(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキースポーツを行なうためのボードであって、
長手方向軸を有する長手方向に延伸する本体と、
前記本体に積層され、前記本体の機械的変形時に機械的パワーを電気的パワーに変換する少なくとも二つの変換器と、
前記少なくとも二つの変換器に共通に接続され、前記変換器に電力を供給する電気回路とを備え、
前記二つの変換器は、互いに垂直に、かつ前記本体の長手方向軸に対しそれぞれ斜めに設けられ、
前記変換器に供給される電力はすべて前記機械的変形から抽出されたパワーから得られ、
前記変換器は前記電気的パワーを機械的パワーに変換し、該機械的パワーは前記ボードを能動的に剛化するために適応されることを特徴とするボード。
【請求項２】
前記少なくとも二つの変換器と前記電気的回路との電気的接続は、積層されたフレキシブル回路により確立される請求項１記載のボード。
【請求項３】
前記少なくとも二つの変換器は、長形の形状を有し、前記ボードの滑走面に隣接して前記本体に積層される請求項１または２記載のボード。
【請求項４】
前記少なくとも二つの変換器は、長方形の形状を有する請求項３記載のボード。
【請求項５】
前記長形の変換器の各々は、前記ボードの長手方向軸に対して、３０〜６０度の角度で前記ボードの本体上に設けられる請求項１記載のボード。
【請求項６】
前記長形の変換器の各々は、前記ボードの長手方向軸に対して、３０〜４５度の角度で前記ボードの本体上に設けられる請求項５記載のボード。
【請求項７】
前記少なくとも二つの変換器は、ねじり振動の波腹点に配置され、前記電気回路は、前記ねじり振動の第一モードを最小にするまたは抑制するように適応される請求項１〜５のいずれかに記載のボード。
【請求項８】
前記少なくとも二つの変換器および前記電気回路は、６０Ｈｚないし１８０Ｈｚの周波数範囲で前記ボードを剛化するために適応される請求項１から７のいずれか一項記載のボード。
【請求項９】
前記少なくとも二つの変換器および前記電気回路は、８５Ｈｚないし１２０Ｈｚの周波数範囲で前記ボードを剛化するために適応される請求項８記載のボード。
【請求項１０】
前記少なくとも二つの変換器および前記電気回路は、振動振幅を少なくとも１．５分の１に低減するために適応される請求項１から８のいずれか一項記載のボード。
【請求項１１】
前記少なくとも二つの変換器および前記電気回路は、振動振幅を少なくとも２．０分の１に低減するために適応される請求項１０記載のボード。
【請求項１２】
０．００５０ないし０．０１００の範囲の減衰比を有する請求項１から１１のいずれか一項記載のボード。
【請求項１３】
０．００６５ないし０．００７５の範囲の減衰比を有する請求項１２記載のボード。
【請求項１４】
０．００７１の減衰比を有する請求項１３記載のボード。
【請求項１５】
前記変換器は繊維状の変換器材料を含む請求項１から１４のいずれか一項記載のボード。
【請求項１６】
前記電気回路は、前記変換器から抽出される電力を蓄積する記憶素子を備える請求項１から１５のいずれか一項記載のボード。
【請求項１７】
前記変換器は、圧電体、反強誘電体、電歪体、圧磁体、磁歪体、磁性形状メモリ、および圧電セラミック材のうちの少なくとも一つである請求項１から１６のいずれか一項記載のボード。
【請求項１８】
前記少なくとも二つの変換器は、８ｃｍ2〜１６ｃｍ2のサイズである請求項１から１７のいずれか一項記載のボード。
【請求項１９】
前記少なくとも二つの変換器は１０ｃｍ2〜１４ｃｍ2のサイズである請求項１８記載のボード。
【請求項２０】
前記少なくとも二つの変換器は１２ｃｍ2のサイズである請求項１９記載のボード。
【請求項２１】
前記変換器は、平行アレイ状に配列された一連の可撓性の延伸ファイバーを含む複合体である請求項１から２０のいずれか一項記載のボード。
【請求項２２】
二つの変換器が前記ボードの長手方向で互いに離間している請求項１から２１のいずれか一項記載のボード。
【請求項２３】
スキースポーツを行なうためのボードを剛化する方法であって、
ａ）前記ボードの機械的変形時に前記ボードに積層された少なくとも二つの変換器に生じた機械的パワーを電気的パワーに変換する工程と、
ｂ）前記少なくとも二つの変換器に共通に接続された電気回路へ前記電気的パワーを供給する工程と、
ｃ）前記電気回路から前記変換器へ電力を供給する工程であって、前記変換器へ供給される電気的パワーはすべて前記機械的変形から抽出されたパワーから得られる工程と、
ｄ）前記変換器により前記電気的パワーを機械的パワーに変換し、前記変形に対する前記変換器の反作用により前記ボードを能動的に剛化する工程とを含み、
前記二つの変換器は、互いに垂直に、かつ前記本体の長手方向軸に対しそれぞれ斜めに設けらることを特徴とする方法。
【請求項２４】
前記ボードは、請求項１から２２のいずれか一項記載のボードである請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
請求項１から２２のいずれか一項記載のボードを製造する方法であって、
ａ）前記ボードに前記電気回路を受けるための凹部を設ける工程と、
ｂ）前記凹部に前記電気回路を搭載する工程と、
ｃ）前記ボード上に前記少なくとも二つの変換器を、互いに垂直に、かつ前記本体の長手方向軸に対しそれぞれ斜めに設置し、前記少なくとも二つの変換器と前記電気回路とを電気的に接続する工程と、
ｄ）加圧および／または加熱により、前記変換器と前記電気回路とを前記ボード上に積層する工程とを含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記凹部は、前記ボードの装着具収容領域に設けられる請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記凹部は、装着具の前部および後部のための二つの装着具収容領域の間に、設けられる請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
二つの変換器が前記ボード上に設けられ、それぞれの変換器は互いに垂直に配置されるよう前記ボードの長手方向軸に対して傾ける請求項２５〜２７のいずれか一項記載の記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダウンヒルスキー、クロスカントリースキー、スノーボードなどのスキーをするためのボード、かかるボードを剛化する方法、およびかかるボードを製造する方法に関する。特に、本発明は、最適な取り扱い性および性能を確立するための電子回路を備えたダウンヒルスキーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子回路を備えたスポーツ用具が数種類知られている。たとえば、単一のスポーツ用具の本体と、電気エネルギーおよび機械的ひずみエネルギーを変換するための圧電ひずみ素子を含む電気能動アセンブリと、本体の振動応答を制動させるように、電気能動アセンブリを介して電気エネルギーを導いて、圧電ひずみ素子のひずみを制御するために、電気能動アセンブリに接続された回路とを備えたスポーツ用具がある（例えば、特許文献１および２参照）。電気能動アセンブリはひずみ結合により本体と一体化されている。このアセンブリは、ひずみエネルギーを電気エネルギーに変換しその電気エネルギーを分流し、スポーツ用具の本体に放散させる、受動部品であってもよい。有効な形態では、システムには、圧電シート材を有する電気能動アセンブリと、取り替え可能な電池などの別電源とが含まれる。スキーにおいて、制動を行なうために根元近くのひずみの大きい領域に電気能動素子が配置され、電気能動素子はスキーのひずみエネルギーの約１〜５パーセントを捕捉するといわれている。ひずみの大きい領域は、スポーツ用具のシステムをモデル化することで見出してもよく、または用具使用中に生じるひずみ分散を実験的にマッピングすることにより特定してもよい。別の形態では、電気能動素子は、共振を除去し、異なる状況に性能を適応させる、あるいは用具の取り扱い性または快適性を向上させることを目的としている。
【０００３】
同様のスポーツ用具として、圧電セラミックを含む層といった、本体の領域にわたって機械的に結合されているひずみ変換材と、用具からのひずみエネルギーを結合しその性能を改善するために、ひずみ変換材に取り付けられるか、またはひずみ変換材との間で接続が切換られる回路とを備えたものがある（例えば、特許文献３参照）。スキーにとって、有効な回路の一つは、スキーの性能帯域に調整され、スキーの構造的モードの近傍領域でエネルギー放散を高める低Ｑ共振誘導分流器である。このモードは、検出または予想された条件に基づいて選択されてもよく、一方、上記近傍領域は、スキーまたはその部品の製造バラツキまたは寸法バラツキにより生じる一次またはより高次の自由構造共振の周波数バラツキを含むよう規定されてもよい。また、近傍領域は、使用時の実際の外乱、たとえば特定の範囲の速度、特定の雪の状態、または温度、速度、雪、および地形の組み合わせで、スキーの際に励起される振動などにより駆動されたときにモードがとる周波数の範囲を含むように、選択されてもよい。さらに、同様のスポーツ用具も提案されている（例えば、特許文献４および５参照）。
【０００４】
また、圧電ダンパを備えたスキーまたはスノーボードなどのボードについても提案されている（例えば、特許文献６、７および８参照）。圧電ダンパは、ボードが振動または変形するとき、圧電材もまた変形するようにボードの本体に配置されている。圧電材が変形すると電気信号を生成し、それは制御回路に供給される。制御回路は電気信号を受信し、電気信号に抵抗を与えるか、または圧電材に制御信号を与える。結果としての抵抗または制御信号により圧電材がボードの変形に抵抗し、ダンパとして機能する。圧電ダンパは、ボード上の装着具の間に配置されてもよく、前側の装着具の前に配置されてもよく、後ろ側の装着具の後ろに配置されてもよく、または２個所以上に配置されてもよい。好適な形態において、圧電ダンパは、電気グリッドが設けられた一層以上の圧電材の層からなる。圧電材および電気グリッドは、エポキシ樹脂またはプラスチック樹脂などの有機基材内に封止されている。
【０００５】
【特許文献１】
国際公開第９７／１１７５６号パンフレット
【０００６】
【特許文献２】
米国特許第５８５７６９４号明細書
【０００７】
【特許文献３】
国際公開第９８／３４６８９号パンフレット
【０００８】
【特許文献４】
国際公開第９９／５１３１０号パンフレット
【０００９】
【特許文献５】
国際公開第９９／５２６０６号パンフレット
【００１０】
【特許文献６】
国際公開第９７／０４８４１号パンフレット
【００１１】
【特許文献７】
欧州特許第０８４１９６９号明細書
【００１２】
【特許文献８】
米国特許第５７７５７１５号明細書
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１および２、または上記特許文献３〜５に記載のスポーツ用具は、取り扱い性および性能、例えば制動特性を満足していない。従来の装置がさらに有する欠点としては、電子回路が、生成された電気エネルギーを受動アセンブリである分流器（たとえば、抵抗器やＬＥＤ）によって単純に放散させるだけであるか、または、能動アセンブリを形成するよう、電子回路に電気エネルギーを供給するために、追加の電源（例えば、電池）が必要になるという点にある。これら選択肢は共に、効率、性能、取り扱い性および製造の点に関して完全に十分であるとは言えない。
【００１４】
また、上記特許文献６〜８に記載のボードの大きな欠点としては、ボードの性能に関する重要性を詳細に考慮せずに、単純に振動を減衰する点にある。すなわち、ボードの振動が過度に減衰されてボードの剛性が低下する点にある。
【００１５】
したがって、本発明は、スキーまたはスノーボードなどの改良されたボード、ボードを剛化する改良された方法、およびかかるボードの製造方法を提供することを目的とし、特に、かかるボードの取り扱い性および性能特性の改善という要求が依然として存在する。この目的および要求は特許請求の範囲の特徴により達成される。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るボードは、ボード上に配置された少なくとも一つの変換器に接続された自給電力式の電気回路を備える。具体的には、本発明に係るボードは、スキースポーツを行なうためのボードであって、長手方向軸を有する、長手方向に延伸する本体と、本体に積層され、変形の際に機械的エネルギーまたはパワーを電気的エネルギーまたはパワーに変換する少なくとも一つの変換器と、変換器に接続された電気回路を備える。この電気回路は、変換器にエネルギーまたはパワーを供給し、変換器に供給される電気的エネルギーまたはパワーはすべて機械的変形から抽出されたエネルギーまたはパワーから導出される。変換器は、電気的エネルギーまたはパワーを機械的エネルギーまたはパワーに変換し、機械的エネルギーまたはパワーはボードを能動的に剛化するために適応される。
【００１７】
一つの好適な形態において、少なくとも一つの変換器と電気的回路との電気的接続は、積層されたフレキシブル回路、すなわち、ボードの本体に積層され得るほぼ平らな配線構造により確立される。少なくとも一つの変換器は通常、長形、好ましくは長方形を有し、ボードの滑走面に隣接して本体に積層される。好ましくは、変換器は、本体内部でスキーのコア層と滑走面の間に積層される。二つの変換器が同一の電気回路に電気的に接続され、ボードの本体上に設けられることが好ましい。さらに好ましくは、長形の変換器の各々は、滑走面にほぼ平行に、かつボードの長手方向軸に対して約３０°〜６０°、好ましくは約４５°の角度で、ボードの本体上に設けられる。二つの変換器は好ましくは、互いに垂直に、かつ本体の長手方向軸に対してそれぞれ斜めに設けられる。二つまたはそれ以上の変換器がボードの長手方向に互いに離間していてもよく、またはそれらは交差していてもよく、すなわち、ボードの長手方向軸に沿ったほぼ同じ位置に設けられてもよい。
【００１８】
本発明のボードに使用される変換器は、通常、ねじり振動の波腹点に、すなわちボードの揺動または振動が最大振幅となる領域に配置され、電気回路がねじり振動の第一モードを最小にまたは抑制するように適応されていると最も有効である。少なくとも一つの変換器および電気回路は、６０Ｈｚないし１８０Ｈｚの周波数範囲で、好ましくは８５Ｈｚないし１２０Ｈｚの周波数範囲でボードを剛化するよう適応されることが好ましい。少なくとも一つの変換器および電気回路は振動振幅を少なくとも１．５分の１、好ましくは少なくとも２．０分の１に低減するよう適応されることが好ましい。本発明のボードは、０．００５０ないし０．０１００の範囲の、好ましくは、０．００６５ないし０．００７５の範囲の、さらに好ましくは約０．００７１の減衰比を得ることができる。
【００１９】
通常、電気回路は、変換器から抽出される電力を蓄積する記憶素子を備える。変換器は、圧電体、反強誘電体、電歪体、圧磁体、磁歪体、磁性形状メモリ、および圧電セラミック材のうちの少なくともひとつであることが好ましい。変換器は通常平らなシート状で、各変換器は通常約８ｃｍ2〜１６ｃｍ2、好ましくは約１０ｃｍ2〜１４ｃｍ2、最も好ましくは約１２ｃｍ2のサイズである。
【００２０】
さらに、本発明によれば、ボードの取り扱い性および性能特性の改善という要求は、ボードの変形時にボードに積層された少なくとも一つの変換器に誘起された機械的パワーを電気的パワーに変換する工程と、変換器に接続された電気回路へ電気的パワーを供給する工程と、電気回路から変換器へ電力を供給する工程であって、変換器へ供給される電気的パワーはすべて機械的変形から抽出されたパワーから得られる工程と、変形に対抗する変換器の反作用によりボードを能動的に剛化するために、変換器により電気的パワーを機械的パワーに変換する工程とを含むことを特徴とする、スキースポーツを行なうためのボードを剛化する方法により達成される。
【００２１】
本発明のボードは、好ましくは、電気回路を受けるための凹部をボードに設ける工程と、凹部に電気回路を搭載する工程と、少なくとも一つの変換器を設け、変換器と電気回路とを電気的に接続する工程と、加圧および／または加熱により変換器と電気回路とをボードに積層する工程により製造される。
【００２２】
凹部はボードの装着具収容領域に、特に装着具の前部および後部のための二つの装着具収容領域の間に、設けられることが好ましい。二つの変換器は、ボード上に好適には互いに垂直に配置されるよう、ボードの長手方向軸に対して傾けて設けられることが有効である。
【００２３】
好適な形態において、変換器は、平行アレイ状に配列された一連の可撓性の延伸ファイバーを含む、構成部材の変形を起こすまたは検出する、複合体である。各ファイバーは互いにほぼ平行で、隣接したファイバーは比較的柔軟な変形可能なポリマーによって離間されており、ポリマーは、その電気的特性または弾性特性を変化させるための添加物を含む。さらに、各ファイバーは、共通の分極方向を有する。複合体はさらに、電界を印加または検出するための、ファイバーの軸方向に沿った可撓性導電性の電極材料を含む。電極材料は反対の極性の電極を形成するインターディジタルパターンを有し、電極は交互に離間され、ファイバーの軸に沿った成分を有する電界を印加するよう構成される。ポリマーはファイバーの電極間に挿入されている。好ましくは、ファイバーは圧電材料を含む電気セラミックである。このタイプの変換器については、米国特許第５８６９１８９号明細書により詳しく記載されている。
【００２４】
本発明の更なる詳細および利点は、図面で例示される以下の好適な実施形態に記載されている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のボードの好適な実施の形態について、スキー２の概略を示す図１および２を参照しながら説明する。一般的に、スキー２は、長手方向軸６を有する、長手方向に延びる本体４を含む。図１に示されるように、スキーの先端１０を形成する第一端部８、および第二端部１２を有するカービングスキーとしてのスキー２において、第一端部８と第二端部１２の間には、第一端部８と第二端部１２の幅よりも狭い幅の中間部１４が存在する。ただし、本発明によると、カービングスキー以外にも、その他の種類のボード、たとえば従来のスキー、モノスキー、スノーボード、などが適用可能である。
【００２６】
さらに、スキー２は、本体４に積層された少なくとも一つの変換器１６、好適には二つの変換器１６を備えている。図１には、それぞれ長形の、好適には長方形または平行四辺形の形状を有する二つの変換器１６が示されている。変換器１６は、スキー２の長手方向軸６に対して角度約３０°ないし６０°で、好適には約４５°でスキー２の本体４に積層され、４５°より小さい角度で取り付けられた場合、二つの変換器１６は好適には互いに垂直になるように配置される。
【００２７】
変換器１６は、変形の際に機械的パワーを電気的パワーに変換したり、その逆を行なったりするために適用される。好適には、変換器１６は圧電体、反強誘電体、電歪体、圧磁体、磁歪体、磁性形状メモリ、および圧電セラミック材のうちの少なくともひとつである。各シート状変換器１６の面積は通常約８ｃｍ2ないし１６ｃｍ2、好適には約１０ｃｍ2ないし１４ｃｍ2、最も好適には約１２ｃｍ2である。
【００２８】
変換器１６は、スキー２の本体４上に積層され、各々の（または共通の）電気接続部１８を経由して、電子回路基板（図示せず）上に搭載された自給電力式の電気回路２０に電気的に接続される。変換器１６と自給電力式の電気回路２０の組み合わせは、本発明のスキー２の性能を改善することを企図している。特に、これらの素子はスキー中に起きる揺動または振動を低減するためのものである。たとえば、ダウンヒルスキーヤーが変換器１６および自給電力式の電気回路２０を内蔵する本発明のスキー２を使用する際に、スキー２が地面（たとえば雪や氷）上を滑走動作する間に生じる揺動または振動は、変換器を変形し、変換器１６からエネルギーを抽出するために使用される。このエネルギーは、次に、電気接続部１８経由で電気回路２０へ伝送され、電気回路２０は信号を変換器１６へ送り戻し、変換器１６を駆動して能動的にスキー２を剛化する。
【００２９】
図２（ａ）、図２（ｂ）、および図２（ｃ）に示すように、スキー２の本体４は好適には凹部または切り込み部２２を有し、そこに電気回路２０を搭載した自給電力式の電子回路基板が配置される。凹部２２は、好適には本発明のスキー２の滑走面層２４と上面層２８の間の適所に、本体４の製造工程中に形成される。図２（ａ）〜図２（ｃ）の断面図からわかるように、スキー２の本体４は、複数の層２４、２６、２８（この３層のみ概略的に示される）を含む積層構造を有していてもよく、これらの層は従来のようにプレス、好適には熱間プレスにより積層することができる。さらに、スキー２は、本技術分野では周知のように、本体４の長手方向の各々のエッジにライニングまたはボーダリング（ｌｉｎｉｎｇ  ｏｒ  ｂｏｒｄｅｒｉｎｇ）３０を有してもよい。
【００３０】
自給電力式の電気回路２０は、回路部品が実装された電子回路基板上に設けられる。好適には、回路基板はまた、変換器１６から抽出された電力を蓄電する記憶素子も戴置する。本発明の好適な実施の形態によると、凹部２２は、電気回路２０が凹部２２に配置された後、少なくとも部分的に材料で充填され、電気回路２０がそこに固定される。好適には、電気回路２０を凹部２２に固定する材料は、凹部２２に充填されて体積を増大させ、少なくとも部分的にスキー２の本体４中の窪みを充填する発泡体である。代替または追加の構成として、電気回路２０は、凹部２２に接着剤によって本体４に実装されてもよい。または、電気回路２０は本体４のどの位置に配置されてもよく、たとえば、電気回路２０はスキー２の本体４の外側に配置されてもよい。これら構成のどの場合であっても、外側からスキー２の本体４を介して視認できる集積回路（ＩＣ）として電気回路２０が設けられればよい。
【００３１】
再度図１を参照すると、電気回路２０はスキー２の装着具収容領域に設けられることがわかる。装着具収容領域は、装着具の前部を収容するための第一収容領域３２と、装着具の後部を収容するための第二収容領域３４とを備え、電気回路２０は第一収容領域３２と第二収容領域３４の間に配置される。
【００３２】
本発明のスキー２は、スキー滑走中に通常生じるねじり変形に対抗して、本体４を剛化するように特に構成されている。したがって、少なくとも一つの変換器１６が、最大ねじり変形の起こるスキー２の領域に実装されていることが好ましい、すなわち、変換器１６がねじり振動の波腹点に配置され、電気回路２０が、ねじり振動の第一モードを最小にするまたは抑制するように変換器へ信号を供給するように構成されていることが好ましい。さらに、スキー２の前面または反対側の後面に変換器１６を配置すると有利であり、これは本体４の弾性線から最も離れているところに最大の変形が予想できるためである。したがって、本発明によると、変換器１６は、スキー２の滑走面層２４に隣接して積層されるのが好ましい（図２（ｃ））。図２（ｃ）に示す実施形態において、変換器１６は、本体４内部でスキー２の中心層２６と滑走面層２４の間に、変換器１６が中心層２６にわずかに食い込むような状態で積層されている。または、変換器１６が、滑走面層２４に食い込むように、または、中心層２６と滑走面層２４の両方に食い込むようになっていてもよい。
【００３３】
さらに、スキー本体４の最大ねじり変形は、スキー滑走中に、スキー２の第一端部すなわち前方端部８内またはその近傍に生じると推定される。本発明の範囲では、一つの変換器１６または一対の変換器１６を滑走面層２４に隣接させて設け、さらに変換器１６をスキー本体４の弾性線の反対側に、たとえば、スキー本体４の上面に隣接させて設けることも可能である。いいかえれば、スキー２の弾性線の一方の側または両側に一つ以上の変換器１６を設けてもよい。たとえば、複数の変換器１６をスキー２の上面および下面それぞれに隣接して設置、たとえば、積層して、性能を改善してもよい。
【００３４】
スキー本体４に積層された少なくとも一つの変換器１６は、ポリエステル基板材料上に、銀インクでスクリーン印刷されたインターデジタル電極（ＩＤＥ）、一方向配向のＰＺＴ−５Ａ鉛系の圧電ファイバー、および熱硬化性樹脂マトリクス材から成ることが好ましい。前述のように、変換器１６は感知および駆動の二重の目的をもつ。変換器１６は、スキー本体４の歪みを感知し、電極サブシステムを経由して電気回路２０へ電気的出力を供給するために使用される。これらはまた、動作変形が検知されたときにスキー本体４を駆動するために使用される。ファイバーは好ましくは圧電ファイバーであり、変換器１６として機能し、機械的変形を電気的エネルギーに、電気的エネルギーを機械的変形に変換する。変形が起こったとき、ファイバーは表面電荷を生じさせ、逆に電界が印加されると変形が引き起こされる。使用中のスキー２の機械的歪みは変換器１６を変形させ、圧電ファイバーをひずませる。インターデジタル電極は、ひずんだ圧電ファイバーにより生じた表面電荷を捕捉し、電荷が適切な電気回路２０へ導かれるよう電気経路を提供する。逆に、インターデジタル電極はまた、スキー２によって引き起こされた振動を弱めるように、変換器１６の圧電ファイバーを駆動する電気経路を提供する。
【００３５】
この好適な変換器１６は、特定の圧力、温度、時間プロファイル下で、圧電ファイバーおよびマトリクス樹脂が二つのＩＤＥ電極間に積層されて製造される。ＩＤＥパターンは当該複合物の一方の側または両側で使用してもよい。この積層複合物は、特定の温度および時間プロファイル下で高電圧で分極する。この過程により変換器１６の動作の分極モードが確立し、変換器１６の電力誘導タブの電気的“接地”極性の探知を必要とする。このタイプの変換器１６についての更なる詳細およびその製造については、米国特許第５８６９１８９号に開示されている。本発明での使用に好適な市販の変換器は、“Ｓｍａｒｔ  Ｐｌｙ”（米国マサチューセッツ州ビレリカの、コンティニューム・コントロール社（Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）製）として知られる能動ファイバー複合層である。
【００３６】
図２（ｂ）を参照すると、変換器１６と電気回路２０間の電気的接続部１８は、好適には、いわゆる「フレキシブル回路」により確立していることがわかる。たとえば、かかるフレキシブル回路は、ポリエステル基板材上に銀インクのスクリーン印刷導線を備えている。タブすなわち導線の端子の領域以外で、絶縁材料の層が導線上に積層されている。導線の一端では、露出した導線が、変換器１６のタブすなわち端子の形状に整合されている。導線の他端では、はんだ付け可能なピンが露出した導線に圧着されている。好適には、導線の端部領域が屈曲させられている。これは、スキー２の本体４に設けられた、電気回路２０を塔載する電子回路基板用の凹部２２へ、フレキシブル回路の経路を効率よくとるためである。このように、フレキシブル回路は、好ましくは図２（ｂ）に示すように、スキー２の滑走面２４に隣接して本体４上に積層される。
【００３７】
本発明のスキー２に使用される電気回路２０は、自給電力式の電気回路であり、すなわち、電池のような外部電源を必要としない。好適には、電気回路２０は、能動および受動部品を標準的な表面実装技術（ＳＭＴ）を利用して搭載したプリント配線基板（ＰＷＢ）を備えている。電気回路の部品は、たとえば、高電圧ＭＯＳＦＥＴ、コンデンサ、抵抗器、トランジスタ、インダクタなどである。使用される回路配置については以下で詳細に説明する。
【００３８】
電気回路または電子回路基板２０は、変換器アクチュエータから電荷を抽出し、一時的に保存し、スキーまたはボードを能動的に、特にねじり変形に対して、剛化するよう再印加するためのものである。電子回路は、電圧波形のピーク時の第一モードの一周期につき二回スイッチングを行なうことにより動作する。スイッチング相は変換器の端子の電圧を、理論上の開回路電圧を基準に９０°シフトさせる。この移相により変換器１６およびスキー２からエネルギーが抽出される。抽出されたエネルギーは、変換器アクチュエータにバイアスをかけることにより、端子電圧を上昇させる。ＭＯＳＦＥＴおよび他の電子部品に有限の損失があるため、電圧は無限に上昇するわけではない。スイッチングが生じるのは、スキー２を剛化するのにまたは振動を減衰させるのに十分なエネルギー、たとえば、初期の振幅の約３５％、好適には２５％を抽出するまでである。
【００３９】
たとえば、変換器１６は、圧電変換器、反強誘電変換器、電歪変換器、圧磁性変換器、磁歪変換器、磁性形状記憶変換器、または圧電セラミック変換器であってもよい。
【００４０】
少なくともひとつの変換器１６および好適にはフレキシブル回路１８は、特定の温度、圧力および時間プロファイル下で適当な樹脂材料を用いて、スキー本体４上に積層される。好適には、少なくともひとつの変換器１６が、本体４自体の製造に使用された樹脂と同じ樹脂を使用して本体４上に積層される。変換器１６およびフレキシブル回路１８の積層は、本体４の製造と同時に行われるか、または、本体４の製造後の工程で行われてもよい。変換器１６およびフレキシブル回路１８をスキー本体４上に積層した後、さらに保護膜を、変換器１６および／またはフレキシブル回路１８上に形成してもよい。保護膜は、たとえばガラス布、ガラス繊維マット、および／または、ラッカーもしくはワニスを含んでいてもよい。本発明のスキー２に実装されている各変換器１６は、約８ｃｍ2〜１６ｃｍ2の大きさであり、好ましくは約１０ｃｍ2〜１４ｃｍ2の大きさであり、最も好ましくは約１２ｃｍ2の大きさであるとよい。変換器１６と電気回路２０の間の電気接続部１８は、好適には、図２（ｂ）に示されるように、中心層２６と滑走面層２４の間に積層される。
【００４１】
以下、図５（ａ）〜図３４を参照して、電気回路２０の好適な実施形態について説明する。図５（ａ）を参照すると、たとえばスキー滑走に応じて起こるスキー２の変形などの外乱３６により駆動される変換器１６から電力を抽出するための電気回路３４は、増幅回路、制御回路、および記憶素子３８を含む。増幅回路は、変換器１６へのおよび変換器１６からの双方向の電力の流出入を可能にする増幅回路であればよく、たとえばスイッチング増幅器、スイッチキャパシタ増幅器、または容量性電荷ポンプでもよい。記憶素子３８はコンデンサなどである。増幅回路は、変換器１６から記憶素子３８への電流の流れ、また、記憶素子３８から変換器１６への電流の流れを与える。
【００４２】
図５（ｂ）を参照すると、スイッチング増幅器は、たとえばＭＯＳＦＥＴ４０および４２、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＳＣＲ等で半ブリッジに構成されたスイッチと、ダイオード４４および４６とを含む。（または、かかるスイッチは、ダイオードを使用しないで、双方向性にすることも可能である。）ＭＯＳＦＥＴ４０および４２は、例えば約１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの高周波でＯＮ、ＯＦＦにスイッチングされる。スイッチング増幅器は、インダクタ４８を介して変換器１６に接続する。インダクタ４８の値は、ＭＯＳＦＥＴ４０、４２の高いスイッチング周波数より低く、外乱３６のエネルギーにおいて重要な最高周波数より高くなるよう選択され、インダクタ４８は回路３４の高周波数スイッチング信号をフィルタ処理する。
【００４３】
インダクタ４８に流れる電流は、ＭＯＳＦＥＴ４０、４２のスイッチングにより決定され、以下の４段階に分けることができる。
【００４４】
段階Ｉ  ＭＯＳＦＥＴ４０がＯＦＦで、ＭＯＳＦＥＴ４２がＯＮに切り替えられ、変換器１６からのエネルギーをインダクタが蓄積するに従い、インダクタ４８の電流が増加する。
【００４５】
段階ＩＩ  ＭＯＳＦＥＴ４２がＯＦＦされ、ＭＯＳＦＥＴ４０がＯＮされ、インダクタ４８がエネルギーを放出するに従い、電流がダイオード４４を通過し記憶素子３８に流入する。
【００４６】
段階ＩＩＩ  インダクタ４８の電流が負になるに従い、電流がダイオード４４を流れなくなり、ＭＯＳＦＥＴ４０を流れるようになり、記憶素子３８からのエネルギーがインダクタ４８へ送られる。
【００４７】
段階ＩＶ  ＭＯＳＦＥＴ４０がＯＦＦされ、ＭＯＳＦＥＴ４２がＯＮされ、ダイオード４６を流れる電流が増加し、インダクタ４８に蓄積されたエネルギーが変換器１６へ送られる。
【００４８】
図６（ａ）は、上記４段階について、（ｉ）インダクタ４８を通過する電流の経時変化、（ｉｉ）各段階で電流が流れているのはどのＭＯＳＦＥＴまたはダイオードか、（ｉｉｉ）各段階におけるＭＯＳＦＥＴの状態、をグラフで表したものである。スイッチング段階の正味の電流は、外乱の状態およびスイッチのデューティサイクルに応じて正でも負でもよい。図６（ｂ）を参照すると、電流は全４段階中ずっと正であってもよく、その場合、電流はスイッチ４２およびダイオード４４を流れる。または、図６（ｃ）を参照すると、電流は全４段階中ずっと負であってもよく、その場合、電流はスイッチ４０およびダイオード４６を流れる。
【００４９】
ＭＯＳＦＥＴ４０は、段階ＩＩの間は、電流の流れに影響を与えること無くＯＦＦとすることができ、ＭＯＳＦＥＴ４２は、段階ＩＶの間は、電流の流れに影響を与えること無くＯＦＦとすることができる。これは、それぞれの段階においては、電流がＭＯＳＦＥＴには流れないからである。もしＭＯＳＦＥＴ４０、４２をそれぞれ段階ＩＩおよびＩＶの間はＯＮとするのであれば、一方のＭＯＳＦＥＴをＯＦＦしてから他方のＭＯＳＦＥＴをＯＮするまでの間に不動作時間を挿入することもできる。これによりＭＯＳＦＥＴ４０、４２の交差導通によるスイッチング損を低減することができる。
【００５０】
図７（ａ）〜図７（ｇ）に、開回路変換器の電圧振幅を１０Ｖとした場合の（図８（ａ）参照）、変換器１６から抽出された電力の一例をグラフで示す。この例では、変換器１６は、厚さ２ｍｍ、面積１０ｃｍ2のＰＺＴ−５Ｈ圧電変換器である。この変換器の特性は、コンプライアンスＳE33＝２．０７(１０-11ｍ2／Ｎ、誘電率εT33／(0＝３４００、および結合係数ｄ33＝５９３(１０-12ｍ／Ｖである。変換器の容量値は１５ｎＦである。以下で説明する波形は、変換器に１０Ｖの開回路電圧が生じるような、厚さ方向、振幅２５０Ｎ、１００Ｈｚの正弦波の外乱に対応している。
【００５１】
図７（ａ）は、変換器１６の電圧ＶＴ（ボルト）を時間の関数で表したものである。電圧のピーク振幅は開回路変換器のピーク電圧の２倍よりも大きい。ここで、電圧ＶＴのピーク振幅は約６０Ｖである。図７（ｂ）は、変換器１６の電流ＩＴ（アンペア）の波形を示し、図７（ｃ）は、変換器１６における電荷ＱＴ（クーロン）の波形を示している。記憶素子３８から変換器１６への電流の流れにより、変換器１６を通過する電流ＩＴの積分のピークは、外乱のみによる短絡回路変換器の電流の積分のピークの２倍よりも大きい（図８（ｂ）、図８（ｃ）参照）。
【００５２】
電圧波形および電流波形の位相整合により、変換器１６への電力および変換器１６からの電力ＱＴ（ワット）は、図７（ｄ）に示されるように、約０．０２１Ｗ〜−０．０１６Ｗのピークの間を交番する。このように、変換器１６に外乱３６がかかっている期間中、たとえば、一正弦波周期中に、変換器１６へ記憶素子３８から、また、変換器１６から記憶素子３８へ電力が流れ、変換器１６から記憶素子３８への正味電力流がもたらされる。周期は正弦波周期でなくともよく、たとえば外乱は、多重高調波、または、方形波状、三角波状、鋸歯状波などの広域周波数成分、一定帯域のホワイトノイズなどを含む。
【００５３】
インダクタ４８への電力ＰＩ（ワット）は図７（ｅ）に示されている。ＭＯＳＦＥＴ４０、４２の高周波数スイッチングは、上記のように、電力ＰＩの波形に見られる。電力ＰＩの波形が正であれば、電力はインダクタ４８に蓄積され、波形が負であれば、電力はインダクタ４８から放電される。
【００５４】
抽出されたパワーＰＥ（ワット）およびエネルギーＥＥ（ジュール）をそれぞれ図７（ｆ）および図７（ｇ）に示す。０．０６秒の期間中に、約１．５(１０-4ジュールのエネルギーＥＥが抽出されている。この回路の利点は、他の場合よりも高いピーク電圧およびピーク電荷が変換器により得られ、より高いパワーが入力外乱より抽出され得ることである。外乱３６に比例した適当な振幅と位相を有する電圧を変換器１６に印加することにより、負荷がかかったときの変換器１６に起こる機械的たわみは、他の場合よりも大きくなる。このように、外乱３６によって一層大きな働きが変換器１６に対して為され、より大きなエネルギーが回路から抽出される。
【００５５】
再度図５（ｂ）を参照すると、ＭＯＳＦＥＴ４０、４２のデューティサイクルは、外乱３６の動作を測定し、外乱３６の動作に整合するよう経時変化するデューティサイクルを選択することにより制御される。これにより、周波数範囲の広い外乱に対しても効果的なパワー抽出が可能になる。制御論理部は、外乱３６の動作およびその他の特性を計測するセンサと、制御回路とを含む。センサには、ひずみ計、微小圧力センサ、ＰＶＤＦフィルム、加速度計や、能動ファイバー複合センサなどの複合センサがある。センサは、スイッチング増幅器のＭＯＳＦＥＴ４０、４２を駆動する電子回路を制御するためのセンサ信号を供給する。センサが測定できるシステムの状態は、例えば、振動振幅、振動モード、物理的ひずみ、位置、変位、加速度、および、力、圧力、電圧または電流などの電気的または機械的状態、また、これらの組み合わせ、これらの変化率、さらには温度、湿度、高度、または空気流の速度および方向などである。概して、システムの機械的または電気的特性に対応する、物理的に計量可能な量ならなんでも、計量することができる。
【００５６】
ＭＯＳＦＥＴ４０および４２のデューティサイクルを決定するための可能な制御方法または手順には、比率フィードバック、正の位置フィードバック、位置積分微分フィードバック（ＰＩＤ）、線形二次ガウス法（ＬＱＧ）、モデル・ベース・コントローラや、様々な動的補償器、などがある。
【００５７】
図７（ａ）〜図７（ｇ）に示す例では、１００Ｈｚの外乱で、１００ｋＨｚのスイッチング周期を使用した。インダクタ４８および変換器１６の時定数が１０００Ｈｚに対応するように、インダクタ４８のインダクタンスとして１．６８Ｈを選択した。ＭＯＳＦＥＴ４０、４２のデューティサイクルは、比率フィードバックを使用して制御した。記憶素子３８の電圧は６０Ｖに設定した。
【００５８】
図５（ａ）を参照すると、変換器１６からパワーを抽出する別の制御方法または手順では、回路の制御されたスイッチのデューティサイクルは、ブーストコンバータ（Ｂｏｏｓｔ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）またはバックコンバータ（Ｂｕｃｋｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）の法則方程式に基づいて、変換器電圧が記憶素子の電圧へ段階的に上昇または下降するよう特定される。ブーストコンバータは、変換器１６に生じた開回路電圧が記憶素子３８の電圧よりも低いときに、変換器１６からパワーを抽出することを可能にする。バックコンバータは、変換器１６に生じた開回路電圧が記憶素子３８の電圧よりも高いときに、変換器１６から効率よくパワーを抽出することを可能にする。
【００５９】
制御方法または手順には、変換器１６の電圧がある限界よりも低いとき、ＭＯＳＦＥＴ４０、４２およびサポートする電子回路の部分がＯＦＦし、記憶素子３８からの不必要な電力の放出を防止するような、動作停止モードを含めることができる。または、ＭＯＳＦＥＴ４０、４２は、制御方法により必要となるデューティサイクルがある閾値よりも高いか低いときに動作を停止することができる。
【００６０】
図９は、外乱と記憶素子の間のパワーの流れおよび情報の流れを示す図である。機械的外乱からのパワーが、機械的パワーを電気的パワーに変換する変換器に送られる。変換器からのパワーは、スイッチング増幅器を介して記憶素子へ送られる。パワーはまた、記憶素子から変換器へスイッチング増幅器を介して流れることができる。変換器は、入力されたどんな電気的パワーも機械的パワーに変換することができ、機械的パワーは、たとえば本発明のスキー２の本体４（図１０）などの、外乱を生ずる構造に作用する。正味パワーは記憶素子へ流れる。
【００６１】
センサおよび制御回路用のパワー、および変換器が必要とする周期的ピークパワーは、記憶素子に蓄積されたエネルギーによって供給され、当該エネルギーは外乱から抽出されたものである。追加または代替の構成としては、記憶素子に蓄積されたエネルギーが、外部電力供給部および／または電力抽出回路自身に電力供給するために使用されてもよい。
【００６２】
このシステムにおける損失には、変換器によるエネルギー変換での損失、ダイオード４４、４６およびＭＯＳＦＥＴ４０、４２での電圧降下による損失、スイッチングでの損失、回路を通じた寄生抵抗または寄生容量による損失などがある。
【００６３】
最大のパワーの生成を所望するか、それとも剛化アクチュエータとして機能する変換器が自給電力式であるかを所望するかによって、制御方法または手順を変えることができる。最大のパワー生成を所望する場合、フィードバック制御ループは、好適には、センサからの信号を使用して、ＭＯＳＦＥＴ４０、４２が変換器１６に電圧を印加するようにし、変換器１６に作用し外乱３６と同調して変換器１６を縮めたり伸ばしたりする機械的作用を増大させるよう変換器１６が機能し、必然的に変換器１６を外乱３６に対して柔軟にする。ただし、外乱３６から抽出されるエネルギーが大きければ大きいほど、外乱３６を生成するスキー本体４（図１０）の振動も大きくなる。
【００６４】
変換器１６が機械的外乱３６を剛化するために使用される場合、フィードバック制御ループは、センサからの信号を使用して、ＭＯＳＦＥＴ４０、４２のデューティサイクルを調整し、変換器１６に電圧を印加し、これにより変換器１６は振動を剛化するよう機能する。このシステムにより、自給電力式の剛化が可能になり、変換器１６により生成されたパワーは、剛化のために変換器１６にパワー供給するために使用される。
【００６５】
図１０を参照すると、ひとつ以上の変換器１６をスキー本体４上の一個所以上に取り付け、積層し、ひとつの取込／駆動回路（またはひとつ以上の取込／駆動回路）に接続することができる。スキー２の本体４の変形が変換器１６にかかる機械的外乱３６を生成する。
【００６６】
変換器１６は、たとえば、圧電変換器、反強誘電変換器、電歪変換器、圧磁性変換器、磁歪変換器、磁性形状記憶変換器である。圧電変換器の例としては、ＰＺＴ−５Ｈ、ＰＺＴ−４、ＰＺＴ−８、ＰＭＮ−ＰＴ、微粒子ＰＺＴ、およびＰＬＺＴなどの多結晶セラミクスと、ＰＶＤＦやＰＶＤＦ−ＴＦＥのような電歪ポリマーや強誘電ポリマーなどのポリマーと、ＰＺＮ−ＰＴ、ＰＭＮ−ＰＴ、ＮａＢｉＴｉ−ＢａＴｉ、およびＢａＴｉなどの単結晶強誘電材料と、能動ファイバー複合体や粒子複合体など前記材料の複合体であって、連結パターンが一般的には１−３、３−３、０−３、２−２のものとがある。
【００６７】
変換器１６の可能な機械的構成としては、たとえば、厚さ（３３）モード、横方向（３１）モード、平面（ｐ）モード、またはせん断（１５）モードの円盤またはシートと、厚さ（３３）モードの単層または多層、バイモルフ、モノモルフ、積層構造と、横方向または長手方向に分極されたロッドまたはファイバーと、半径方向、周方向、または軸方向に分極されたリング、円筒、または管と、半径方向に分極された球と、磁性システム用に積層されたロールとがある。変換器１６は、装置外の力／圧力や変形を変換器１６への適切かつ有効な力／圧力および変形に変換する機械的装置に一体化されていてもよい。
【００６８】
外乱３６は、加えられた圧力、加えられた変位、またはその組み合わせである。変換器１６に前記３３方向に印加される外乱について、システムが変換器１６のひずみ振幅を特定して設計される場合、変換器１６を形成する材料は、ｋgen2ｓgenE、たとえば、ｋ332ｓ33Eを最大にするよう選択されなければならない。システムが変換器１６のひずみを特定して設計される場合、材料は、ｋgen2／ｓgenD、たとえば、ｋ332／ｓ33Dを最大にするよう選択されなければならない。ここで、ｋgenは変換器１６にかかる、ある一般的な外乱についての実効材料結合係数で、ｓgenEは短絡回路状態における一般的な外乱または変換器の変位に関する実効コンプライアンスで、ｓgenDは開回路状態における一般的な外乱または変換器の変位に関する実効コンプライアンスである。
【００６９】
図１１を参照すると、別の好適な実施形態において、変換器１６からパワーを抽出するための回路１１０は、直列に接続されている二つの記憶部品１２２、１２４を含む記憶素子１２０を備える。変換器１６の一方の側１２６は記憶部品１２２、１２４の中央ノード１２８に接続されている。この接続により変換器１６にバイアスがかけられ、変換器１６の電圧が正または負のときに回路１１０を作動させる。
【００７０】
図１２を参照すると、回路２１０はＨブリッジ・スイッチング増幅器２１６を含む。第一の手法では、制御論理部２１８がＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａを共に作動させ、ＭＯＳＦＥＴ２３４、２３４ａを共に作動させる。
【００７１】
段階Ｉ  ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａがＯＦＦで、ＭＯＳＦＥＴ２３４、２３４ａがＯＮに切り替えられ、ＭＯＳＦＥＴ２３４、２３４ａを電流が通過し、変換器１６からのエネルギーがインダクタ２４０、２４０ａに蓄積される。
【００７２】
段階ＩＩ  ＭＯＳＦＥＴ２３４、２３４ａがＯＦＦされ、ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａがＯＮされ、電流がダイオード２３６、２３６ａを通過し、インダクタ２４０、２４０ａに蓄積されたエネルギーが記憶素子３８に送られる。
【００７３】
段階ＩＩＩ  電流が負になるに従い、電流がダイオード２３６、２３６ａを流れなくなり、ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａを流れるようになり、記憶素子３８からのエネルギーがインダクタ２４０、２４０ａへ送られる。
【００７４】
段階ＩＶ  ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａがＯＦＦされ、ダイオード２３８、２３８ａを流れる電流が増加し、インダクタ２４０、２４０ａに蓄積されたエネルギーが変換器１６へ送られる。
【００７５】
第２の手法では、変換器１６の所望の電圧の極性に応じて、任意の所与の時点でＨブリッジの半分のみを作動させる。正の電圧が所望であれば、ＭＯＳＦＥＴ２３４ａがＯＦＦされ、ＭＯＳＦＥＴ２３２ａがＯＮされ、変換器１６の２２６ａ側が接地される。ＭＯＳＦＥＴ２３２および２３４は図６を参照して説明したようにＯＮ、ＯＦＦされ、変換器１６の２２６側の電圧に影響を与える。変換器１６で負の電圧が所望であれば、ＭＯＳＦＥＴ２３２がＯＦＦされ、ＭＯＳＦＥＴ２３４がＯＮされ、変換器１６の２２６側が接地される。ＭＯＳＦＥＴ２３２ａおよび２３４ａは図４を参照して説明したようにＯＮ、ＯＦＦされ、変換器１６の２２６ａ側の電圧に影響を与える。
【００７６】
図１３を参照すると、図１２の回路が、センサおよび制御回路に電力を供給する独立した電源、例えば電池２５０などを含むよう変更されている。記憶素子は前記と同様、変換器１６へ送られる、または変換器１６から受け取った電力を蓄積するものである。
【００７７】
図１４（ａ）を参照すると、変換器１６からパワーを抽出するための増幅回路の代わりに、簡易な共振パワー抽出回路３００を使用することもできる。回路３００は、共振回路３０２、整流器３０４、制御論理部３０６、および、充電電池やコンデンサなどの記憶素子を含む。共振回路３０２は、変換器に結合されてシステムの電気的共振を生成するコンデンサおよびインダクタなどの素子を含む。共振回路３０２は変換器１６からの、または変換器１６への、電力の流れをもたらす。センサおよび制御回路３０８は、シャントレギュレータなどを利用して記憶素子の電圧レベルを調整するために、または、値が異なる部品の群の中の異なるインダクタやコンデンサに切り替えることにより共振回路を調整するために、使用することができる。
【００７８】
たとえば、図１４（ｂ）を参照すると、圧電変換器１６は、インダクタ３１２により形成される共振回路３０２に接続される。共振回路３０２は、インダクタ３１２の値に依存した狭い周波数帯域において有効である。インダクタ３１２の値は、変換器１６の容量とインダクタ３１２のインダクタンスとの共振周波数が主周波数かその近傍、外乱３６の周波数または周波数域、または機械的システムの共振周波数に調整されるよう選択される。整流器３０４は、ダイオード３１４、３１６を含む倍電圧整流器である。変換器１６から抽出されたパワーは、記憶素子３１８、３２０に蓄積される。
【００７９】
磁歪変換器１６の場合、共振回路３０２は、変換器１６と並列に接続されたコンデンサを含むことができる。
【００８０】
インダクタ３１２の電圧の振幅は、共振の結果、電圧が上昇しダイオード３１４、３１６のひとつに順方向バイアスをかける程度になるまで、大きくなる。これは、インダクタ３１２の電圧が記憶素子３１８、３２０のひとつの電圧よりも大きいときに起こる。
【００８１】
スキー滑走中にスキー２に生じ得るような正弦波外乱の場合、回路３１０を流れる電流は次の４段階で説明できる。
【００８２】
段階Ｉ  変換器電圧がゼロから上昇するにつれ、変換器電圧が記憶素子３１８の電圧より小さい間は、ダイオード３１４、３１６に電流は流れない。
【００８３】
段階ＩＩ  変換器電圧が記憶素子３１８、３２０の電圧より大きくなると、ダイオード３１４に順方向バイアスがかかり、ダイオード３１４を介して記憶素子３１８に電流が流れる。
【００８４】
段階ＩＩＩ  変換器電圧が低下すると、ダイオード３１４、３１６には逆バイアスがかかり、再びダイオードには電流が流れなくなる。
【００８５】
段階ＩＶ  変換器電圧が負のときで記憶素子３２０の電圧よりも大きさが大きいとき、ダイオード３１６に順方向バイアスがかかり、ダイオード３１６を介して記憶素子３２０に電流が流れる。変換器電圧が上昇し始めると、ダイオード３１４、３１６に逆バイアスが再びかかり、段階Ｉから繰り返される。
【００８６】
図１５（ａ）〜図１５（ｇ）に、回路３１０における変換器１６の電圧の開回路振幅を１０Ｖとした場合の、変換器１６から抽出された電力の一例をグラフで示す。この例では、図７（ａ）〜図７（ｇ）に示した例と同様の変換器および外乱が使用されている。インダクタおよび変換器の時定数が１００Ｈｚに対応する１６８Ｈのインダクタが、この例では使用されている。
【００８７】
図１５（ａ）は、図１４の変換器１６の電圧ＶＴ（ボルト）を時間に対する関数として示したものである。電圧ＶＴのピーク振幅は、共振の結果、記憶素子３１８、３２０の電圧より大きくなるまで増大する。この電圧ＶＴは、外乱３６のみによって、変換器１６の開回路電圧のピーク電圧の２倍よりも大きくなる（図８（ａ）参照）。ここで、電圧ＶＴのピーク振幅は約６０Ｖである。（定常状態への遷移が示されているが、この回路は純粋な変遷シナリオで動作し得る）。
【００８８】
図１５（ｂ）は変換器１６の電流ＩＴ（アンペア）の波形を示し、図１５（ｃ）は変換器１６における電荷ＱＴ（クーロン）の波形を示している。回路の共振により、変換器１６の電流ＩＴの積分のピークは、外乱のみによる短絡回路変換器の電流の積分のピークの２倍よりも大きい（図８（ｂ）、図８（ｃ）参照）。
【００８９】
電圧波形および電流波形の位相整合により、変換器１６への電力および変換器１６からの電力ＰＴ（ワット）は、図１５（ｄ）に示されるように、約０．０２Ｗ〜−０．０２Ｗのピークの間を交番する。このように、変換器１６に外乱３６がかかっている期間中、たとえば、一正弦波周期３４６中に、変換器１６へ共振回路３１２から、また、変換器１６から共振回路３１２へ電力が流れ、変換器１６から記憶素子３１８、３２０への正味電力流がもたらされる。周期は正弦波周期でなくともよく、たとえば外乱は、多重高調波、または、方形波、三角波、鋸歯状波などの広域周波数成分や、広帯域ノイズなどを含む。
【００９０】
インダクタ３１２への電力ＰＩ（ワット）は図１５（ｅ）に示されている。波形が正であれば、電力ＰＩはインダクタ３１２に蓄積され、波形が負であれば、電力ＰＩはインダクタ３１２から放電される。
【００９１】
抽出されたパワーＰＥ（ワット）およびエネルギーＥＥ（ジュール）をそれぞれ図１５（ｆ）および図１５（ｇ）に示す。０．０６秒の期間中に、約１．０(１０-4ジュールのエネルギーＥＥが抽出されている。
【００９２】
記憶素子３１８、３２０の電圧は、パワー抽出の効率を最適化するよう調整される。たとえば、変換器に整流器が結合されず、並列に接続されている変換器およびインダクタが同じ外乱下で共振するとした場合、記憶素子３１８、３２０の電圧は、最適には、変換器のピーク定常状態電圧の約半分である。適応システムは、変化するシステム周波数、減衰、剛性、または挙動に適応するセンサを使用し、共振器または記憶素子電圧レベルを調整する。
【００９３】
図１６は、外乱と記憶素子の間のパワーの流れ、および情報の流れ（点線）を示す図である。機械的外乱からのパワーは、機械的パワーを電気的パワーに変換する変換器に送られる。変換器からのパワーは共振回路３０２および整流器３０４を介して記憶素子へ送られる。パワーは共振回路３０２から変換器へも送られる。変換器は受けたどんな電気的パワーをも機械的パワーに変換することができ、次いで機械的パワーは機械的外乱、すなわちスキー本体４に作用する。
【００９４】
センサおよび制御回路３０８用のパワーは、記憶素子に蓄積されたエネルギーにより供給され、当該エネルギーは外乱から抽出されたものである。変換器が必要とする周期的ピークパワーは共振回路３０２によって供給される。追加または代替の構成としては、記憶素子に蓄積されたエネルギーを用いて、振動抑制用に外部電力供給部または電力抽出回路自身に電力供給することもできる。
【００９５】
記憶素子を使用するのではなく、抽出されたパワーを外部電力供給部に直接用いることもできる。
【００９６】
別の共振回路３２２が図１７に示されている。共振回路３２２は、全波ブリッジとして接続された、インダクタ３１２およびダイオード３２４、３２６、３２８、および３３０を備える。変換器１６から抽出されたパワーは記憶素子３３２に蓄積される。
【００９７】
回路３２２を流れる電流は次の４段階で説明できる。
【００９８】
段階Ｉ  変換器電圧がゼロから上昇するにつれ、変換器電圧が記憶素子３３２の電圧より小さい間は、ダイオード３２４、３２６、３２８、および３３０に電流は流れない。
【００９９】
段階ＩＩ  変換器電圧が記憶素子３３２の電圧より大きくなると、ダイオード３２４、３２６に順方向バイアスがかかり、ダイオード３２４、３２６を介して記憶素子３３２に電流が流れる。
【０１００】
段階ＩＩＩ  変換器電圧が低下すると、すべてのダイオードに逆バイアスがかかり、当該システムは開回路として動作する。
【０１０１】
段階ＩＶ  変換器電圧が負となり記憶素子３３２の電圧よりも大きさが大きいとき、ダイオード３２８、３３０に順方向バイアスがかかり、ダイオード３２８、３３０を介して記憶素子３３２に電流が流れる。変換器電圧が上昇し始めると、すべてのダイオードに逆バイアスが再びかかり、段階Ｉから繰り返される。
【０１０２】
図１８を参照すると、さらに改良された共振回路３５０は、二対のコンデンサ−インダクタ３５２、３５４および３５５、３５６と、二つの共振インダクタ３５７、３５８とを備える。コンデンサ−インダクタの対はそれぞれ注目する異なる周波数に調整される。このようにして、回路３５０は、当該機械的システムの複数の外乱周波数または複数の共振周波数、またはその近傍に調整できる複数の共振周波数を有する。回路３５０の共振の数を増やすために、さらにコンデンサやインダクタが組み込まれていてもよい。抵抗をインダクタと直列または並列で設けることにより広帯域動作が得られる。図１８は、図１４（ｂ）に示したのと同様に動作する倍電圧整流器３６０に接続された電圧共振回路３５０を示している。
【０１０３】
図１４（ｂ）および１８の異なる共振回路はそれぞれ、全波ブリッジ整流器やＮ段並列整流器など、異なる整流回路に取り付けることができる。
【０１０４】
変換器１６からエネルギーを抽出するための受動の倍電圧整流器回路４１０を図１９に示す。回路４１０はダイオード４１４、４１６を備える。変換器１６から抽出されたパワーは、記憶素子４１８、４２０に蓄積される。
【０１０５】
回路４１０を流れる電流は次の４段階で説明できる。
【０１０６】
段階Ｉ  変換器電圧がゼロから上昇するにつれ、変換器電圧が記憶素子４１８の電圧より小さい間は、ダイオード４１４、４１６に電流は流れない。
【０１０７】
段階ＩＩ  変換器電圧が記憶素子４１８の電圧より大きくなると、ダイオード４１４に順方向バイアスがかかり、ダイオード４１４を介して記憶素子４１８に電流が流れる。
【０１０８】
段階ＩＩＩ  変換器電圧が低下すると、ダイオード４１４、４１６に逆バイアスがかかり、当該回路は開回路として動作する。
【０１０９】
段階ＩＶ  変換器電圧４が負となり記憶素子４２０の電圧よりも大きさが大きいとき、ダイオード４１６に順方向バイアスがかかり、ダイオード４１６を介して記憶素子４２０に電流が流れる。変換器電圧が上昇し始めると、ダイオード４１４、４１６に逆バイアスが再びかかり、段階Ｉから繰り返される。
【０１１０】
図２０（ａ）〜図２０（ｆ）に、回路４１０における変換器１６の電圧の開回路振幅を１０Ｖとした場合の、変換器１６から抽出された電力の一例をグラフで示す。図２０（ａ）は、変換器１６の電圧ＶＴ（ボルト）を時間に対する関数で表したものである。電圧ＶＴのピーク振幅は約５Ｖである。図２０（ｂ）は変換器１６の電流ＩＴ（アンペア）の波形を示し、図２０（ｃ）は電荷ＱＴ（クーロン）の波形を示している。
【０１１１】
変換器１６へのおよび変換器１６からのパワーＰＴ（ワット）は、図２０（ｄ）に示されるように、約５(１０-4Ｗのピーク値を有する。抽出されたパワーＰＥ（ワット）およびエネルギーＥＥ（ジュール）はそれぞれ図２０（ｅ）および図２０（ｆ）に示されている。０．０６秒間に、約０．７５(１０-5ジュールのエネルギーＥＥが抽出される。
【０１１２】
記憶素子４１８、４２０の電圧は、パワー抽出を最適化するように調整される。記憶素子４１８、４２０の電圧は、最適には、同じ機械的外乱を受けた開回路変換器に現れる電圧の約半分である。
【０１１３】
図２１を参照すると、受動のＮ段並列整流器４３０において、記憶素子４３２の電圧は、外乱３６の電圧の振幅のＮ倍である。コンデンサ４３４、４３６は、各段における電圧が前段の電圧よりも高いエネルギー記憶素子として機能する。コンデンサ４３８、４４０、および４４２は各段から次段へと電荷を、ダイオード４４４〜４４９を介して送るポンプとして機能する。前述のような共振回路を整流器４３０に組み込むこともできる。
【０１１４】
変換器は分割されていてもよく、電気的特性を最適化するために、異なる電極又はコイル構成、すなわち、変換器１６への電気的接続が使用されてもよい。かかる構成は、図２２（ａ）および図２２（ｂ）の圧電変換器に示され、当該圧電変換器では、同じ体積の材料および同じ外乱について、異なる電極構成が変換器１６の電圧出力か電流出力かのトレードオフを行う。たとえば、図２２（ａ）では、変換器１６は長手方向に分割されて電極４５０、４５２、４５４と並列に接続され、高電流と低電圧を提供している。図２２（ｂ）では、変換器領域が分割されて電極４５６、４５８、４６０、４６２と直列に接続され、高電圧と低電流を提供している。
【０１１５】
図２３を参照すると、変換器５０１から電気的パワーを抽出するための回路５００は、インダクタ５０２、対称な二つの副回路５０４ａ、５０４ｂを備えている。各副回路５０４ａ、５０４ｂは、ダイオード５０５ａ、５０５ｂ、スイッチング素子５０６ａ、５０６ｂ、記憶素子５０７ａ、５０７ｂ、および制御部５０８ａ、５０８ｂをそれぞれ有する。スイッチング素子５０６ａ、５０６ｂはたとえば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、またはＳＣＲなどである。記憶素子５０７ａ、５０７ｂは、たとえば、コンデンサ、再充電可能な電池、またはそれらの組み合わせである。
【０１１６】
回路５００は、好適には、変換器５０１が結合されるスキースポーツを行うためのボードのねじり振動を剛化するために使用される。
【０１１７】
回路５００の動作について、図２４（ａ）〜図２４（ｃ）を参照して説明する。図２４（ａ）は、回路５００が無い場合、振動外部外乱の結果として変換器５０１に生じる電圧（開回路電圧）を示す。回路５００の動作は４段階に分けることができる。図２４（ｂ）および図２４（ｃ）はこの４段階をグラフで示したものであり、図２４（ｂ）は変換器５０１の電圧を時間の関数で表したもの、図２４（ｃ）は変換器５０１の電流を時間の関数で表したものである。
【０１１８】
段階Ｉ  変換器５０１の電圧が振動外乱に応じて上昇し、スイッチ５０６ａおよび５０６ｂが両方ともＯＦＦ位置となり、スイッチに電流が流れない。
【０１１９】
段階ＩＩ  変換器５０１の電圧がピークに達した後、制御部５０８ａがスイッチ５０６ａをＯＮする。変換器５０１からの電流が、インダクタ５０２、ダイオード５０５ａ、およびスイッチ５０６ａを介してエネルギー記憶素子５０７ａへ流れる。
【０１２０】
段階ＩＩａ  スイッチ５０６ａがＯＮし、変換器５０１の電流の振幅が大きくなり、インダクタ５０２および記憶素子５０７ａにエネルギーが蓄積される。この過程で、変換器５０１の電圧が低下し、記憶素子５０７ａの電圧が上昇する。インダクタ５０２の電圧がゼロに達するまで、変換器５０１からの電流が引き続き増加する。
【０１２１】
段階ＩＩｂ  変換器５０１からの電流が減少し始め、インダクタ５０２に蓄積されたエネルギーが放出され、変換器５０１の電圧をゼロ以下に低下させる。これはインダクタ５０２のエネルギーが無くなるまで続き、その時点で変換器５０１の電圧は、段階ＩＩ開始以前の変換器の電圧値の、負の値に近づく。
【０１２２】
段階ＩＩＩ  次の半サイクルに両スイッチ５０６ａ、５０６ｂがＯＦＦとなり、変換器５０１の電圧は、振動外乱に応じて低下しつづける。
【０１２３】
段階ＶＩ  変換器５０１の電圧が最小値に達した後、回路中のもう一方の、対称的な半分５０４ｂが駆動される。制御部５０８ｂがスイッチ５０６ｂをＯＮする。変換器５０１からの電流が、インダクタ５０２、ダイオード５０５ｂ、およびスイッチ５０６ｂを介してエネルギー記憶素子５０７ｂへ流れる。
【０１２４】
段階ＩＶａ  スイッチがＯＮし、変換器５０１の電流の振幅が大きくなり、インダクタ５０２および記憶素子５０７ｂにエネルギーが蓄積される。この過程で、変換器５０１の電圧が低下し、記憶素子５０７ｂの電圧が上昇する。インダクタ５０２の電圧がゼロに達するまで、変換器５０１からの電流が引き続き増加する。
【０１２５】
段階ＩＶｂ  変換器５０１からの電流が減少し始め、インダクタ５０２に蓄積されたエネルギーが放出され、変換器５０１の電圧をゼロ以下まで低下させる。これはインダクタ５０２のエネルギーが無くなるまで続き、その時点で変換器５０１の電圧は、段階ＩＶ開始以前の変換器の電圧値の、負の値に近づく。
【０１２６】
上記４段階が繰り返されるにつれて、変換器５０１の電圧の大きさが大きくなる。この電圧は、回路５００が無い場合に変換器５０１で測定されるであろう電圧の何倍もの大きさになり得る。その結果、段階ＩＩおよびＩＶ時に、変換器５０１からより大きなエネルギーが抽出される。
【０１２７】
スキーを剛化するために、好適には、図２３に示される回路５００が変換器５０１に接続される。回路５００は、スキー滑走中に変換器から抽出されるエネルギーを蓄積するために設けられた二つのエネルギー記憶素子５０７ａおよび５０７ｂを備える。スキーが振動を受けるとすぐに、変換器が印加された機械的外乱を電圧信号に変換する。段階ＩＩおよびＩＶ時に、この電圧信号が、各エネルギー記憶素子５０７ａおよび５０７ｂに電気的エネルギーを蓄積するために使用される。この蓄積された電気的エネルギーは、次に、段階ＩＩＩおよび段階Ｉ時に（図２４（ｂ）参照）能動的にスキー２を剛化するために使用されるが、ここでは電気エネルギーは逆に変換器へ供給される。このようにして変換器に電圧が供給されると変換器にその電圧を機械的エネルギーに変換させ、その機械的エネルギーがスキーの振動運動に反作用し、よって振動に対してスキーを能動的に剛化するように、スイッチ５０６ａおよび５０６ｂのタイミングが制御される。図２４（ａ）および図２４（ｂ）を比較すると、振動の連続する二つのピーク（すなわち、図２４（ａ）の曲線の極大点）間では、回路５００により変換器に印加される電圧は極性が変わらない。したがって、印加される電圧により、ひとつのピークから次のピークまで振動の動きの方向とは反作用する力がスキー２に加えられる（例えば、段階ＩＩＩ）。続いて、回路が変換器の電圧の極性を変化させる。スキー２の振動の逆方向の動きの間は、変換器に反対の極性の電圧が印加され（段階Ｉ）、このようにスキーの動きに再び反作用しスキー２の振動を抑制する力が加えられる。
【０１２８】
図２５を参照すると、制御部５０８ａ、５０８ｂはそれぞれ、スイッチ５０６ａ、５０６ｂの電圧を処理するフィルタ回路５３１およびスイッチ駆動回路５３２を備える。本実施形態では、制御部は、図示されない電池や電源などの外部電圧源から電力供給される。スイッチの電圧が低下し始めると、フィルタ回路５３１は信号を微分してスイッチをＯＮする。さらに、フィルタ回路５３１には、スイッチの電圧が所定の閾値より大きくなると、ノイズを除去してスイッチをＯＮにするための部品を含めることができる。フィルタ回路５３１にはまた、外乱の特定のモードに応答するための共振素子を含めることもできる。
【０１２９】
図２６を参照すると、別の実施形態において、制御部は、変換器５０１からの電流により充電される記憶素子５４１を備える。記憶素子５４１は、その後フィルタ回路５３１に電力供給し駆動回路５３２を切り替えるために使用される。本実施形態は、外部電力供給部の必要が無いという意味で、自給電力式である。
【０１３０】
図２７を参照すると、変換器５０１から電気的パワーを抽出するための自給電力式回路５５０は、制御部５４９ａ、５４９ｂおよび変換器５０１を作動させるための外部電源を必要としない。コンデンサ５５１は、回路動作の段階Ｉの間（すなわち、変換器の電圧が上昇している間）、抵抗器５５２を介して、および／または抵抗器５５４、コンデンサ５５５、およびダイオード５５７を介して充電され、記憶素子５４１として機能する。ツェナーダイオード５５３は、コンデンサ５５１の電圧が所定の限界を超えることを防止する。変換器５０１の電圧が低下し始めると、フィルタ（抵抗器５５４とコンデンサ５５５）がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ５５６をＯＮする。ＭＯＳＦＥＴ５５６がスイッチ５０６ａをＯＮし、コンデンサ５５１に蓄積されていたエネルギーを使用してＭＯＳＦＥＴ５５６のゲートに電力供給する。この過程でコンデンサ５５１は放電し、これにより所望の期間後スイッチ５０６ａをＯＦＦする。次いで、同じ過程が回路の他の半分で繰り返される。
【０１３１】
図２８を参照すると、変換器５７０から電気的パワーを抽出するための回路５６９は、整流器５７１、インダクタ５７２、スイッチング素子５７３、記憶素子５７４、および制御部５７５を備える。スイッチング素子５７３は、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、またはＳＣＲである。記憶素子５７４は、たとえば、コンデンサ、再充電可能な電池、またはその組み合わせである。制御部５７５は、図２７を参照して説明した、自給電力式の制御部５４９ａに対応する。整流器５７１は、第一入力端子５７１ａおよび第二入力端子５７１ｂ、第一出力端子５７１ｃおよび第二出力端子５７１ｄを有する。第一入力端子５７１ａおよび第二入力端子５７１ｂは、変換器５７０の第一端子５７０ａおよび第二端子５７０ｂと接続されている。インダクタ５７２は、第一および第二端子５７２ａ、５７２ｂを含む。インダクタ５７２の第一端子５７２ａは整流器５７１の第一出力端子５７１ｃに接続されている。スイッチング素子５７３は、インダクタ５７２の第二端子５７２ｂおよび整流器５７１の第二出力端子５７１ｄに接続されている。
【０１３２】
図２９を参照すると、変換器５１１が取り付けられたスキーの振動を剛化するための回路５１０は、抵抗器などエネルギー放散部品５１３を回路中に備える。回路５１０はまた、インダクタ５１２および二つの対称的な副回路５１４ａ、５１４ｂを備える。各副回路５１４ａ、５１４ｂは、ダイオード５１６ａ、５１６ｂ、スイッチング素子５１７ａ、５１７ｂ、および制御部５１８ａ、５１８ｂをそれぞれ備えている。スイッチング素子５１７ａ、５１７ｂは、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、またはＳＣＲである。放散素子５１３は、それ以外の回路部品に本来あるエネルギー損により十分なエネルギー放散が得られるのであれば、削除することができる。
【０１３３】
図３０は、図２８を参照して説明した自給電力式の制御部５４９ａ、５４９ｂを図２９の回路に内蔵したものを示している。
【０１３４】
図３１を参照すると、変換器５２１が取り付けられたスキー２の振動、たとえば、ねじり振動を剛化するための回路５２０は、インダクタ５２２と、抵抗器などのエネルギー放散部品５２３と、二つの対称的な副回路５２４ａ、５２４ｂとを回路中に備える。各副回路５２４ａ、５２４ｂは、ダイオード５２５ａ、５２５ｂ、スイッチング素子５２６ａ、５２６ｂ、および制御部５２７ａ、５２７ｂをそれぞれ備えている。スイッチング素子５２６ａ、５２６ｂは、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、またはＳＣＲである。放散素子５１３は、それ以外の回路部品に本来あるエネルギー損により十分なエネルギー放散が得られるのであれば、削除することができる。制御部５２７ａ、５２７ｂは、図３０を参照して説明したように構成することができる。
【０１３５】
図２９および図３１の放散部品の配置は、所望の放散を得るために選択される回路部品のサイズに影響する。特定の配置は、機械的外乱の振動の振幅ならびに周波数、および変換器の容量値に左右される。
【０１３６】
図３２を参照すると、変換器５８１から電気的パワーを抽出するための回路５８０は、インダクタ５８２、および二つの対称的な副回路５８３ａ、５８３ｂを備える。副回路５８３ａ、５８３ｂは、一対のダイオード５８４ａと５８５ａ、５８４ｂと５８５ｂ、コンデンサ５８６ａ、５８６ｂ、インダクタ５８７ａ、５８７ｂ、スイッチング素子５８８ａ、５８８ｂ、および制御部５８９ａ、５８９ｂ、および記憶素子５８３ａ、５９３ｂをそれぞれ備えている。スイッチング素子５８８ａ、５８８ｂは、たとえば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、またはＳＣＲである。インダクタ５８２は、変換器５８１の第一端子５８１ａに接続する第一端子５８２ａと、副回路５８３ａに接続する第二端子５８２ｂを有する。副回路５８３ａはまた、変換器５８１の第二端子５８１ｂに接続されている。副回路５８３ｂはまた、インダクタ５８２の第二端子５８２ｂおよび変換器５８１の第二端子５８１ｂに接続されている。記憶素子５９３ａ、５９３ｂは比較的大きな容量値を有し、従って、その電圧は変換器電圧またはコンデンサ５８６ａ、５８６ｂの電圧と比較して小さい。ダイオード５８４ａ、５８４ｂ、５８５ａ、５８５ｂは、記憶素子５９３ａ、５９３ｂに電力が流れるのを確実にする。
【０１３７】
回路５８０はまた、変換器５３１が結合しているスキー２の振動を剛化するためにも使用されることができる。この目的のために、記憶素子５９３ａ、５９３ｂは、放散部品と、例えば図２７に示されるような抵抗器と、置き換えることができる。または、図３１に示されるように、放散部品は変換器５８１と並列に接続されてもよい。放散部品は、それ以外の回路部品に本来あるエネルギー損により十分なエネルギー放散が得られるのであれば、削除することができる。
【０１３８】
回路５８０の動作について、図３３（ａ）〜図３３（ｃ）を参照して説明する。
【０１３９】
図３３（ａ）は、変換器５８１の電圧を時間の関数で表したものであり、図２４（ｂ）の波形と同様のものである。制御部５８９ａ、５８９ｂと組み合わせて、各副回路内の追加のインダクタ５８７ａ、５８７ｂおよびコンデンサ５８６ａ、５８６ｂによって、以下に詳しく説明するように、段階ＩＩおよびＩＶ時に、電圧に複数のステップが生じる。図３３（ｂ）および図３３（ｃ）は、それぞれ、段階ＩＩ時における変換器５８１およびコンデンサ５８６ａの電圧を詳細に示す図である。
【０１４０】
段階Ｉ  変換器５８１の電圧が振動外乱に応じて上昇すると、スイッチ５８８ａ、５８８ｂがどちらもＯＦＦ位置にあり、電流はスイッチに流れない。コンデンサ５８６ａの電圧は変換器５８１の電圧とほぼ同等である。
【０１４１】
段階ＩＩ  コンデンサ５８６ａの電圧がピークに達した後、制御部５８９ａはスイッチ５８８ａをＯＮする。コンデンサ５８６ａからの電流５９０がダイオード５８５ａおよびインダクタ５８７ａを経由し、スイッチ５８８ａを流れる。そのためコンデンサ５８６ａの電圧が急激に低下する。コンデンサ５８６ａの電圧が変換器５８１の電圧よりも低下すると、電流５９２が、変換器５８１から、インダクタ５８２およびダイオード５８４ａを経由しコンデンサ５８６ａへ流れ始める。電流５９２が電流５９０よりも大きくなると、コンデンサ５８６ａの電圧は低下しなくなり、上昇し始める。スイッチ５８８ａは、コンデンサ５８６ａの電圧が上昇し始めるとすぐＯＦＦする。変換器５８１からの電流はその後コンデンサ５８６ａの電圧を急激に上昇させ、段階ＩＩ開始以前の値より大きくなる。この過程で、変換器５８１の電圧は段階ＩＩ以前の値の数分の一まで減少する。少し遅れて、制御部５８９ａがスイッチ５８８ａを再度ＯＮし、段階ＩＩの間、この過程が数回繰り返される。このように、変換器５８１の電圧は、複数のステップで低下する。
【０１４２】
段階ＩＩＩ  次の半周期ではスイッチ５８８ａ、５８８ｂ両方がＯＦＦし、変換器５８１の電圧は振動外乱に応じて低下しつづける。コンデンサ５８６ｂの電圧は変換器５８１の電圧とほぼ同等である。
【０１４３】
段階ＩＶ  コンデンサ５８６ｂの電圧がピークに達した後、副回路５８３ｂについて上記段階ＩＩの過程が繰り返される。
【０１４４】
前記４段階が繰り返されるにつれ、変換器５８１の電圧の大きさが大きくなる。段階ＩＩおよびＩＶで起こる複数のスイッチングは、この段階に生じる変換器電圧の遷移を実際上遅くさせる。その結果、図２３の回路と比べ、低周波数の振動を剛化する過程で、変換機５８１が結合されているスキーに生じる高周波数ノイズが減少する。
【０１４５】
図３４を参照すると、制御部５８９ａの好適な実施形態は、外部電力を必要としない自給電力式である。コンデンサ６１１は、回路動作の段階Ｉの間（すなわち、変換器の電圧が上昇する間）、抵抗器６１０を経由して、および／または抵抗器６１５、コンデンサ６１６、ダイオード６２１、およびトランジスタ６１７を経由して充電される。ツェナーダイオード６１２は、コンデンサ６１１の電圧が所望の限界を超えることを防止する。コンデンサ５８６ａの電圧が低下し始めると、ハイパスフィルタ（抵抗器６１５およびコンデンサ６１６）がＰチャネルＭＯＳＦＥＴ６１４をＯＮする。ＭＯＳＦＥＴ６１４がスイッチ５８８ａをＯＮし、コンデンサ６１１のエネルギーを利用してスイッチ５８８ａのゲートに電力供給する。インダクタ５８７ａおよびスイッチ５８８ａを流れる電流５９０はコンデンサ５８６ａの電圧を急激に低下させる。コンデンサ５８６ａの電圧が低下するにつれ、インダクタ５８２およびダイオード５８４ａを介して変換器５８１からコンデンサ５８６ａへ電流５９２が流れ始める。電流５９２が電流５９０よりも大きくなると、コンデンサ５８６ａの電圧の低下が止まり、上昇し始め、その時点でハイパスフィルタ（コンデンサ６１３）がダイオード６１２を介してＭＯＳＦＥＴ６１４をＯＦＦし、トランジスタ６１７をＯＮし、それによりトランジスタ６１９をＯＮさせる。その結果スイッチ５８８ａがＯＦＦする。この過程が数回繰り返され、変換器５８１の電圧を、図３３に示されるように、複数のステップで低下させる。
【０１４６】
本発明のスキー２の特徴を図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示し、比較のために、同じスキーであるが変換器または電気回路の無いものの特徴を図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）に示す。図３（ａ）、図３（ｂ）、および図３（ｃ）に示す測定値は、図１および図２を参照して説明したスキー構成に基づくものである。図３および図４に示す測定値については、ねじり振動をスキーに誘起し、それにもとづく振動の挙動を分析したものである。図３（ａ）および図４（ａ）において、本発明のスキー２と、変換器および電気回路の無い同じスキーとについてそれぞれ、振動の波形が加速度の経時変化として示されている。これらの図を比較すると、本発明のスキーに生じる振動（図３（ａ））は、従来のスキーの振動（図４（ａ））よりもかなり早く低減される、すなわち、変換器および電気回路を用いて振動に起因した変形に対抗することにより、スキーが能動的に剛化されることがわかる。これは、両方の振動についてそれぞれの対数で表した加速度減分（加速度減分対数値）Δ（デルタ）が示されている図３（ｂ）および図４（ｂ）からもわかる。すなわち、加速度減分対数値Δ（デルタ）は、本発明のスキーでは約３．９５と計算される一方、従来のスキーにおいて加速度減分対数値Δ（デルタ）は約２．６０である。振動の振幅に関しても有利な効果が認められ、それは本発明によれば、約８８．０Ｈｚの固有振動数では振動の振幅は約１０．３０単位であり、これに対して従来のスキーでは、約９４．１Ｈｚの固有振動数での振動の振幅は１６．７５単位である。これはそれぞれ図３（ｃ）および図４（ｃ）に示されている。これらの測定値から、本発明のスキーの減衰比は約０．００７１であり、従来のスキーはの減衰比は約０．００４４となる。
【０１４７】
概して、本発明によると、少なくともひとつの変換器と電気回路とが、６０Ｈｚないし１８０Ｈｚの周波数範囲で、好ましくは８５Ｈｚないし１２０Ｈｚの周波数範囲でボードを剛化するために適用される。さらに、変換器および電気回路は、振動振幅を少なくとも１．５分の１、好ましくは少なくとも２．０分の１に減少するために適用されることが好ましい。減衰比は、好ましくは０．００５０ないし０．０１００の範囲であり、さらに好ましくは、０．００６５ないし０．００７５の範囲である。
【０１４８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、以下の効果を奏する。
【０１４９】
本発明に係るボードの剛化効果は単なる制振効果を超えるものである。というのは、変換器および電気回路が、電気的エネルギーを放散させることによりボードの材料特性に影響を与えるのみならず、変換器と自給電力式の電気回路との組み合わせによりねじり振動の振動運動に対して能動的に反作用するためである。この構想に基づいて、本発明のボードによれば、改善された性能特性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態のスキーを示す概略図
【図２】  電気回路がどのようにスキー本体に搭載されるかを示す、図１の２Ａ−２Ａ線に沿った断面図（ａ）、電気回路と変換器との電気的接続部がスキー本体上にどのように積層されるかを示す、図１の２Ｂ−２Ｂ線に沿った断面図（ｂ）、および変換器がどのようにスキー本体に積層されるかを示す、図１の２Ｃ−２Ｃ線に沿った断面図（ｃ）
【図３】  本発明のスキーのねじり振動のねじり加速度の経時変化を示す図（ａ）、図３（ａ）に示す加速度値に基づく、対数で表した減分Δ（デルタ）の経時変化を示す図（ｂ）、および本発明の振動するスキーの周波数に対する振動振幅を示す図（ｃ）
【図４】  従来のスキーの加速度の経時変化を示す図（ａ）、図４（ａ）に示す加速度値に基づく、対数で表した減分Δ（デルタ）の経時変化を示す図（ｂ）、および従来の振動するスキーの周波数に対する振動振幅を示す図（ｃ）
【図５】  本発明のスキーに使用されるパワー抽出システムの一実施形態を示すブロック図（ａ）および図５（ａ）のパワー抽出システムの特定の実施形態の回路図（ｂ）
【図６】  図５（ｂ）の回路のインダクタを介して流れる電流の各段階を示すグラフ（ａ）およびインダクタを流れる別の電流を示す図（ｂ）、（ｃ）
【図７】  図５（ｂ）の回路の、各種電圧、電流、パワー、エネルギー波形図
【図８】  開回路変換器の電圧の波形図（ａ）、短絡回路変換器を通る電流の波形図（ｂ）、および短絡回路変換器を通る電荷の波形図（ｃ）
【図９】  図５（ｂ）のパワー抽出システムのブロック図
【図１０】  図５（ｂ）のパワー抽出システムに変換器を搭載して実施した、パワー抽出システムの例を示す図
【図１１】  パワー抽出システムの別の実施形態の回路図
【図１２】  パワー抽出システムのさらに別の実施形態の回路図
【図１３】  パワー抽出システムのさらに別の実施形態の回路図
【図１４】  共振回路および整流器を含むパワー抽出システムのブロック図（ａ）および図１４（ａ）のパワー抽出システムの特定の実施形態の回路図（ｂ）
【図１５】  図１４（ｂ）の回路の、各種電圧、電流、パワー、エネルギー波形図
【図１６】  図１４（ｂ）のパワー抽出システムのブロック図
【図１７】  共振整流パワー抽出システムの別の実施形態の回路図
【図１８】  共振整流パワー抽出システムのさらに別の実施形態の回路図
【図１９】  受動整流パワー抽出システムの回路図
【図２０】  図１９の回路の、各種電圧、電流、パワー、エネルギー波形図
【図２１】  受動整流パワー抽出システムの別の実施形態の回路図
【図２２】  変換器の分割を示す図
【図２３】  パワー抽出システムの別の実施形態の回路図
【図２４】  電圧および電流の経時変化を示すグラフ
【図２５】  図２３のパワー抽出システムの制御回路のブロック図
【図２６】  自給電力式の制御回路のブロック図
【図２７】  自給電力式の制御回路を使用するパワー抽出システムの回路図
【図２８】  パワー抽出システムの別の実施形態の回路図
【図２９】  パワー減衰システムの回路図
【図３０】  自給電力式のパワー減衰システムの回路図
【図３１】  パワー減衰システムの別の実施形態の回路図
【図３２】  パワー抽出システムのさらに別の実施形態の回路図
【図３３】  電圧の経時変化を示すグラフ
【図３４】  図３２の回路の制御回路の回路図
【符号の説明】
２  スキー
４  本体
６  長軸方向軸
８  スキーの第一端部
１０  スキーの先端
１２  スキーの第二端部
１４  中間部
１６、５０１、５１１、５２１、５７０、６１７、６１９  変換器
１８  電気接続点
２０、５５０  自給電力式の電気回路
２２  凹部または切り込み部
２４、２６、２８  層
３０  ライニングまたはボーダリング（ｌｉｎｉｎｇ  ｏｒ  ｂｏｒｄｅｒｉｎｇ）
３２  第一収容領域
３４  第二収容領域
３６  外乱
３８、１２０、３１８、３２０、３３２、４１８、４２０、５０７ａ、５０７ｂ、５４１、５７４、５９３ａ、５９３ｂ  記憶素子
４０、４２、２３２、２３２ａ、２３４、２３４ａ、５５６  ＭＯＳＦＥＴ
４４、４６、２３６、２３６ａ、２３８、２３８ａ、３１４、３１６、３２４、３２６、３２８、３３０、４１４、４１６、４４４〜４４９、５０５ａ、５０５ｂ、５１６ａ、５１６ｂ、５５７、５８４ａ、５８４ｂ、５８５ａ、５８５ｂ、６２１  ダイオード
４８、２４０、２４０ａ、３１２、３５４、３５６、５０２、５１２、５７２、５８２、５８７ａ、５８７ｂ  インダクタ
１１０、２１０、４１０、５００、５１０、５２０、５６９、５８０  回路
１２２、１２４  記憶部品
１２６、２２６ａ  変換器１６の一方の側
１２８  中央ノード
２１６  Ｈブリッジ・スイッチング増幅器
２１８、３０６  制御論理部
２５０  電池
３００  共振パワー抽出回路
３０２、３２２、３５０  共振回路
３０４、４３０、５７１  整流器
３０８、５０８ａ、５１８ａ、５１８ｂ、５４９ａ、５４９ｂ、５７５、５８９ａ、５８９ｂ  制御部（制御回路）
３４６  正弦波の周期
３５２、３５５、４３４、４３６、４３８、４４０、４４２、５５１、５５５、５８６ａ、５８６ｂ、６１１、６１６  コンデンサ
３５７、３５８  共振インダクタ
３６０、４１０  倍電圧整流器
４５０、４５２、４５４、４５６、４５８、４６０、４６２  電極
５０４ａ、５０４ｂ、５１４ａ、５１４ｂ、５８３ａ、５８３ｂ  副回路
５０６ａ、５０６ｂ、５１７ａ、５１７ｂ、５７３、５８８ａ、５８８ｂ  スイッチング素子
５０８ａ、５０８ｂ  制御素子
５１３  放散素子
５２３  エネルギー放散部品
５３１  フィルタ回路
５３２  スイッチ駆動回路
５５２、５５４、６１０、６１５  抵抗器
５５３、６１２  ツェナーダイオード
５９０、５９２  電流
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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