【手続補正書】
【提出日】平成20年6月17日(2008.6.17)
【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】
圧電発電装置（２０，１２０）であって、
複数の圧電素子（２２，１２２）を備え、各々の圧電素子はたわむことができるカンチレバ先端を有するカンチレバ素子を備え、さらに
前記複数の圧電素子（２２，１２２）に励起をもたらすために配置されるアクチュエータ（２４）と、
励起によって生じる電流を伝導するために前記複数の圧電素子（２２，１２２）に接続される電気伝導システム（３０）とを備え、
前記複数の圧電素子（２２，１２２）は、前記アクチュエータ（２４）に対して所定の関係で予め規定されたパターンに配置され、それによって１度に前記複数の圧電素子（２２，１２２）のうちの１つだけが作動することを特徴とする、圧電発電装置。
【請求項２】
圧電発電装置（２０，１２０）であって、
複数の圧電素子（２２，１２２）を備え、各々の圧電素子はたわむことができるカンチレバ先端を有するカンチレバ素子を備え、さらに
前記複数の圧電素子（２２，１２２）に励起をもたらすために配置されるアクチュエータ（２４）と、
励起によって生じる電流を伝導するために前記複数の圧電素子（２２，１２２）に接続される電気伝導システム（３０）とを備え、
前記複数の圧電素子（２２，１２２）は、前記アクチュエータ（２４）に対して円形パターンで配置され、
前記アクチュエータ（２４）は、前記円形パターンの中心の近傍に配置される回転部材を備え、
前記複数の圧電素子（２２，１２２）のうちの少なくとも１つは、前記円形パターンの外周に近傍する固定端と前記円形パターンの前記中心に近傍する前記カンチレバ先端とを有するカンチレバ素子を備え、
前記アクチュエータ（２４）は、少なくとも１つの前記カンチレバ素子を励起する１つのローブ（４０）を有するロータリーカムを備えることを特徴とする、圧電発電装置。
【請求項３】
圧電発電装置（２０，１２０）であって、
複数の圧電素子（２２，１２２）を備え、各々の圧電素子はたわむことができるカンチレバ先端を有するカンチレバ素子を備え、さらに
前記複数の圧電素子（２２，１２２）に励起をもたらすために配置されるアクチュエータ（２４）と、
励起によって生じる電流を伝導するために前記複数の圧電素子（２２，１２２）に接続される電気伝導システム（３０）とを備え、
前記複数の圧電素子（２２，１２２）は、前記アクチュエータ（２４）に対して所定の関係で予め規定されたパターンに配置され、
前記アクチュエータ（２４）のための駆動装置は、所定の前記複数の圧電素子（２２，１２２）に対する以前の励起応答が本質的に完全に低下した後、前記アクチュエータ（２４）が前記所定の複数の圧電素子を励起させるように配置され、
前記アクチュエータ（２４）は、前記複数の圧電素子（２２，１２２）に接触する１つのカムローブ（４０）を有するカムを備えることを特徴とする、圧電発電装置。
【請求項４】
圧電発電装置（２０，１２０）であって、
複数の圧電素子（２２，１２２）を備え、各々の圧電素子はたわむことができるカンチレバ先端を有するカンチレバ素子を備え、さらに
前記複数の圧電素子（２２，１２２）に励起をもたらすために配置されるアクチュエータ（２４）と、
励起によって生じる電流を伝導するために前記複数の圧電素子（２２，１２２）に接続される電気伝導システム（３０）とを備え、
前記複数の圧電素子（２２，１２２）は、前記アクチュエータ（２４）に対して所定の関係で予め規定されたパターンに配置され、
前記圧電素子の曲げ長さに対するたわみの大きさの比は０．１２５：２．０であることを特徴とする、圧電発電装置。
【請求項５】
各カンチレバ圧電素子（２２，１２２）は、
細長い磁心（７０）と、
前記磁心の第１の面に結合した第１の圧電セラミック要素（７２）と、
前記磁心の第２の面に結合した第２の圧電セラミック要素（７４）とを備える、請求項１、２、３または４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の圧電セラミック要素に結合された第１のカバー（７６）と、
前記第２の圧電セラミック要素に結合された第２のカバー（７８）とをさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記アクチュエータ（２４）を移動するための駆動装置（４２）をさらに備え、前記駆動装置（４２）はタービン（５２）を備える、請求項１、２、３または４に記載の装置。
【請求項８】
前記駆動装置（４２）は、風向計（５５）を有する風車タイプのタービンを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記駆動装置（４２）は、パドルホイールタイプのタービンを備える、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記予め規定されたパターンは、最大平均電力出力を得るような方法で前記複数の圧電素子の電流出力の合計が重なり合うように構成される、請求項１、２、３または４に記載の装置。
【請求項１１】
圧電発電装置（１２０）であって、
予め規定されたパターンに配置された複数のカンチレバ圧電（１２２）素子を備え、前記複数の圧電素子（１２２）のうちの少なくとも１つは、圧縮方向に積み重なる複数の圧電セラミック層のスタック（１９０）を備え、さらに
前記複数の圧電素子（１２２）に前記圧縮方向の圧縮力をもたらして、それにより前記スタック（１９０）の前記複数の圧電層を変形させるために配置されるアクチュエータ（２４）と、
各スタックの前記複数の圧電層によって生成される電荷を合計するように接続され、前記スタックの前記複数の圧電層の変形によって生じる電流を伝導するための電気伝導システム（３０）とを備える、圧電発電装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータ（２４）は、スタックの圧電セラミック層の前記スタックを圧縮することによって、前記複数の圧電素子の各々を励起する１つのローブ（４０）を有するロータリーカムである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記予め規定されたパターンは、最大平均電力出力を得るような方法で前記複数の圧電素子の電流出力の合計が重なり合うように構成される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記アクチュエータ（２４）は、円形のパターンの中心の近傍に配置される回転部材であり、前記圧電セラミック層は、前記円形パターンに対して径方向に積み重なる、請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記アクチュエータ（２４）の回転速度によって、所定の複数の圧電素子（１２２）が再度励起される前に前記所定の複数の圧電素子に対する励起応答を本質的に完全に低下させ得る、請求項１１に記載の装置。
【請求項１６】
前記アクチュエータ（２４）を移動するための駆動装置（４２）をさらに備え、前記駆動装置（４２）はタービン（５２）を備える、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記駆動装置（４２）は風向計（５５）を有する風車タイプのタービンを備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記駆動装置（４２）は、パドルホイールタイプのタービンを備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記アクチュエータ（２４）は、前記複数の圧電素子（１２２）に接触する少なくとも１つのカムローブ（４０）を有するカムである、請求項１１に記載の装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
複数の圧電素子のパターンが円形パターンである例示的な実施形態において、アクチュエータ２４は、円形パターンの中心の近傍に配置される回転部材である。たとえば、アクチュエータ２４は、アクチュエータ２４が１回転する間に１度、複数の圧電素子２２の各々を励起する、１つ以上のローブ４０を有するロータリーカムであってもよい。アクチュエータ２４は、モータまたは他のドライバ等の駆動装置４２によって回転する。図２に示す特定の実施例において、駆動装置４２は、アクチュエータ２４が上に載せ付けてある出力軸または駆動軸４４を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
電気伝導システム３０は、各圧電素子２２を電気回路８４に接続するための１組の２重の電気的リード線８０を備える。図１において、電気伝導システム３０の電気回路８４が破線として示され、回路基板または回路カードまたは同類のものを表す。電気的リード線８０は、発生装置フレーム３４のリム６０の空胴６２の周辺に好適に経路を定められる。発生装置フレーム３４にリムがない実施形態については、他の経路選択方式が利用されてもよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
圧電素子の複数の励起を含む時間にわたる単一のカンチレバ（すなわち、単一の圧電素子２２）の移動（インチによる）を、図５に示す。この移動によって、各圧電セラミック装置２２から最大エネルギー量が確実に集められる。さらにまた、各カンチレバのピエゾジェネレータ２２の角度配置を考慮することによって、回転式ピエゾジェネレータ２０からの最大平均電力出力を得るような方法で、圧電セラミック装置２２の８つすべての電流出力の合計が重なり合うように、圧電発電装置２０を設計することができる。この装置のための最適回転速度は、１分につき４００回転（ＲＰＭ）に決定された。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
入力電力が一定でないので、入力電力のＲＭＳ値を発生装置への実際の入力電力の合理的な尺度としてとみなすことは、論理的であるように思われる。カムローブは、完全に曲がるカンチレバに回転の間じゅう常に係合されるわけではないので、このことは適切だと思われる。図６から、発生装置に対する入力電力は、Ｐｉｎ＝０．０８１０Ｗである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
ピエゾジェネレータの平均出力電力を決定するには、装置からのＲＭＳ電圧およびＲＭＳ電流を決定する必要がある。単一のカンチレバ（たとえば圧電素子２２）からの電圧出力を図７に示し、８つすべてのカンチレバ（たとえば圧電素子２２）からの複合電圧出力およびＲＭＳ電圧を図８に示す。同様に、単一のカンチレバからの電流出力を図９に示し、８つすべてのカンチレバ（たとえば圧電素子２２）からの複合電流出力およびＲＭＳ電圧を図１０に示す。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
図１３は、図１２Ａの実施態様または図１２Ｂの実施態様のいずれかの用途に適する、例示的な電気回路８４を一般的に表すものであり、図１３の圧電素子１２２は分極方向に関係なく圧電セラミック要素１７３を備えるものとして示される。図１３が主に示すのは、種々の圧電素子１２２ｌから１２２jによって発生する電流は整流化されなくてもよく、加算器１８８で合計されることである。圧電セラミック要素１７３のスタックの圧縮力（方向１９２の）は、各スタックからの正の電圧出力の結果として生じるだけなので、信号を整流化することは不要である。各圧電素子１２２からの電圧出力は加算器１８８で簡単に合計されることができ、結果として出力信号となる。上述のように、線１９０の出力信号は、たとえば負荷、電池、キャパシタンスまたは他の電荷蓄積装置に適切に接続されることができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
１つの別の態様として、ローブ４０のアクチュエータ２４は、好ましくは図１４Ａに示すような滑らかな前縁４０Ａ、または、図１４Ｂで示すような傾斜する前縁４０Ｂを有するように構成される。したがって、ローブ４０の前縁は、最大動的応力値で圧電素子２２または１２２を解除するように好ましくは構成される。当業者によって認識されるように、最大動的応力値は、圧電気が分極化しなくなり（ｄｅｐｏｌｅ）始める極限引張応力値よりも小さい。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
【図１】圧電発電装置の第１の例示的な実施形態の平面図である。
【図２Ａ】駆動装置が交流電動機である実施形態のための、図１の圧電発電装置の断面側面図である。
【図２Ｂ】駆動装置が水車等のタービンである実施形態のための、図１の圧電発電装置の断面側面図である。
【図２Ｃ】駆動装置が風向計等のタービンである実施形態のための、図１の圧電発電装置の断面側面図である。
【図２Ｄ】駆動装置が別のモータまたはジェネレータからの動力取出し装置を備える実施形態のための、図１の圧電発電装置の断面側面図である。
【図２Ｅ】駆動装置が直流（ＤＣ）電動機からの動力取出し装置を備える実施形態のための、図１の圧電発電装置の断面側面図である。
【図２Ｆ】圧電発電装置によって収集されるエネルギーによって駆動装置が増強される実施形態のための、図１の圧電発電装置の断面側面図である。
【図３】カンチレバタイプの圧電素子の断面側面図である。
【図３Ａ】カンチレバ素子の圧電セラミック要素が一方向に分極化される例示的な実施形態のカンチレバ素子の、図１の線３−３に沿って切断した径方向の断面図である。
【図３Ｂ】カンチレバ素子の圧電セラミック要素が対向して分極化される例示的な実施形態のカンチレバ素子の、図１の線３−３に沿って切断した径方向の断面図である。
【図４Ａ】図１の圧電発電装置の電気伝導システムにおいて利用される、第１の例示的な電気回路の概略図である。
【図４Ｂ】図１の圧電発電装置の電気伝導システムにおいて利用される、第１の例示的な電気回路の概略図である。
【図５】例示的な一連の作動における圧電素子の複数の励起を備える、選択された時間にわたる単一の圧電素子の移動を示すグラフである。
【図６】例示的な一連の作動における時間の関数としての例示的な圧電発電装置への電力入力を示すグラフである。
【図７】例示的な一連の作動における単一の圧電素子からの電圧出力を示すグラフである。
【図８】例示的な一連の作動における複数の圧電素子からの複合電圧出力および複数の圧電素子からのＲＭＳ電圧出力を示すグラフである。
【図９】例示的な一連の作動における単一の圧電素子からの電流出力を示すグラフである。
【図１０】例示的な一連の作動における複数の圧電素子からの複合電流出力および複数の圧電素子からのＲＭＳ電流出力を示すグラフである。
【図１１】圧電発電装置の第２の例示的な実施形態の平面図である。
【図１２Ａ】圧電セラミック要素が一方向に分極化される、図１１の実施形態の圧電素子の部分上面図である。
【図１２Ｂ】圧電セラミック要素が対向する方向に分極化される、図１１の実施形態の圧電素子の部分上面図である。
【図１３】図１１の圧電発電装置の電気伝導システムにおいて利用される、例示的な電気回路の概略図である。
【図１４】図１４Ａおよび図１４Ｂは、有用な例示的なカムローブの断面を示す、アクチュエータの部分上面図である。
【図１５】積み重ねられた圧電発電装置を有するアセンブリの側方断面図である。