(57)【要約】本発明は、複数の細長い共振器梁を備えるエネルギーハーベスタデバイスに関する。共振器梁は、第１の端と第２の端との間に延在する圧電材料を含む。１つまたは複数のベースは、共振器梁のそれぞれの第１の端に接続され、共振器梁の第２の端は、片持ち梁として１つまたは複数のベースから自由に延在する。おもりが、共振器梁の第２の端に取付けられる。共振器梁のそれぞれは、他の共振器梁のそれぞれに対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗだけオフセットした共振周波数に同調され、ここでＷは、共振器梁の運動を励起する第１のインパルスと第２のインパルスとの間の時間幅である。同様に、装置及びエネルギーハーベスタデバイスを備えるシステム並びに前記システムを使用するおよび設計する方法が開示される。2017520219.tif 000004
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の細長い共振器梁であって、前記複数の共振器梁のそれぞれは、第１の端と第２の端との間に延在する圧電材料を含む、複数の細長い共振器梁と、
前記複数の共振器梁のそれぞれの前記第１の端に接続されている１つまたは複数のベースであって、前記複数の共振器梁の前記第２の端のそれぞれは、片持ち梁として前記１つまたは複数のベースから自由に延在する、１つまたは複数のベースと、
前記第２の端のそれぞれに取付けられたおもり（ｍａｓｓ）
とを備え、
前記複数の共振器梁のそれぞれは、前記複数の共振器梁内の他の共振器梁のそれぞれに対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗオフセットした共振周波数に同調され、Ｗは、前記複数の共振器梁の運動を励起する第１のインパルスと第２のインパルスとの間の時間幅である、エネルギーハーベスタデバイス。
【請求項２】
前記オフセットは０．２／Ｗ〜０．８／Ｗである、請求項１に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項３】
前記オフセットは０．３／Ｗ〜０．７／Ｗである、請求項１に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項４】
前記オフセットは０．４／Ｗ〜０．６／Ｗである、請求項１に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項５】
前記オフセットは０．４５／Ｗ〜０．５５／Ｗである、請求項１に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項６】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、異なる層で形成されたラミネートを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項７】
前記異なる層は異なる材料を含む、請求項６に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項８】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、
前記圧電材料と電気接触状態にある１つまたは複数の電極を更に備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項９】
前記１つまたは複数の電極は、モリブデン及びプラチナからなる群から選択される材料を含む、請求項８に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項１０】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、
前記圧電材料から電気エネルギーをハーベストするための、前記１つまたは複数の電極と電気連通状態にある電気ハーベスト回路を更に備える、請求項８または請求項９に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項１１】
前記圧電材料は、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、フッ化ポリビニリデン、及びチタン酸ジルコン酸鉛化合物からなる群から選択される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエネルギーハーベスタデバイス。
【請求項１２】
電動装置と、
前記装置に電気的に結合された、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエネルギーハーベスタデバイス
とを備える、システム。
【請求項１３】
前記電動装置は、タイヤ圧モニタリングシステムまたはタイヤ圧モニタリングシステムのコンポーネントである、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムを備えるタイヤ。
【請求項１５】
前記オフセットは０．２／Ｗ〜０．８／Ｗである、請求項１２または請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記オフセットは０．３／Ｗ〜０．７／Ｗである、請求項１２または請求項１３に記載のシステム。
【請求項１７】
前記オフセットは０．４／Ｗ〜０．６／Ｗである、請求項１２または請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記オフセットは０．４５／Ｗ〜０．５５／Ｗである、請求項１２または請求項１３に記載のシステム。
【請求項１９】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、異なる層で形成されたラミネートを含む、請求項１２、１３、または１５〜１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
前記異なる層は異なる材料を含む、請求項１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、
前記圧電材料と電気接触状態にある１つまたは複数の電極を更に備える、請求項１２、１３、または１５〜２０のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記１つまたは複数の電極は、モリブデン及びプラチナからなる群から選択される材料を含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、
前記圧電材料から電気エネルギーをハーベストするための、前記１つまたは複数の電極と電気連通状態にある電気ハーベスト回路を更に備える、請求項２１または請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記圧電材料は、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、フッ化ポリビニリデン、及びチタン酸ジルコン酸鉛化合物からなる群から選択される、請求項１２、１３、または１５〜２３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２５】
電動装置に電力供給する方法であって、
請求項１２、１３、または１５〜２３のいずれか１項に記載のシステムを設けること、
前記システムを複数のインパルスにさらすことであって、それにより前記エネルギーハーベスタデバイスは電気エネルギーを発生する、こと、
前記エネルギーハーベスタデバイスによって生成された前記電気エネルギーを前記装置に伝達して、前記装置に電力を提供する、こと
を含む、方法。
【請求項２６】
使用中の車両タイヤと関連して実施され、かつ前記装置は、タイヤ圧モニタリングシステムまたはタイヤ圧モニタリングシステムのコンポーネントである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、前記圧電材料と電気接触状態にある１つまたは複数の電極を更に備える、請求項２５または請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、前記圧電材料から電気エネルギーをハーベストするための、前記１つまたは複数の電極と電気連通状態にある電気ハーベスト回路を更に備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
タイヤが遭遇するインパルスに同調されたエネルギーハーベストデバイスを設計する方法であって、
所与の速度における前記タイヤの回転周期Ｐを決定すること、
前記タイヤの外周上のポイントが路面に接触するときに生成される第１のインパルスと、前記タイヤの前記外周上の前記ポイントが、前記決定された回転周期Ｐで前記路面との接触から引離されるときに生成される第２のインパルスとの間の時間幅Ｗを決定すること、
請求項１３、または１５〜２４のいずれか１項に記載のシステムを設けること、
前記複数の共振器梁の第１の共振器梁を、前記時間幅Ｗの逆数の整数倍Ｍである第１の共振周波数に同調させることであって、Ｍは３以上である、こと、
前記複数の共振器梁の第２の共振器梁を、前記第１の共振器梁の前記第１の共振周波数に対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗオフセットした第２の共振周波数に同調させること、及び
前記システムを前記タイヤに接続すること
を含む、方法。
【請求項３０】
前記複数の共振器梁の第３の共振器梁を、他の共振器梁から０．１／Ｗ〜０．９Ｗの周波数間隔オフセットされる第３の共振周波数に同調させることを更に含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
異なる共振器梁の間の共振周波数におけるオフセットは０．２／Ｗ〜０．８／Ｗである、請求項２９または請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
異なる共振器梁の間の共振周波数におけるオフセットは０．３／Ｗ〜０．７／Ｗである、請求項２９または請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
異なる共振器梁の間の共振周波数におけるオフセットは０．４／Ｗ〜０．６／Ｗである、請求項２９または請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
異なる共振器梁の間の共振周波数におけるオフセットは０．４５／Ｗ〜０．５５／Ｗである、請求項２９または請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、前記圧電材料と電気連通状態にある１つまたは複数の電極を更に備える、請求項２９〜３４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記複数の共振器梁のそれぞれは、前記圧電材料から電気エネルギーをハーベストするための、前記１つまたは複数の電極と電気連通状態にある電気ハーベスト回路を更に備える、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
第３の共振器梁を第３の共振周波数に同調させることを更に含み、前記第１の共振周波数と前記第３の共振周波数との間の周波数間隔は、０．２５／Ｗ〜０．７５／Ｗである方法であって、
前記システムは、３つの共振器梁を備える、請求項２９〜３６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項３８】
第４の共振器梁を第４の共振周波数に同調させることを更に含み、前記第２の共振周波数と前記第４の共振周波数との間の周波数間隔は、０．２５／Ｗ〜０．７５／Ｗである方法であって、
前記システムは、４つの共振器梁を備える、請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
別の所与の速度における前記タイヤの前記回転周期を決定すること、
２つ以上の共振器梁の共振周波数を、前記別の所与の速度における前記タイヤの前記回転周期に基づく周波数間隔を用いて同調させること
を更に含む、請求項２９〜３８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数オフセット式振動ハーベスタを有する圧電エネルギーハーベスタデバイス、そのデバイスを備えるシステム、及びそのシステムを使用するおよび設計する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
振動エネルギーハーベスタデバイスは、光、温度差、及び／または圧力差に欠ける環境において発電を提供する。代わりに、例えば、一定周波数の振動または多数の周波数を含むインパルス振動のいずれかの形態である可能性がある構造支持体から出る振動及び／または運動は、運動（例えば、振動エネルギー）を電気エネルギーに変換するためにスカベンジ（またはハーベスト）される可能性がある。１つの特定の型の振動エネルギーハーベスタは、Ｖａｅｔｈ等に対する米国特許出願第１４／１７３，１３１号（特許文献１）に記載される共振器梁等の、周囲振動（駆動力）によって引き起こされる梁の共振中に歪まされると電荷を生成する圧電材料を組込む片持ち梁としてベースから自由に延在する共振器梁を利用する。
【０００３】
複数のインパルスを受信するシステム内のこうしたデバイスのエネルギーハーベスト能力における改善が必要とされる。特に、片持ち梁ベースの圧電振動エネルギーハーベスタは、固有共振周波数を有する共振器梁を含む。共振器梁は、励起されて、短い加速インパルスによって固有共振周波数で振動する場合がある。振動エネルギーハーベスタに印加される更なるインパルスは、共振周波数に対する後続のインパルスのタイミングに応じて、共振器梁の運動を増大または抑制する場合がある。更なるインパルスが共振器梁運動と同位相で印加される場合、運動の振幅は増加する。しかし、更なるインパルスが共振器梁運動と位相がずれて印加される場合、運動の振幅は減少することになる。そのため、ハーベスタの性能は、システムに印加されるインパルス間のタイミングに依存する。
【０００４】
例として、インパルス間のタイミングは、タイヤが、路上でのタイヤの転動運動中に撓むときにハーベスタがインパルスを受ける、タイヤ圧モニタリングシステム（ＴＰＭＳ）等のシステムにおいて利用される振動エネルギーハーベスタにとって特に重要である。ハーベスタが位置付けられるタイヤの接地面の部分が路面に接触すると、タイヤのその部分は、強制的に短い平坦形状にされ、それが、次に、タイヤの周縁に取付けられるハーベスタについての加速プロファイルの変化をもたらす。タイヤの半径方向加速度のこの変化は、参照によりその全体が組込まれる、Ｋ．Ｂ．Ｓｉｎｇｈ等,"Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｔｕｎｉｎｇ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  Ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｉｒｅｓ，"Ｍｅｃｈａｎｔｒｏｎｉｃｓ  ２２：９７０−８８（２０１２）（非特許文献１）において説明される。
【０００５】
タイヤの回転周期の大多数について、タイヤの周縁に位置付けられるタイヤの部分について比較的一定の求心加速度が存在する。タイヤのその部分が路面に最初に接触すると、半径方向加速度の初期増加が存在する。加速度の初期増加は、その後、ゼロへの半径方向加速度の急激な降下を伴う。ゼロへの急激な降下は、振動エネルギーハーベスタに第１のインパルスを提供し、共振器梁の運動を励起する。半径方向加速度は、その後、タイヤの部分が、路面との接触を通して回転するのにかかる時間の間、ゼロのままである。タイヤの部分が路面との接触を通して回転すると、半径方向加速度の急激な正の増大が存在し、それに続いて、平衡半径方向加速度に戻るセトリングが存在する。平衡に戻るまたは平衡の近くに戻る半径方向加速度の急激な上昇は、振動エネルギーハーベスタシステムに第２のインパルスを提供する。第２のインパルスは、第１のパルスと第２のパルスとの間の時間幅に応じて、第１のインパルスによって励起された共振器梁の振動を増大または抑制することになる。タイヤの回転速度及びタイヤの円周（または直径）は時間幅を決定する。共振器梁の振動、したがって、ハーベストされるエネルギーの量は、車両の速度に応じて大幅に変動する可能性がある。したがって、ＴＰＭＳ等において、複数のインパルスを受けるシステムにおいてより一貫性のある電気エネルギー源を提供する圧電エネルギーハーベスタを開発することが望ましいことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願第１４／１７３，１３１号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｋ．Ｂ．Ｓｉｎｇｈ等,"Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｗｉｔｈ  Ａｎ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｔｕｎｉｎｇ  Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ  Ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｉｒｅｓ，"Ｍｅｃｈａｎｔｒｏｎｉｃｓ  ２２：９７０−８８（２０１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、当技術分野におけるこれらのまた他の欠点を克服することを対象とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、複数の細長い共振器梁を備えるデバイスに関する。共振器梁のそれぞれは、第１の端と第２の端との間に延在する圧電材料を含む。１つまたは複数のベースは、共振器梁のそれぞれの第１の端に接続され、共振器梁の第２の端は、片持ち梁として１つまたは複数のベースから自由に延在する。おもり（ｍａｓｓ）は、共振器梁の第２の端のそれぞれに取付けられる。共振器梁のそれぞれは、他の共振器梁のそれぞれに対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗだけオフセットした共振周波数に同調され、Ｗは、共振器梁の運動を励起する第１のインパルスと第２のインパルスとの間の時間幅である。
【００１０】
本発明の別の態様は、電動装置と、装置に結合された本発明のデバイスとを備えるシステムに関する。
【００１１】
本発明の更に別の態様は、本発明のシステムを備えるタイヤに関する。
【００１２】
本発明の更なる態様は、電動装置に電力供給する方法に関する。この方法は、本発明によるシステムを設けること、及び、エネルギーハーベスタデバイスに電気エネルギーを発生させる複数のインパルスにシステムをさらすことを含む。電気エネルギーは、エネルギーハーベスタデバイスから装置に伝達されて、装置に電力を提供する。
【００１３】
本発明の別の態様は、タイヤが遭遇するインパルスに同調されたエネルギーハーベストデバイスを設計する方法に関する。方法は、所与の速度におけるタイヤの回転周期Ｐを決定することを含む。タイヤの外周上のポイントが路面に接触するときに生成される第１のインパルスと、タイヤの外周上のポイントが、決定された回転周期Ｐで路面との接触から引離されるときに生成される第２のインパルスとの間の時間幅が決定される。本発明のシステムは、時間幅Ｗの逆数の整数倍Ｍである第１の共振周波数に同調された複数の共振器梁の第１の共振器梁であって、Ｍは３以上である、第１の共振器梁を備える。また、本発明のシステムは、第１の共振器梁の第１の共振周波数に対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗだけオフセットした第２の共振周波数に同調された複数の共振器梁の第２の共振器梁を備える。システムはタイヤに接続される。
【００１４】
本発明のエネルギーハーベスタデバイスは、わずかにオフセットした共振周波数を有する片持ち梁として働く共振器梁を提供する。共振周波数のオフセットは、ハーベスタからの総合平均エネルギー出力に対する後続のインパルスの影響を制限することによって、システムが複数のインパルスを受けるときに、より一貫性のあるエネルギー源をもたらすエネルギーハーベスタを提供する。特に、共振周波数は、１つの共振器梁が、受信したインパルスに対する不適切な位相合せによって運動の減少を受けるときに、別の共振器梁が、受信したインパルスの好ましい位相合せによって増加した運動を受けるように選択される。更なる共振器梁は、異なるインパルスレートで生成されるエネルギー量における更なる一貫性を提供するために適用されてもよい。このデバイスは、変動するレートで複数のインパルスを受信し、デバイスパフォーマンスをより良くするシステムについて、より予測可能でかつ均一性のあるエネルギー源を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】複数のエネルギーハーベスタを有する本発明のエネルギーハーベスタデバイスの一実施形態の上面図である。複数のエネルギーハーベスタのそれぞれは、第１の端と第２の端との間に延在する圧電材料を含む細長い共振器梁と、第１の端で共振器梁に接続されているベースであって、第２の端は、片持ち梁としてベースから自由に延在する、ベースと、共振器梁の第２の端に取付けられたおもりとを含む。
【図２】圧電材料を含む２つの細長い共振器梁を備えるエネルギーハーベスタを有する本発明のエネルギーハーベスタデバイスの別の実施形態の上面図である。共振器梁は、共通ベースから片持ち梁として自由に延在し、別個のおもりが、両方の共振器梁の、自由に延在する端に取付けられる。
【図３】図１に示す本発明の例示的な単一エネルギーハーベスタの斜視図である。
【図４】図４Ａ〜４Ｃは、タイヤ圧モニタリングシステムが本発明のエネルギーハーベスタデバイスに電気的に結合されて、タイヤ圧モニタリングシステムに電力供給する、本発明のシステムの一実施形態を示す図である。図４Ａ及び４Ｂは、タイヤに対するシステムの（例えば、タイヤの接地面の下での）直接的取付けを示す。図４Ｃは、図４Ａ及び４Ｂのタイヤに取付けられて示されるシステムの部分側面図でかつ部分ブロック図である。
【図５】図５Ａは、タイヤの回転中の図４Ａ〜４Ｃに示すシステムの位置を示す図である。図５Ｂは、図５Ａに示す種々の位置におけるシステムについての半径方向加速度プロファイルを示す図である。
【図６】Ｗがほぼ８．４５ｍｓに等しい、０．６３５／Ｗの共振周波数オフセットを有する２つのエネルギーハーベスタデバイスの電力出力を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、周波数オフセット振動ハーベスタを有する圧電エネルギーハーベスタデバイス、そのデバイスを備えるシステム、並びにそのシステムを使用及び設計する方法に関する。本発明のエネルギーハーベスタデバイスは、複数のインパルスを受けるシステムにおいて改善されたエネルギーハーベストの均一性を有する。
【００１７】
本発明の一態様は、複数の細長い共振器梁を備えるデバイスに関する。共振器梁のそれぞれは、共振器梁の第１の端と第２の端との間に延在する圧電材料を含む。１つまたは複数のベースは、共振器梁のそれぞれの第１の端に接続され、共振器梁の第２の端は、片持ち梁として１つまたは複数のベースから自由に延在する。おもりが、共振器梁の第２の端のそれぞれに取付けられる。共振器梁のそれぞれは、他の共振器梁のそれぞれに対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗだけオフセットした共振周波数に同調され、Ｗは、共振器梁の運動を励起する第１のインパルスと第２のインパルスとの間の時間幅である。
【００１８】
図１は、複数のエネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）を含む本発明のエネルギーハーベスタ１０デバイスの一実施形態の上面図である。エネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）はそれぞれ、別個の個々のダイ上に位置付けられて示されるが、エネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）の２つ以上が単一ダイ上に共に位置付けられる（ｃｏ−ｌｏｃａｔｅ）可能性があることが理解される。エネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）の要素は、エネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）が異なる共振周波数ｆ１〜ｆｎで動作するように同調されることを除いて、エネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）のそれぞれが、エネルギーハーベスタ１１（１）に関して述べることになるものと同じ要素を含むため、例示的なエネルギーハーベスタ１１（１）に関して述べられる。エネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）の共振周波数ｆ１〜ｆｎは、以下で更に述べるように互いにオフセットされる。
【００１９】
エネルギーハーベスタ１１（１）は細長い共振器梁１２（１）を含む。共振器梁は、第１の端１４（１）と第２の端１６（１）との間に延在する。第１の端１４（１）はベース１８（１）に接続され、一方、第２の端１６（１）は、片持ち梁としてベース１８（１）から自由に延在する。おもり２０（１）は、共振器梁１２（１）の第２の端１６（１）に取付けられる。
【００２０】
エネルギーハーベスタ１１（１）は、一体化式で自己パッケージ化式のユニットで形成されてもよい。特に、図１に示すように、共振器梁１２（１）の第１の端１６（１）が取付けられるベースを同様に形成するパッケージ１８（１）は、片持ち梁構造を（少なくとも部分的に）閉囲するように片持ち梁構造（すなわち、共振器梁１２（１）及びおもり２０（１））を囲んで示される。本発明において、パッケージは、エネルギーハーベスタデバイスを完全に閉囲する可能性がある、または、エネルギーハーベスタデバイスを大気と通気させるように形成される可能性がある。パッケージがエネルギーハーベスタデバイスを完全に閉囲するとき、閉囲済みパッケージ内の圧力は、大気圧より高いか、大気圧に等しいか、または大気圧より低い場合がある。一実施形態において、閉囲済みパッケージ内の雰囲気圧は、大気圧未満、例えば、１トール未満である。
【００２１】
一実施形態において、図２に示すように、エネルギーハーベスタ１１０は、パッケージ１１８を含み、パッケージ１１８は、パッケージ１１８から反対方向に自由に延在する２つの別個の片持ち梁構造を含んでもよい。片持ち梁構造の共振器梁１１２（１）及び１１２（２）は、以下で更に述べるように互いからわずかにオフセットする共振周波数に同調されてもよい。図１に示すエネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）の１つまたは複数は、図２に示すエネルギーハーベスタ１１０によって置換されてもよい。
【００２２】
再び図１を参照すると、一実施形態において、パッケージ１８（１）は、パッケージに（例えば、パッケージの内部壁上に）接続された対応（ｃｏｍｐｌｉａｎｔ）ストッパを更に備えてもよく、ストッパは、破損を防止するため、片持ち梁の運動を安定化させるように構成される。エネルギーハーベスタデバイスのこの実施形態による適した対応ストッパは、参照によりその全体が組込まれる、Ｖａｅｔｈ等に対する米国特許出願第１４／１７３，１３１号に示され、記載される。エネルギーハーベスタデバイスの対応ストッパは、種々の材料で構成されてもよい。ストッパは、材料選択、設計、または材料選択と設計の両方を通して対応されてもよい。一実施形態によれば、ストッパは、パッケージと一体の材料から作られる。この実施形態による適した材料は、限定することなく、プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）からの、ガラス、金属、シリコン、酸化物、または窒化物、或はその組合せを含んでもよい。別の実施形態によれば、ストッパは、パッケージと一体でない。この実施形態によるストッパ用の適した材料は、限定することなく、ガラス、金属、ゴム、及び他のポリマー、セラミック、フォーム、並びにその組合せを含んでもよい。対応ストッパ用の他の適した材料は、限定はしないが、シクロオレフィンポリマー及び液晶ポリマー等の水浸透性の低いポリマーを含む。液晶ポリマーは、射出成形される可能性がある。
【００２３】
代替の実施形態において、共振器梁１２（１）は、片持ち梁の運動を安定化するように構成されるストッパフィーチャを有するように構成されてもよい。この実施形態による適したストッパフィーチャは、参照によりその全体が組込まれる、Ａｎｄｏｓｃａ等に対する米国特許出願第１４／１４５，５６０号に示される。この実施形態によれば、ストッパは、おもり及び／または共振器梁の第２の端上に形成され、共振器梁の第２の端とパッケージとの接触を防止するように構成される。
【００２４】
図３は、図１に示すエネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）を示す例示的なエネルギーハーベスタ１１（１）の側断面図である。一実施形態によれば、共振器梁１２（１）は、複数の層で形成されたラミネートを備える。共振器梁１２（１）は、酸化物層２６（１）上の片持ち梁層２４（１）を覆う少なくとも圧電スタック層２２（１）を含むが、共振器梁１２（１）は、他の構成において、他の層を含んでもよい。他の層の非制限的な例は、参照によりその全体が組込まれる、Ｖａｅｔｈ等に対する米国特許出願第１４／１７３，１３１号に記載される層を含む。１つの特定の実施形態において、複数の層は、少なくとも２つの異なる材料を含む。
【００２５】
片持ち梁層２４（１）は、シリコン、ポリＳｉ、金属（例えば、ＣｕまたはＮｉ）、または他の金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）適合材料、或はポリイミド等の高温ポリマー等の任意の適した材料であってよい。一実施形態において、片持ち梁層２４（１）は、約１０μｍ〜約２００μｍ、約１０μｍ〜約７５μｍ、または約１０μｍ〜約５０μｍの厚さ範囲を有する。一実施形態において、片持ち梁層２４（１）は、固有共振周波数を有する高Ｑ共振器である。酸化物層２６（１）は、一実施形態によれば、約１μｍの厚さを有するシリコン層である。
【００２６】
共振器梁１２（１）の圧電スタック層２２（１）は圧電材料を含む。適した圧電材料は、限定することなく、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、及びジルコン酸チタン酸鉛ベース化合物を含む。圧電材料は、機械的歪を受けると、電気的に分極する材料である。分極の程度は、加えられる歪に比例する。圧電材料は、広く知られており、多くの形態で入手可能である。多くの形態は、単結晶（例えば、石英）、圧電セラミック（例えば、ジルコン酸チタン酸鉛またはＰＺＴ）、薄膜（例えば、スパッタリング済み酸化亜鉛）、圧電セラミック粉末に基づくスクリーン印刷可能圧膜（例えば、参照によりその全体が組込まれる、Ｂａｕｄｒｙ，"Ｓｃｒｅｅｎ−ｐｒｉｎｔｉｎｇ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，"Ｐｒｏｃ．  ６ｔｈ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  （Ｌｏｎｄｏｎ，  ＵＫ）  ｐｐ．４５６−６３（１９８７）、及び、Ｗｈｉｔｅ＆Ｔｕｒｎｅｒ，"Ｔｈｉｃｋ−ｆｉｌｍ  Ｓｅｎｓｏｒｓ：Ｐａｓｔ，Ｐｒｅｓｅｎｔ  ａｎｄ  Ｆｕｔｕｒｅ，"Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．８：１−２０  （１９９７）参照）、及びポリフッ化ビニリデン（「ＰＶＤＦ」）等のポリマー材料（例えば、参照によりその全体が組込まれる、Ｌｏｖｉｎｇｅｒ，"Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，"Ｓｃｉｅｎｃｅ  ２２０：１１１５−２１  （１９８３）参照）を含む。
【００２７】
ポリマー材料は、通常、異方性特徴を示す。そのため、材料の特性は、力の方向及び分極の配向及び電極に応じて異なる。材料の圧電活性のレベルは、軸の表記と共に使用される一連の定数によって規定される。圧電歪定数ｄは、
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として規定できる。
（参照によりその全体が組込まれる、Ｂｅｅｂｙ等,"Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，"Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１７：Ｒ１７５−Ｒ１９５（２００６））
【００２８】
共振器梁１２（１）の圧電スタック層２２（１）は、同様に、圧電スタック層２２（１）と電気接触状態にある１つまたは複数の電極２８（１）を含む。一実施形態によれば、電極２８（１）は、モリブデン及びプラチナからなる群から選択される材料を含むが、電極構造を形成するのに適した他の材料が同様に使用されてもよい。更に、エネルギーハーベスタ１１（１）は、１つまたは複数の電極２８（１）と電気接続状態にある電気ハーベスト回路を更に含んで、共振器梁１２（１）の圧電材料からの電気エネルギーをハーベストしてもよい。以下で更に詳細に述べるように、エネルギーハーベスタ回路は、電動装置に電気的に結合されて、圧電材料から生成され、装置に供給される電力を提供する可能性がある。
【００２９】
エネルギーハーベスタ１１（１）において、共振器梁１２（１）は、片持ち梁としてベース１８（１）から自由に延在する第２の端１６（１）を有する。圧電材料を含む片持ち梁構造は、屈曲モードで動作するように設計され、それにより、圧電材料を歪ませ、ｄ効果からの電荷を生成する（参照によりその全体が組込まれる、Ｂｅｅｂｙ等,"Ｅｎｅｒｇｙ  Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｓｏｕｒｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，"Ｍｅａｓ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１７：Ｒ１７５−Ｒ１９５（２００６））。片持ち梁は、共振器梁１２（１）の第２の端１６（１）に取付けられたおもり２０（１）の存在によって更に減少された低共振周波数を提供する。
【００３０】
共振器梁１２（１）は、共振器梁１２（１）を同調させるのに役立ち、構造的支持を提供するため種々の形状及び構成をとる側壁を有してもよい。一実施形態によれば、共振器梁１２（１）は、参照によりその全体が組込まれる、Ｖａｅｔｈ等に対する米国特許出願第１４／１４５，５３４号に記載されるように、共振器梁１２（１）の平面内で連続的に湾曲する側壁を有する。
【００３１】
エネルギーハーベスタ１１（１）は、共振器梁１２（１）の第２の端１６（１）におもり２０（１）を含む。おもり２０（１）は、共振器梁１２（１）の周波数を下げ、また同様に、共振器梁１２（１）の（例えば、圧電材料によって生成される）電力出力を増加させるために設けられる。おもり２０（１）は、単一材料または複数材料（例えば、複数材料の複数層）で構成されてもよい。一実施形態によれば、おもり２０（１）は、シリコンウェハ材料で形成される。他の適した材料は、限定することなく、電気めっきまたは熱蒸着によって堆積される銅、金、及びニッケルを含む。
【００３２】
一実施形態において、単一おもり２０（１）が、１つの共振器梁１２（１）について設けられる。しかし、２つ以上のおもりが、同様に、共振器梁１２（１）に取付けられてもよい。他の実施形態において、おもり２０（１）は、例えば、共振器梁１２に沿う異なる場所に設けられる。
【００３３】
エネルギーハーベスタデバイス１０（１）に加えられるインパルス運動等の運動を共振器梁１２（１）が受けるときに、１つまたは複数の電極２８（１）は、共振器梁１２（１）の圧電材料から電気信号を出力する。したがって、電極２８（１）は、共振器梁１２（１）の圧電材料と電気連通状態にある。共振器梁１２（１）の圧電材料から収集される電気エネルギーは、その後、更なる回路に伝達される。一実施形態において、更なる回路は、デバイス１０上で電極２８（１）にまたは電極２８（１）の近くに形成される。別の実施形態において、回路は、別個のチップまたはボードであってよく、あるいは、別個のチップまたはボード上に存在する。
【００３４】
再び図１を参照すると、本発明のエネルギーハーベスタデバイスにおいて、エネルギーハーベスタデバイス１０内のエネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）のそれぞれは、それぞれの共振周波数ｆ１〜ｆｎに同調される共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）を含む。当業者が容易に認識するように、共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）は、共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）の断面形状、共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）の断面寸法、共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）の長さ、おもり２０（１）〜２０（ｎ）のおもり、共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）上のおもり２０（１）〜２０（ｎ）の場所、及び、共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）を作るために使用される材料等の幾つかのパラメータの任意の１つまたは複数を変動させることによって同調される可能性がある。
【００３５】
本発明のエネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）の共振周波数は、約５０Ｈｚ〜約４，０００Ｈｚ、約１００Ｈｚ〜約３，０００Ｈｚ、約１００Ｈｚ〜約２，０００Ｈｚ、または約１００Ｈｚ〜約１，０００Ｈｚの周波数を含んでもよい。エネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）の共振周波数ｆ１〜ｆｎは、他のエネルギーハーベスタ共振周波数に対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗだけオフセットし、ここで、Ｗは、共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）の運動を励起する第１のインパルスと第２のインパルスとの間の時間幅であるが、オフセットは、０．２／Ｗ〜０．８／Ｗ、０．３／Ｗ〜０．７／Ｗ、０．４／Ｗ〜０．６／Ｗ、または０．４５／Ｗ〜０．５５／Ｗであってよい。共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）は、共振周波数のオフセットに同調され、それにより、エネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）の１つまたは複数は、以下で更に述べるように、受信インパルスのタイミングに関して適切な位相合せを受けることになる。共振周波数ｆ１〜ｆｎのオフセットは、エネルギーハーベスタデバイス１０の共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）の運動を励起するインパルス間の種々の異なる時間幅Ｗで受信されるインパルスについて１つまたは複数の電極２８（１）から一貫性のある電気信号出力源を提供する。
【００３６】
本発明のエネルギーハーベスタデバイスのエネルギーハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）は、例えば、参照によりその全体が組込まれる、Ａｎｄｏｓｃａ＆Ｖａｅｔｈに対する米国特許出願第１４／１４５，５３４号、Ｖａｅｔｈ等に対する米国特許出願第１４／１７３，１３１号、及びＡｎｄｏｓｃａ等に対する米国特許出願第１４／２０１，２９３号に記載される方法に従って作られてもよい。例えば、一実施形態によれば、エネルギーハーベスタデバイスを生産する方法は、第１及び第２の表面を有するシリコンウェハを設けることを含む。第１の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層は、シリコンウェハの第１の表面上に堆積される。片持ち梁材料は、第１の二酸化シリコン層上に堆積される。第２の二酸化シリコン層は、片持ち梁材料上に堆積される。圧電スタック層は、第２の二酸化シリコン層上に堆積される。圧電スタック層、第２の二酸化シリコン層、片持ち梁材料、及び第１の二酸化シリコン層はパターンを形成される。シリコンウェハの第２の表面は、エネルギーハーベスタデバイスを生産するためにエッチングされる。
【００３７】
本発明の別の態様は、本発明の装置及びデバイスを備えるシステムに関する。一実施形態において、デバイスは、装置に電気的に結合される。本発明の更に別の態様は、本発明のシステムを備えるタイヤに関する。
【００３８】
例えば、一実施形態によれば、本発明のシステムは、タイヤ内の圧力をモニターするセンサを含む無線センサデバイスであるが、本発明のシステムは、例えば、任意の１つまたは複数の種々の環境特性（温度、湿度、光、音、振動、風、運動、圧力等）をモニターする無線センサに適用されてもよい。本発明のエネルギーハーベスタシステムは、センサに結合されて、センサに電力を提供する。
【００３９】
ここで図４Ａ〜４Ｃを参照すると、一実施形態によれば、本発明のシステムは、ハウジング３２を含むタイヤ圧モニタリングシステム（「ＴＰＭＳ」）３０であるが、本発明のシステムは、インパルス運動によって励起される他のシステムに適用される可能性がある。ＴＰＭＳ３０は、タイヤ３６の下側で（すなわち、タイヤ接地面３８の下、及び、接地面３８とホイールリム４０との間で）タイヤ３６に結合される。この実施形態において、ＴＰＭＳ３０は、タイヤ圧をモニターするセンサコンポーネント４２、エネルギーストレージ４４、及びエネルギーハーベスタデバイス１０を含み、それら全ては、電気連通状態にあり、また、ハウジング３２内に位置付けられる。この実施形態によれば、エネルギーハーベスタデバイス１０は、別の独立型エネルギー源の代わりにまたはそれと共に使用される、ＴＰＭＳ３０のセンサ４２に電力供給する独立型エネルギー源を提供する。本発明のエネルギーハーベスタデバイスは、同様に、電動装置に連結されるエネルギーストレージ４４を充電することによって電動装置に電力供給してもよい。エネルギーストレージ４４は、キャパシタバンクまたはスーパキャパシタであってよいが、他の用途において、エネルギーストレージ４４は、充電式電池であってよい。例えば、エネルギーハーベスタデバイスは、電動装置に電力供給するエネルギーストレージ４４にトリクル充電を提供してもよい。
【００４０】
ＴＰＭＳ３０は、タイヤ３６に直接搭載され、それにより、エネルギーハーベスタデバイス１０の共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）の運動は、タイヤ３６が回転のフットプリント領域に入るときに（すなわち、ＴＰＭＳ３０がタイヤ３６に取付けられるポイントでタイヤ３６が道路に接するときに）生成されるインパルスの結果として励起される。図５Ａは、フットプリント領域４６を含む、タイヤ３６の３６０°全回転を通したタイヤ３６の回転中のＴＰＭＳ３０の種々の位置（１〜６）を示す。図５Ｂは、位置１〜６における半径方向加速度を含む、タイヤ３６の回転全体を通してタイヤ３６に取付けられるときのＴＰＭＳ３０についての関連する半径方向加速度プロファイルを示す。
【００４１】
ＴＰＭＳ３０は、フットプリント領域４６の外側で、すなわち、位置１、２、及び６において平衡半径方向加速度で走行する。位置３において、ＴＰＭＳ３０は、フットプリント領域４６に入り、半径方向加速度の突然の増加を受け、それに続いて、ゼロへの半径方向加速度の突然の減少を受ける。突然の減少は、第１のインパルスを提供して、エネルギーハーベスタデバイス１０の共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）の運動を励起する。ＴＰＭＳ３０は、位置４を含むフットプリント領域４６全体を通してゼロ半径方向加速度のままである。位置５において、ＴＰＭＳ３０は、フットプリント領域４６を出て、平衡半径方向加速度に戻るセトリングの前に半径方向加速度の突然の増加を受ける。位置５における突然の増加は、第２のインパルスを提供して、エネルギーハーベスタデバイスの共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）の運動を励起する。第１のインパルスと第２のインパルスとの間の時間幅または継続時間（Ｗ）は、タイヤ３６の回転周期（Ｐ）よって決定され、回転周期（Ｐ）は、タイヤ３６が位置する車両の速度によって決定される。
【００４２】
一例において、ＴＰＭＳ３０のエネルギーハーベスタデバイス１０は、対応する共振周波数ｆ１及びｆ２を有する２つのエネルギーハーベスタ１１（１）及び１１（２）を含んでもよい。この例において、エネルギーハーベスタ１１（１）の共振周波数ｆ１は、所与の速度における時間幅Ｗに基づいて同調され、それにより、共振周波数ｆ１は式ｆ１＝ｎ／Ｗによって規定され、ここで、ｎは正整数である。一例において、ｎ＞４であるが、ｎのより大きな値が利用されて、例として、サイズ等のエネルギーハーベスタ１１（１）の特徴に基づいて最適発電を提供してもよい。エネルギーハーベスタ１１（１）は、当技術分野で知られている方法を使用して共振周波数ｆ１に同調されてもよい。例として、共振器梁１２（１）は、共振器梁１２（１）の断面形状、共振器梁１２（１）の断面寸法、共振器梁１２（１）の長さ、おもり２０（１）のおもり、共振器梁１２（１）上のおもり２０（１）の場所、及び、共振器梁１２（１）を作るために使用される材料等の幾つかのパラメータの任意の１つまたは複数を変動させることによって同調される可能性がある。
【００４３】
この例において、エネルギーハーベスタ１１（２）は、共振周波数ｆ１からわずかにオフセットする共振周波数ｆ２に同調されてもよい。この例において、ｆ１とｆ２との間のオフセットは、０．１／Ｗ〜０．９／Ｗである、すなわち、ｆ１−ｆ２の絶対値は０．１／Ｗ〜０．９／Ｗに等しいが、オフセットは、０．２／Ｗ〜０．８／Ｗ、０．３／Ｗ〜０．７／Ｗ、０．４／Ｗ〜０．６／Ｗ、または０．４５／Ｗ〜０．５５／Ｗであってよい。エネルギーハーベスタ１１（２）は、当技術分野で知られている方法を使用して共振周波数ｆ２に同調されてもよい。例として、共振器梁１２（２）は、共振器梁１２（２）の断面形状、共振器梁１２（２）の断面寸法、共振器梁１２（２）の長さ、おもり２０（２）のおもり、共振器梁１２（２）上のおもり２０（２）の場所、及び、共振器梁１２（２）を作るために使用される材料等の幾つかのパラメータの任意の１つまたは複数を変動させることによって同調される可能性がある。
【００４４】
動作時、エネルギーハーベスタ１１（１）及び１１（２）の共振器梁１２（１）及び１２（２）は、図５Ａに示すように、ＴＰＭＳ３０が位置３においてフットプリント領域４６に入るときに受信される第１のインパルスによって励起される。第２のインパルスは、ＴＰＭＳ３０が位置５においてフットプリント領域４６に出るときに受信される。第１のインパルス及び第２のインパルスは、時間幅Ｗによって分離される。共振器梁１２（１）はＴ１＝１／ｆ１の周期で振動し、一方、共振器梁１２（２）はＴ２＝１／ｆ２の周期で振動する。時間幅ＷがＴ１またはＴ２のほぼ整数倍である場合、関連するエネルギーハーベスタの運動は、第２のインパルスについて位相がずれることになる。これは、第２のインパルスが加速度の急峻な増加であり、一方、第１のインパルスが加速度の急峻な減少であるからである。したがって、このハーベスタは機能低下することになる。しかし、時間幅ＷがＴ１またはＴ２の周期の整数ｎ  ＋／−  １／２倍である場合、関連するエネルギーハーベスタの運動は増大されることになる。ｆ１とｆ２との間のオフセットは、一方のエネルギーハーベスタが時間幅Ｗによってわずかに位相がずれているとき、他のエネルギーハーベスタが同相になって、エネルギーハーベスタデバイス１０からの電力出力を、時間幅Ｗについての種々の値においてより均等にする可能性がある。この例は２つのエネルギーハーベスタを利用するが、オフセットした共振周波数を有する更なるエネルギーハーベスタが利用されて、種々の速度でより均一な電力源を提供してもよいことが理解される。一例において、更なるエネルギーハーベスタは、複数の共振器梁内の他の共振器梁のそれぞれに対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗだけオフセットする共振周波数を有する共振器梁を含むが、オフセットは、０．２／Ｗ〜０．８／Ｗ、０．３／Ｗ〜０．７／Ｗ、０．４／Ｗ〜０．６／Ｗ、または０．４５／Ｗ〜０．５５／Ｗであってよい。
【００４５】
本発明の更なる態様は、電動装置に電力供給する方法に関する。この方法は、本発明のエネルギーハーベスタシステムを設けることを含む。エネルギーハーベスタは、複数のインパルスを受けて、圧電材料から電気エネルギーを発生する。電気エネルギーは、圧電材料から電動装置に伝達されて、装置に電力を提供する。一例において、方法は、使用中の車両タイヤと関連して実施され、前記装置は、上述した、タイヤ圧モニタリングシステムまたはタイヤ圧モニタリングシステムのコンポーネントである。
【００４６】
本発明の別の態様は、タイヤが遭遇するインパルスに同調されたエネルギーハーベストデバイスを設計するための方法に関する。方法は、所与の速度における回転周期Ｐを決定することを含む。タイヤの外周上のポイントが路面に接触するときに生成される第１のインパルスと、タイヤの外周上のポイントが、決定された回転周期Ｐで路面との接触から引離されるときに生成される第２のインパルスとの間の時間幅が決定される。本発明のシステムは、時間幅Ｗの逆数の整数倍Ｍである第１の共振周波数に同調された複数の共振器梁の第１の共振器梁であって、Ｍは３以上である、第１の共振器梁を備える。また、本発明のシステムは、第１の共振器梁の第１の共振周波数に対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗだけオフセットした第２の共振周波数に同調された複数の共振器梁の第２の共振器梁を備える。システムはタイヤに接続される。
【００４７】
図１〜５Ｂを参照すると、タイヤ３６が遭遇するインパルスに同調されるエネルギーハーベストデバイス１０を設計するための方法が述べられる。所与の速度におけるタイヤ３６の回転周期Ｐが決定される。回転速度及びタイヤ直径（または円周）が、その後、利用されて、図５Ａの位置３に示すように、タイヤ３６の外周上のポイントが路面に接触するときに生成される第１のインパルスと、図５Ａの位置５に示すように、タイヤ３６の外周上のポイントが、路面との接触から引離されるときに生成される第２のインパルスとの間の時間幅Ｗが決定されてもよい。時間幅Ｗは、回転周期Ｐに依存し、それにより、Ｐ／Ｗの値は、種々の車両速度においてかなり一定のままである。
【００４８】
次に、本発明のＴＰＭＳ３０は、圧電材料を含む共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）を備える。共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）は、片持ち梁としてベース１８（１）〜１８（ｎ）から自由に延在する。例示的な共振器梁１２（１）は図３に示される。共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）は、図２において、例としてだけ、示す同じダイ上に位置付けられてもよい、または、図１に示すように、個々のハーベスタ１１（１）〜１１（ｎ）としてエネルギーハーベストデバイス１０内に別々に位置付けられてもよい。
【００４９】
第１の共振器梁１２（１）は、所与の速度においてタイヤ３６の時間幅Ｗの逆数の整数倍Ｍである第１の共振周波数ｆ１に同調される。一例において、Ｍは３以上であるが、Ｍの異なる値が、ＴＰＭＳ３０の所望の性能特徴に応じて利用されてもよい。第１の共振器梁１２（１）は、当技術分野で知られている方法を使用して共振周波数ｆ１＝Ｍ／Ｗに同調されてもよい。例として、第１の共振器梁１２（１）は、第１の共振器梁１２（１）の断面形状、第１の共振器梁１２（１）の断面寸法、第１の共振器梁１２（１）の長さ、第１の共振器梁１２（１）の端に取付けられたおもり２０（１）のおもり、第１の共振器梁１２（１）上のおもり２０（１）の場所、及び、第１の共振器梁１２（１）を作るために使用される材料等の幾つかのパラメータの任意の１つまたは複数を変動させることによって同調される可能性がある。
【００５０】
第２の共振器梁１２（２）は、その後、第１の共振器梁１２（１）の第１の共振周波数ｆ１に対して０．１／Ｗ〜０．９／Ｗだけオフセットされる第２の共振周波数ｆ２に同調されるが、オフセットは、０．２／Ｗ〜０．８／Ｗ、０．３／Ｗ〜０．７／Ｗ、０．４／Ｗ〜０．６／Ｗ、または０．４５／Ｗ〜０．５５／Ｗであってよい。第２の共振器梁１２（２）は、当技術分野で知られている方法を使用して共振周波数ｆ２に同調されてもよい。例として、第２の共振器梁１２（２）は、第２の共振器梁１２（２）の断面形状、第２の共振器梁１２（２）の断面寸法、第２の共振器梁１２（２）の長さ、第２の共振器梁１２（２）の端に取付けられたおもり２０（２）のおもり、第２の共振器梁１２（２）上のおもり２０（２）の場所、及び、第２の共振器梁１２（２）を作るために使用される材料等の幾つかのパラメータの任意の１つまたは複数を変動させることによって同調される可能性がある。
【００５１】
ＴＰＭＳ３０は、共振器梁１２（１）〜１２（ｎ）に対する０．１／Ｗ〜０．９／Ｗのオフセットで他の共振器梁からのオフセットに対して同調された共振器梁を有する更なるハーベスタを含んでもよい。一例において、第３の共振器梁１２（３）は、第１の共振器梁１２（１）の共振周波数ｆ１から０．２５／Ｗ〜０．７５／Ｗだけオフセットした共振周波数ｆ３を有してもよい、一方、第４の共振器梁１２（４）は、第２の共振器梁１２（２）の共振周波数ｆ２から０．２５／Ｗ〜０．７５／Ｗだけオフセットした共振周波数ｆ４を有してもよい。しかし、他のオフセットを有する更なる数の共振器梁が利用されてもよい。更に、方法は、別の所与の速度においてタイヤ３６の回転周期を決定すること、及び、別の所与の速度におけるタイヤ３６の回転周期Ｐに基づく周波数間隔によって２つ以上の共振器梁の共振周波数を同調させることを含んでもよい。更なる共振器梁は、種々の異なる速度のインパルス運動を受けると、システムに、より均一性のある電力源を提供することになる。
【実施例】
【００５２】
以下の実施例は、本発明の実施形態を示すために提供されるが、その範囲を制限することを決して意図されない。
【００５３】
実施例１−０．６３５／Ｗ（Ｗ＝８．４５ｍｓ）の共振周波数オフセットを有する２つのエネルギーハーベスタを有するデバイスの電力出力
システムは、転動タイヤが受けるものと同様の、第１のインパルスと第２のインパルスとの間またはインパルス対の間の遅延間隔で１つまたは複数のハーベスタにインパルスを提供するように構築された。このシステムは、これらのインパルス対の種々の繰返しレートで動作し、ハーベスタの出力電力はモニターされた。基準点として８．４５ｍｓの時間幅Ｗを使用して、システムは、５８１Ｈｚの共振周波数を有する振動エネルギーハーベスタを装填された。７〜１０Ｈｚの動作周波数（１４３ｍｓ〜１００ｍｓの回転周期と同等）にわたって、生成される平均電力は４．３μＷであり、７Ｈｚ及び８．５Ｈｚ回転周波数において平均電力はほとんど全く生成されない。
【００５４】
システムは、その後、ハーベスタ共振周波数の７５Ｈｚの差、（または、基準点としてＷ＝８．４５ｍｓである０．６３５／Ｗ）２つの周波数間のオフセットを示す、５８１Ｈｚの共振周波数を有する振動エネルギーハーベスタ及び５０６Ｈｚの共振周波数を有する第２の振動エネルギーハーベスタに適合された。図６を参照すると、破線は５８１Ｈｚの共振周波数を有するエネルギーハーベスタについての電力出力を示し、一方、実線は５０６Ｈｚの共振周波数を有するエネルギーハーベスタについての電力出力を示す。システムにおける０．６３５／Ｗの周波数オフセットを有する２つのエネルギーハーベスタの使用は、システムからのより均等な電力出力を提供する。動作周波数７Ｈｚ〜１０Ｈｚ（１４３ｍｓ〜１００ｍｓの回転周期と同等）にわたってこのシステムから生成される平均電力は９．９μＷであり、ゼロ平均電力生成の帯域を持たない。
【００５５】
好ましい実施形態が、本明細書で詳細に示し述べられたが、種々の修正、追加、置換等が本発明の精神から逸脱することなく行われる可能性があり、したがって、これらが、添付特許請求の範囲内に規定される本発明の範囲内にあると考えられることが当業者に明らかになる。
【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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【国際調査報告】
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