が、一片のバイメタルストリップ素子で作られる、請求項１に記載の変換デバイス。
【請求項３】
前記双安定領域（４、６）が、トリメタルストリップ素子で作られる、請求項１に記載の変換デバイス。
【請求項４】
形成された前記素子が、２つの対向する面を含み、双安定領域が、前記面の各々に形成される、請求項３に記載の変換デバイス。
【請求項５】
前記双安定領域（４、６）が、プレス加工によって形成される、請求項１から４の何れか一項に記載の変換デバイス。
【請求項６】
前記双安定領域（４、６）が、中央凹部（４．１、６．１）及び前記中央凹部（４．１、６．１）を囲う環状領域（４．２、６．２）を含み、前記環状領域（４．２、６．２）が、それらの外形を覆う又はそれらの外形を介して接触する、請求項１から５の何れか一項に記載の変換デバイス。
【請求項７】
隣接する双安定領域（４、６）が異なる第１の温度を有するように、互いに平行して配置される複数の双安定領域（４、６）を含む、請求項１から６の何れか一項に記載の変換デバイス。
【請求項８】
前記デバイスが、前記双安定領域（４、６）間に窪んだ部分を含む、請求項１から７の何れか一項に記載の変換デバイス。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載の少なくとも１つの変換デバイス、及び、所定温度の環境若しくは表面、又は、第１及び第２の所定温度を有する環境を含む、熱的エネルギーを電気的エネルギーに変換するアセンブリ。
【請求項１０】
前記所定温度が、前記第１の双安定領域（４）の第１の温度（Ｔｃ４）及び前記第１の双安定領域（４）の第２の温度（Ｔｄ４）より低く、前記第２の双安定領域（６）の第１の温度（Ｔｃ６）より高い、請求項９に記載の変換アセンブリ。
【請求項１１】
前記第１の所定温度（ＴＳＣ）が、前記第２の所定温度（ＴＳＦ）より高く、
前記第１の所定温度（ＴＳＣ）が、前記第１の双安定領域（４）の第１の温度（Ｔｃ４）より低く、前記第２の双安定領域（６）の第１の温度（Ｔｃ６）より高く、
前記第２の所定温度（ＴＳＦ）が、前記第１の双安定領域（４）の第２の温度（Ｔｄ４）より低い、請求項９に記載の変換アセンブリ。
【請求項１２】
２つの変換デバイスを含む、請求項９、１０又は１１に記載の変換アセンブリ。
【請求項１３】
請求項１から８の何れか一項に記載の少なくとも１つの変換デバイス、及び、前記変換デバイスによって生成される力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段を含む、電気的エネルギーを生成するシステム。
【請求項１４】
前記変換デバイスによって生成された力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段が、前記双安定領域の状態の変化によって変形されるような、前記変換デバイスに配置される圧電性材料（１０）で作られる少なくとも１つの素子を含む、請求項１３に記載の電気的エネルギーを生成するシステム。
【請求項１５】
請求項１から８の何れか一項に記載の変換デバイスのスタックを含み、前記変換デバイスのスタックによって生成される力学的エネルギーを電気的エネルギーに変換する手段が、前記スタックの一端に位置する電気的エネルギー変換デバイスに配置される圧電性材料（１０）で作られる少なくとも１つの素子を含む、請求項１３に記載の電気的エネルギーを生成するシステム。
【請求項１６】
前記電気的エネルギー変換デバイスによって生成される力学的エネルギーを変換する手段が、少なくとも１つの可変容量キャパシタを含み、前記可変容量キャパシタの電極が、前記電気的エネルギー変換デバイスによって形成され又は支持される、請求項１３に記載の電気的エネルギーを生成するシステム。
【請求項１７】
前記デバイスが、所定温度（ＴＳＣ）の環境に配置され、又は、所定温度（ＴＳＣ）の表面と接触し、
前記所定温度（ＴＳＣ）が、前記第１の温度（Ｔｃ４）より低く、前記第１の双安定領域の第２の温度（Ｔｄ４）より低く、前記第２の双安定領域（６）の第１の温度（Ｔｃ６）より高いようなものである、
請求項１から８の何れか一項に記載の変換デバイス又は請求項１３から１６の何れか一項に記載の生成するシステムの使用。
【請求項１８】
前記デバイスが、第１の所定温度（ＴＳＣ）及び第２の所定温度（ＴＳＦ）に晒され、
前記第１の所定温度（ＴＳＣ）が、前記第２の所定温度（ＴＳＦ）より高く、前記第１の所定温度（ＴＳＣ）が、前記第１の双安定領域（４）の第１の温度（Ｔｃ４）より低く、前記第２の双安定領域（６）の第１の温度（Ｔｃ６）より高く、前記第２の所定温度（ＴＳＦ）が、前記第１の双安定領域（４）の第２の温度（Ｔｄ４）より低いようなものである、
請求項１から８の何れか一項に記載の変換デバイス又は請求項１３から１６の何れか一項に記載の生成するシステムの使用。
【国際調査報告】
2015518544.tif 000011
2015518544.tif 000012
2015518544.tif 000013
2015518544.tif 000014
2015518544.tif 000015
2015518544.tif 000016