(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラケットヘッド、スロート部分および把持部を有するフレームを含む球技スポーツ用ラケットであって、
前記ラケットは、変形時に機械力を電力に変換する少なくとも１つのトランスデューサと、トランスデューサに接続された電気回路とをさらに含み、
前記電気回路が、前記トランスデューサに接続され、前記トランスデューサとの間の電力の流れを切り換える切り換え電子回路と、変形の励起周波数の２倍より大きい周波数で前記切り換え電子回路を切り換える制御ロジックとを含み、
前記トランスデューサは、前記ラケットの振動を感知すると、前記ラケットの振動に誘発される機械力をすべて電力に変換して前記電気回路に供給し、前記電気回路は、前記ラケットの振動を低減または減衰させるように前記トランスデューサからの電力を位相シフトして前記トランスデューサに戻し、前記トランスデューサは、前記電力を機械力に変換して前記ラケットの振動を低減または減衰させ、
前記トランスデューサが、前記ラケットのフレームに積層されることを特徴とする球技スポーツ用ラケット。
【請求項２】
前記電気回路が、前記トランスデューサから取り出された電力を蓄える蓄積要素を含むことを特徴とする請求項１に記載のラケット。
【請求項３】
前記把持部が、前記電気回路および／または前記蓄積要素を収納するための開口部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のラケット。
【請求項４】
前記把持部が、中空の断面と前記中空の断面において２つの隣接する室を規定する仕切り壁とを含み、前記仕切り壁が分割されて前記開口部を提供することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のラケット。
【請求項５】
前記中空の断面における開口部が、少なくとも部分的に物質で充填され、これにより、前記電気回路および／または前記蓄積回路を定位置に固定することを特徴とする請求項３または４に記載のラケット。
【請求項６】
前記物質が、発泡材であることを特徴とする請求項５に記載のラケット。
【請求項７】
前記トランスデューサが、圧電物質、反強誘電物質、電歪型物質、ピエゾ磁気物質、磁歪型物質、磁気形状記憶物質および圧電セラミック物質のうち少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のラケット。
【請求項８】
前記トランスデューサが、繊維状トランスデューサ物質を含むことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載のラケット。
【請求項９】
前記少なくとも１つのトランスデューサが、ラケットへのボールの衝撃による実質的な変形が発生するラケットの位置に装着されることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のラケット。
【請求項１０】
前記トランスデューサが、対となってラケットに装着され、各対がラケットの１つの面に配置されることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載のラケット。
【請求項１１】
前記トランスデューサが、ラケットのラケットヘッドとスロート部分との間の過渡領域に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載のラケット。
【請求項１２】
ラケットの各面に２つづつ、４つのトランスデューサがラケットに設けられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載のラケット。
【請求項１３】
すべてのトランスデューサが、同一の電気回路に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載のラケット。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのトランスデューサが、フレーム自体の製造に用いられたのと同じ樹脂によってフレームに積層されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載のラケット。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのトランスデューサと前記電気回路とが、積層されたフレックス回路によって電気的に接続されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載のラケット。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのトランスデューサのサイズが、約８〜１６ｃｍ2、好ましくは約１０〜１４ｃｍ2、最も好ましくは約１２ｃｍ2であることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載のラケット。
【請求項１７】
前記フレームが、発生する主応力の種類にしたがって異なるフレーム位置で断面形状が異なる断面を有し、前記断面形状が、それぞれの応力の種類に適合した断面係数を有することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載のラケット。
【請求項１８】
４時と６時との間の領域、６時と８時との間の領域および／または前記ラケットのスロート部分に、少なくとも１つの瘤状の硬質要素が設けられていることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載のラケット。
【請求項１９】
前記瘤の領域における前記断面の軸率が、１．０と１．４との間、好ましくは、１．２と１．３５との間であることを特徴とする請求項１８に記載のラケット。
【請求項２０】
トランスデューサのピーク電圧が、変形だけによる開回路トランスデューサのいかなるピーク電圧の２倍より大きいことを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載のラケット。
【請求項２１】
トランスデューサへの、およびトランスデューサからの電流の積分のピークが、変形だけによるトランスデューサの短絡電流の積分のいかなるピークの２倍よりも大きいことを特徴とする請求項１から１９のいずれかに記載のラケット。
【請求項２２】
前記電気回路が、トランスデューサに接続されており、変形の間、異なる間隔で、トランスデューサから電力を取り出し、トランスデューサに電力を与えることができることを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載のラケット。
【請求項２３】
前記電気回路が、
第１と第２の端子を含み、前記第１の端子がトランスデューサの第１の端子と接続されているインダクタと、
前記インダクタの第２の端子および前記トランスデューサの第２の端子に接続され、スイッチを含む第１のサブ回路と、
前記インダクタの第２の端子および前記トランスデューサの第２の端子に接続され、スイッチを含む第２のサブ回路とを含むことを特徴とする請求項１から２２のいずれかに記載のラケット。
【請求項２４】
前記電気回路が、
第１と第２の入力端子および第１と第２の出力端子を含み、前記第１と第２の入力端子がトランスデューサの第１と第２の端子に接続されている整流回路と、
第１と第２の端子を含み、前記第１の端子が前記整流回路の第１の出力端子に接続されているインダクタと、
前記インダクタの第２の端子および整流回路の第２の出力端子に接続され、スイッチを含んでいるサブ回路とを含むことを特徴とする請求項１から２３のいずれかに記載のラケット。
【請求項２５】
機械的状態を測定するセンサを含み、前記トランスデューサに連結された電気回路が、測定された機械的状態に基づき制御され、前記電気回路は、トランスデューサから電力を取り出し、取り出した電力を電気回路および／または蓄積要素に蓄えるように構成されていることを特徴とする請求項１から２４のいずれかに記載のラケット。
【請求項２６】
前記電気回路が、測定された機械的状態に基づいて制御されるスイッチを含むことを特徴とする請求項２５に記載のラケット。
【請求項２７】
前記電気回路が、共振回路を含むことを特徴とする請求項１から２６のいずれかに記載のラケット。
【請求項２８】
前記電気回路および／または蓄積要素に供給されるすべての電力が、機械的変形から取り出された動力に由来するような構成になっている請求項１から２７のいずれかに記載のラケット。
【請求項２９】
前記電気回路が、増幅回路を含むことを特徴とする請求項１から２８のいずれかに記載のラケット。
【請求項３０】
前記増幅回路が、Ｈ−ブリッジおよび／またはハーフブリッジを含むことを特徴とする請求項２９に記載のラケット。
【請求項３１】
前記電気回路が、前記増幅回路を制御する制御電子回路を含むことを特徴とする請求項２９または３０に記載のラケット。
【請求項３２】
前記制御電子回路が、前記増幅回路のデューティサイクルを制御することを特徴とする請求項３１に記載のラケット。
【請求項３３】
前記電気回路および／または蓄積要素が、キャパシタおよび／または再充電可能バッテリを含むことを特徴とする請求項１から３２のいずれかに記載のラケット。
【請求項３４】
前記電気回路および／または蓄積要素が、直列に接続された２つの構成要素を含み、トランスデューサの一端が前記２つの構成要素間のノードに接続されていることを特徴とする請求項１から３３のいずれかに記載のラケット。
【請求項３５】
前記蓄積要素が、前記電気回路と同じ回路基板に設けられていることを特徴とする請求項１から３４のいずれかに記載のラケット。
【請求項３６】
変形の振動を減衰するような構成になっている請求項１から３５のいずれかに記載のラケット。
【請求項３７】
前記トランスデューサが、並列アレイに配置された一連の可撓性のある細長いファイバを含む複合体であることを特徴とする請求項１から３６のいずれかに記載のラケット。
【請求項３８】
請求項１から３７のいずれかに記載の球技スポーツ用ラケットの製造方法であって、
ａ）ラケットのフレームを設ける工程と、
ｂ）少なくとも１つのトランスデューサをラケットのフレームに積層する工程と、
ｃ）前記トランスデューサを前記電気回路および／または蓄積要素に電気的に接続する工程とを含むことを特徴とする球技スポーツ用ラケットの製造方法。
【請求項３９】
前記工程ａ）およびｂ）が、同時に行われることを特徴とする請求項３８に記載のラケットの製造方法。
【請求項４０】
前記工程ｂ）が、フレームが設けられた後に行われることを特徴とする請求項３８に記載のラケットの製造方法。
【請求項４１】
前記トランスデューサが、フレームの製造に用いられるのと同じ樹脂でラケットのフレームに積層されることを特徴とする請求項３８から４０のいずれかに記載のラケットの製造方法。
【請求項４２】
保護コーティングが、前記トランスデューサおよび／または電気接続の上に施されていることを特徴とする請求項３８から４１のいずれかに記載のラケットの製造方法。
【請求項４３】
前記把持部が、中空であり仕切り壁によって２つの室に分割され、前記電気回路が、仕切り壁の開口部に装着され、前記中空の把持部に挿入された発泡材によって定位置に固定されることを特徴とする請求項３８から４２のいずれかに記載のラケットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は、一般に、テニス、スカッシュおよびラケットボールのような球技スポーツ用ラケットならびにそのラケットの製造方法に関する。特に、本発明は、最適な取り扱い特性を達成するための電子回路が組み込まれた球技スポーツ用ラケットに関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来技術において、電子回路が組み込まれたいくつかのスポーツ用具は公知である。例えば、ＷＯ−Ａ−９７／１１７５６、ＥＰ−Ａ−０８５７０７８およびＵＳ−Ａ−５８５７６９４は、一体となったスポーツ本体部と、電気的エネルギーおよび機械的歪みエネルギーを変換する圧電歪み素子を有する電気活性アセンブリと、アセンブリを介しての電気的エネルギーに圧電素子の歪みを制御させ、本体部の振動応答を減衰させるアセンブリに接続された回路とを備えたスポーツ用具に関している。電気活性アセンブリは、歪み結合によって本体部と一体化されている。アセンブリは、歪みエネルギーを電気的エネルギーに変換し、電気的エネルギーを分流させ、これによってスポーツ用具の本体部のエネルギーを放散させる受動素子であってもよい。能動素子の実施形態では、このシステムは、圧電シート材を有する電気活性アセンブリおよび交換可能バッテリなどの別個の電源を備える。類似の用具が、ＷＯ−Ａ−９８／３４６８９、ＷＯ−Ａ−９９／５１３１０およびＷＯ−Ａ−９９／５２６０６に記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの公知のスポーツ用具は、取り扱い特性（例えば、硬さまたは減衰特性）が良好とはいえない。従来の装置には、電子回路が、生成された電気的エネルギーを受動型アセンブリとしての分流器（例えば、抵抗器またはＬＥＤ）で単に放散するか、あるいは、能動アセンブリを形成するように電子回路に電気的エネルギーを供給するために付加的な電源（例えば、バッテリ）が備えられているというさらなる欠点がある。しかし、公知の代替物は両者とも効率、重量、取り扱い特性および製造という点で完全には満足できるものではない。
【０００５】
本発明の目的は、改良された球技スポーツ用ラケットおよびその改良された製造方法を提供することである。特に、テニス、スカッシュまたはラケットボールのような球技スポーツのラケットの取り扱い特性の改良の必要性が依然として存在する。この目的および必要性は、請求項の特徴によって達成される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、ラケットは、ラケットに配置された少なくとも１つのトランスデューサに接続している自己出力形電子回路を備えている。さらに詳しくは、本発明によると、ラケットヘッド、スロート部分、把持部を有するフレームと、変形時に機械的エネルギーまたは機械力を電気的エネルギーまたは電力に変換する少なくとも１つのトランスデューサと、トランスデューサに接続された電気回路とを含む球技スポーツ用ラケットである。電気回路はトランスデューサに電気的エネルギーまたは電力を供給し、トランスデューサに供給された電気的エネルギーまたは電力はすべて機械的変形から取り出されたエネルギーまたは力に由来し、トランスデューサは、電気的エネルギーまたは電力を機械的エネルギーまたは機械力に変換し、機械的エネルギーまたは機械力はラケットの振動特性に影響を与える。本発明のラケットに設けられた上記少なくとも１つのトランスデューサはフレームに積層される。
【０００７】
好ましい実施形態において、トランスデューサは、並列アレイに配置された一連の可撓性のある細長いファイバを含む、構造部材の変形を起動させたり、感知する複合体である。各ファイバは、実質的に互いに平行であり、隣接するファイバは、ポリマーの電気特性または弾性を変化させるために添加物を有する比較的柔らかい変形可能ポリマーによって分離されている。さらに、各ファイバは、共通のポーリング方向を有している。この複合体は、電界を印加または検出するためにファイバの軸延長に沿って可撓性のある導電電極物質を含む。電極物質は、交互に間隔をもって配置され、ファイバの軸に沿って構成要素を有する電界を与えるように構成されている反対の極性の電極を形成する櫛形パターンを有する。ポリマーは、ファイバの電極の間に存在する。ファイバは、圧電材料を含む電気セラミックファイバであるのが好ましい。このタイプのトランスデューサはＵＳ−Ａ−５８６９１８９により詳細に記載されている。
【０００８】
トランスデューサは、対となってラケットに装着され、各対がラケットの１つの面に配置されるのが好ましい。１つ以上のトランスデューサが用いられるとき、すべて同一の電気回路に電気的に接続されるのが好ましい。好適な実施形態によると、この接続は、ラケットのフレームに積層することができるいわゆるフレックス回路によって行われる。任意には少なくとも１つのトランスデューサから取り出された電力を蓄えるための蓄積要素を含む電気回路は、ラケットフレームの把持部に設けるとよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の詳細および利点を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明のテニスラケット６００の好適な実施形態を示す。ラケット６００は、ラケットヘッド６０４を有するフレーム６０２と、スロート部分６０６と、把持部６０８とを一般に含んでいる。ラケット６００は、変形時に機械力を電力に変換する少なくとも１つのトランスデューサ、好ましくは、１または２対のトランスデューサ６１０および６１２をさらに含んでいる。トランスデューサ６１０および６１２は、ラケット６００のフレーム６０２に積層され、電子回路基板に装着された自己出力形電気回路６１８に電気接続部６１４を介して電気的に接続され、図１に模式的に示されている。自己出力形電気回路６１８と組み合わされたトランスデューサ６１０および６１２は、本発明のラケット６００の取り扱い特性を向上させるためのものである。特に、これらの構成要素は、プレイ中に生成された振動を低減させるためのものである。例えば、プレーヤーが、トランスデューサおよび自己出力形電気回路６１８が組み込まれた本発明のラケット６００でボールを打つと、ボールのラケットへの衝撃時に生成した高周波の振動を用いて、トランスデューサ６１０および６１２からエネルギーを取り出す。それから、このエネルギーは、電気接続部６１４を介して電気回路６１８に移動し、電気回路６１８は、信号をトランスデューサ６１０および６１２に戻し、それらを起動させることによって機械的振動を減衰させる。
【００１１】
図１および図２に示すように、把持部６０８は、電気回路６１８を保持する自己出力形電子回路基板が配置されるスロットまたは開口部６１６を含むことが好ましい。開口部６１６は、ラケットフレーム６０２の製造工程中に本発明のラケット６００の把持部６０８に形成される。これは、好ましくは、エポキシ材料または複合カーボンファイバ材料の管をループ状にプレスの金型に置くことによって達成される。把持部６０８のスロットまたは開口部６１６は、管の両端が互いに隣接して配置されている領域に設けられる。スロットまたは開口部６１６の領域において、これらの２つの隣接している管の端部は、例えば、コアによって金型内で分離されることにより、プレス（好ましくは、高温で）の後、正確に配置されたスロットまたは開口部６１６を得ることができる。あるいは、スロット６１６を有するラケットフレーム６０２を熱可塑性材料（例えば、ポリアミド）から射出成形することができる。この場合、射出成形工程中にラケットフレーム６０２に電気回路６１８を一体化または積層してもよい。
【００１２】
開口部６１６は、図２に示すように、横方向に把持部６０８を完全に貫通させてもよいが、電子回路基板を収納するのに適切な凹部を生成するようなある深さまでにしておいてもよい。図２において、スロット６１６は、把持部６０８の中央に示されているが、把持部の横方向の中央からずれていてもよい。
【００１３】
自己出力形電気回路６１８は、回路の構成要素が装着されている電子回路基板に設けられている。回路基板はまた、トランスデューサから取り出された電力を蓄積する蓄積要素を備えていることが好ましい。本発明の好適な実施形態によると、電気回路６１８を定位置に固定するように開口部またはスロット６１６に配置した後、開口部またはスロット６１６に少なくとも部分的に材料が充填される。電気回路６１８をスロット６１６に固定する材料は、スロット６１６に充填されると体積が増え、少なくとも部分的にラケット６００の把持部６０８の空洞を埋め得る発泡材６２０であるのが好ましい。あるいは、または追加的に、電気回路６１８の把持部６０８への装着は、接着剤によってスロット６１６（存在する場合）に行ってもよいし、フレーム６０２の中空の把持部６０８内、例えば、管の端部が出会う箇所に形成された仕切り壁に直接行ってもよい。さらに、電気回路６１８の装着は、把持部６０８のラケットフレーム６０２の通常開口している端部を閉じる端部キャップ（図示せず）上に行ってもよく、これにより電気回路６１８は、端部キャップがラケット６００に固定されたとき把持部６０８内に延びる。あるいは、電気回路６１８は、ラケットフレーム６０２の他のいずれの位置に配置してもよく、例えば、把持部６０８とスロート部分６０６との間の過渡領域６２１に配置することもできる。この構成において、電気回路６１８は、外部からラケットフレーム６０２を通して見える集積回路チップ（ＩＣ）として設けられることが好ましい。
【００１４】
ラケット６００のうち、ラケットの使用中に最も変形しやすい領域に少なくとも１つのトランスデューサが装着されることが好ましい。具体的に、この領域とは、最大の変形はラケットフレーム６０２の弾性曲線から最も遠い場所で発生すると考えられるので、ラケット６００の正面部６２２またはその反対の背面部６２４である。さらに、ラケットフレーム６０２の最大変形は、ラケットヘッド６０４とスロート部分６０６との間の過渡領域６２６にプレイ中に発生すると考えられる。少なくとも１対のトランスデューサ６１０および６１２をラケットフレーム６０２の正面部６２２および／または背面部６２４に設けることが本発明において好ましい。すなわち、トランスデューサ６１０および６１２は、ラケット６００の１面または両面に設け得る。１面のみに装着すると、フレーム６０２の１つのヨークにつき１つの全部で２つのトランスデューサが存在する。両面に装着すると、１面の１つのヨークにつき１つの全部で４つのトランスデューサが存在する。しかし、それ以上のトランスデューサを各ヨークに積層してラケット６００の性能を向上させてもよい。
【００１５】
ラケットフレーム６０２に積層された上記少なくとも１つのトランスデューサは、ポリエステル基板材料上のシルバーインクスクリーン印刷櫛形電極（ＩＤＥ）と、一方向に配列されたＰＺＴ−５Ａリードベースの圧電ファイバと、熱硬化性樹脂マトリックス材とを含んでいることが好ましい。上記のように、トランスデューサは、感知と起動という２つの目的を有している。トランスデューサを用いてラケットフレーム６０２の歪みを感知し、電気出力を電極のサブシステムを介して電気回路に与える。トランスデューサはまた、運動変形が検出されるとラケットフレーム６０２を起動するために用いることもできる。実際は、圧電ファイバがトランスデューサであり、機械的な変形を電気的エネルギーへ、また電気的エネルギーを機械的な変形に変換する。変形されると、トランスデューサは表面電荷を発生させ、反対に、電界が与えられると変形が誘発される。ボールの衝撃によるラケットの機械的歪みによりトランスデューサが変形し、圧電ファイバを歪ませる。櫛形電極は、歪んだ圧電ファイバによって発生させられた表面電荷をピックアップし、電荷が適切な電気回路６１８に送られる電気経路を提供する。反対に、櫛形電極はまた、ボール衝撃によってラケット６００に誘発される振動に対抗するようにトランスデューサの圧電ファイバを駆動する電気経路も提供する。
【００１６】
これらの本発明の好適なトランスデューサは、圧電ファイバおよびマトリックス樹脂を特定の圧力、温度および時間特性下で２つのＩＤＥ電極間に積層することによって製造される。ＩＤＥパターンは、複合体の片側または両側に用いられ得る。積層複合体は、高電圧、特定の温度および時間特性で極性化される。この工程により、トランスデューサの動作の極性モードが確立されるため、トランスデューサ電力リードタブ上の電気的「アース」極性を調べる必要性がある。このタイプのトランスデューサおよびその製造についての詳細は、ＵＳ−Ａ−５８６９１８９に記載されている。本発明で用いる本発明において好ましい市販のトランスデューサは、“スマートプライ（Smart Ply）”（コンチナムコントロール社(Continuum Control Corporation)、Bellerica,、マサチューセッツ、米国）として知られている能動ファイバ複合体である。
【００１７】
トランスデューサ６１０および６１２と電気回路６１８との間の電気接続部６１４は、いわゆる「フレックス回路」によって形成されるのが好ましい。例えば、このようなフレックス回路は、ポリエステル基板材料上にＹ型シルバーインクスクリーン印刷された１組のトレースを含んでいる。絶縁材料からなる層を３つのタブにおける１領域を除いて導電トレースに施す。Ｙ字形の先端部では、露出した導電トレースの形状をトランスデューサの上記のタブの形状と一致させる。半田可能なピンをＹ字形の下部の露出した導電トレースに留める。「Ｙ」の下端部は９０度曲がっており、電気回路６１８を保持している電子回路基板がラケット６００の把持部分６０８に設けられるスロットまたは開口部６１６にフレックス回路を効果的に繋ぐ。
【００１８】
本発明のラケット６００に用いられる電気回路６１８は、自己出力形電子回路である。すなわち、バッテリのような外部エネルギー源を必要としない。電子回路６１８は、標準的な表面装着技術（ＳＭＴ）手法を用いて能動および受動素子を備えるプリント配線板（ＰＷＢ）を含むことが好ましい。電気回路部品は、一般的に、高圧ＭＯＳＦＥＴ、キャパシタ、抵抗器、トランジスタおよびインダクタを含む。用いられる回路トポロジーについて以下に詳細に述べる。
【００１９】
電気回路または電子回路基板６１８の目的は、トランスデューサアクチュエータから電荷を取り出し、それを一時的に蓄え、ラケット６００の振動を低減または減衰させるようにそれを再び与えることである。電子回路は、電圧波形のピークで第１のモードサイクルにつき２回切り換わることによって作動する。スイッチング位相は、理論上の開回路を基準にして９０度トランスデューサ端子電圧をシフトさせる。この位相シフトにより、トランスデューサおよびラケットからエネルギーが取り出される。取り出されたエネルギーは、トランスデューサアクチュエータをバイアスすることによって端子電圧を増加させる。電圧は、ＭＯＳＦＥＴおよび他の電子部品における有限損失のために無限に上昇するわけではない。スイッチングは、ラケットの振動を、例えば、初期振幅の約３５％、好ましくは２５％にまで低減させるのに十分なエネルギーが取り出されるまで行われる。
【００２０】
例えば、トランスデューサは、圧電トランスデューサ、反強誘電トランスデューサ、電歪型トランスデューサ、ピエゾ磁気トランスデューサ、磁歪型トランスデューサ、磁気形状記憶トランスデューサまたは圧電セラミックトランスデューサであり得る。
【００２１】
上記少なくとも１つのトランスデューサおよび、好ましくはフレックス回路もが、特定の温度、圧力および時間特性において適切な樹脂材でラケットフレーム６０２に積層される。上記少なくとも１つのトランスデューサは、フレーム６０２自体の製造に用いられるのと同じ樹脂によってフレーム６０２に積層される。トランスデューサおよびフレックス回路の積層は、フレーム６０２の製造と同時に行っても、または製造後追加の工程として行ってもよい。トランスデューサおよびフレックス回路のラケットフレーム６０２への積層後、さらに保護コーティングをトランスデューサおよび／またはフレックス回路の上に施してもよい。保護コーティングは、例えば、ガラス布またはグラスファイバマットおよび／あるいはラッカーまたはワニスを含むことができる。本発明のラケット６００に装着された各トランスデューサは、サイズが約８〜１６ｃｍ2、好ましくは約１０〜１４ｃｍ2、最も好ましくは約１２ｃｍ2であるのが好ましい。
【００２２】
本発明のラケット６００のフレーム６０２に関して、フレームは、そこに発生している主応力の種類にしたがって異なるフレーム位置で断面形状が異なる断面を有することが特に好ましく、断面形状は、それぞれの種類の応力に適合した断面係数を有する。例えば、フレーム６０２は、屈曲が発生する領域において実質的に矩形または楕円形の断面を有し、ポーションが発生する領域においては実質的に円形断面を有する。さらに、図１に示すように、瘤状硬質要素６３０および６３２がフレーム６０２に設けられ得る。特に、瘤状硬質要素６３２は、それぞれ４時と６時との間の領域および６時と８時との間の領域に設けることができる。硬質要素６３２の代わりにまたはそれに加えて設けることができる硬質要素６３０は、本発明のラケット６００のフレーム６０２のスロート部分６０６に位置している。断面の軸率、すなわち、瘤６３０および／または６３２の領域の断面の高さと幅との割合は、１．０と１．４との間、好ましくは１．２と１．３５との間である。
【００２３】
以下に、電気回路６１８の好適な実施形態を図３Ａ〜図３２を参照して説明する。
【００２４】
図３Ａを参照して、外乱１４、例えば、ラケット６００のボール接触による変形によって作動したトランスデューサ１２から電力を取り出す電子回路１０は、増幅回路１５、例えば、切り換え増幅器、切り換えられたキャパシタ増幅器または容量充電ポンプのようなトランスデューサ１２へおよびトランスデューサ１２からの双方向電力が流れることを可能にする任意の増幅器；制御ロジック１８；および蓄積要素２０、例えばキャパシタを含む。増幅回路１５は、トランスデューサ１２から蓄積要素２０への、また蓄積要素２０からトランスデューサ１２への電力の流れを提供する。
【００２５】
図３Ｂを参照して、切り換え増幅器１６は、スイッチ、例えば、ハーフブリッジに配置されたＭＯＳＦＥＴ３２、３４、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴまたはＳＣＲおよびダイオード３６、３８を含んでいる。（あるいは、スイッチは、ダイオードがない双方向であってもよい。）ＭＯＳＦＥＴ３２、３４は、例えば、約１０ｋＨｚと１００ｋＨｚとの間という高周波数でオンとオフが切り換えられる。切り換え増幅器１６は、インダクタ３０を介してトランスデューサ１２に接続している。インダクタ３０の値は、インダクタ３０がＭＯＳＦＥＴ３２、３４の高周波数スイッチングの下であり、外乱１４のエネルギーにおいて重要な最も高い周波数より上に同調されるように選択され、インダクタ３０は、回路１６の高周波数スイッチング信号をフィルタする働きをする。
【００２６】
インダクタ３０を通る電流の流れは、ＭＯＳＦＥＴ３２、３４の切り換えによって決定され４つの位相に分割することができる。
【００２７】
位相Ｉ：ＭＯＳＦＥＴ３２はオフであり、ＭＯＳＦＥＴ３４はオンに切り換えられ、インダクタ３０の電流は、インダクタがトランスデューサ１２からのエネルギーを蓄えるに従い増加する。
【００２８】
位相II：ＭＯＳＦＥＴ３４はオフにされ、ＭＯＳＦＥＴ３２はオンに切り換えられ、インダクタ３０がエネルギーを放出するに従い、電流はダイオード３６に押し流され蓄積要素２０へと流れる。
【００２９】
位相III：インダクタ３０の電流が負になると、電流はダイオード３６を流れるのを止め、ＭＯＳＦＥＴ３２を流れ、蓄積要素２０からのエネルギーはインダクタ３０へと移動する。
位相IV：次いで、ＭＯＳＦＥＴ３２は、オフになりＭＯＳＦＥＴ３４はオンになり、ダイオード３８を流れる電流は増加し、インダクタ３０に蓄積されたエネルギーはトランスデューサ１２へ移動する。
【００３０】
図４Ａは、(i)インダクタ３０を流れる電流対時間、(ii)各位相においてＭＯＳＦＥＴとダイオードのどちらに電流が流れているか、(iii)各位相におけるＭＯＳＦＥＴの状態を示している４つの位相を表すグラフである。切り換え位相の間のネット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よって正または負であり得る。図４Ｂを参照すると、電流がスイッチ３４およびダイオード３６を流れる場合、４位相すべての期間中、電流は正であり得る。あるいは、図４Ｃを参照すると、電流がスイッチ３２およびダイオード３８を流れる場合、４位相すべての期間中、電流は負であり得る。
【００３１】
ＭＯＳＦＥＴ３２は位相IIの間オフであり得、ＭＯＳＦＥＴ３４は位相IVの間オフであり得、それぞれの位相の間これらのＭＯＳＦＥＴを電流が流れないので電流の流れに影響を与えることがない。ＭＯＳＦＥＴ３２、３４が、それぞれ位相IIおよびIVであるときオンである場合、むだ時間が１つのＭＯＳＦＥＴがオフの時ともう１つのＭＯＳＦＥＴがオンの時との間に挿入され、ＭＯＳＦＥＴ３２、３４の相互コンダクタンスからの切り換え損失を減らすことができる。
【００３２】
図５Ａ〜図５Ｇは、トランスデューサ１２から取り出された電力の例を表したグラフであり、この場合、開回路トランスデューサの電圧の振幅は１０ボルトであった（図６Ａを参照）。この例において、トランスデューサ１２は、厚みが２ｍｍで面積が１０ｃｍ2のＰＺＴ−５Ｈ圧電トランスデューサである。このトランスデューサの特性は、ＳE33＝２．０７×１０-11ｍ2／Ｎ、誘電率 εT33／εO＝３４００および結合係数ｄ33＝５９３×１０-12ｍ／Ｖである。このトランスデューサの容量は、１５ｎＦである。以下の波形は、トランスデューサ上の１０Ｖの開回路電圧を生成する厚さ方向の振幅２５０Ｎを有する１００Ｈｚの正弦波の外乱に対応する。
【００３３】
図５Ａは、時間の関数としてトランスデューサ１２の電圧を示す。電圧のピーク振幅は、開回路トランスデューサのピーク電圧の２倍より大きい。ここで、電圧のピーク振幅は、約６０ボルトである。図５Ｂは、トランスデューサ１２の電流波形を示し、図５Ｃは、トランスデューサ１２の充電波形を示す。蓄積要素２０からトランスデューサ１２への電流の流れのために、トランスデューサ１２への、およびトランスデューサ１２からの電流の積分のピークは、外乱だけによるトランスデューサの短絡電流の積分のいかなるピークの２倍よりも大きい（図６Ｂおよび図６Ｃを参照）。
【００３４】
電圧および電流の波形の位相のために、図５Ｄのトランスデューサ１２へのおよびトランスデューサ１２からの電力は、０．０２１ワットと−０．０１６ワットのピーク間の交流となっている。したがって、電力は、トランスデューサ１２の外乱１４の間、例えば、１正弦波周期４６の間、蓄積要素２０からトランスデューサ１２へ、かつトランスデューサ１２から蓄積要素２０へと流れ、ネット電力は、トランスデューサ１２から蓄積要素２０へ流れる。周期は、正弦波である必要はなく、例えば、外乱は、矩形波、三角波、鋸歯状波および白色ノイズ制限帯域などのように多周波数高調波または広周波数成分を有する。
【００３５】
インダクタ３０への電力を図５Ｅに示す。上記のＭＯＳＦＥＴ３２、３４の高周波数の切り換えが電力波形に見られる。波形が正である場合、電力はインダクタ３０に蓄積されており、波形が負である場合、電力はインダクタ３０から放出されている。
【００３６】
取り出された電力およびエネルギーを図５Ｆおよび図５Ｇに示す。０．０６秒の期間の間、約１．５×１０-4ジュールのエネルギーが取り出される。回路１０の利点は、回路がない場合に発生するよりも高いピーク電圧およびピーク充電がトランスデューサにより観察され、したがって高い電力が入力外乱から取り出されるということである。外乱１４に対して適切な振幅と位相を有するトランスデューサ１２に電圧を与えることによって、トランスデューサ１２は、そうでない場合に比べて、負荷によるより大きな機械的変形を受ける。したがって、外乱１４によってトランスデューサ１２により多くの仕事がなされ、より多くのエネルギーが回路１０によって取り出され得る。
【００３７】
図３Ｂを再び参照すると、ＭＯＳＦＥＴ３２、３４のデューティサイクルは、外乱１４の動きを測定し、外乱１４の動きに合った時間変化デューティサイクルを選択することによって制御される。これにより、広い周波数範囲の外乱に対し有効に電力を取り出すことができる。制御ロジック１８は、例えば、歪みゲージ、マイクロ圧力センサ、ＰＶＤＦフィルム、加速度計または活性ファイバ複合センサのような複合センサなどの外乱１４の動きまたは他の特性を測定するセンサ４０と、制御電子回路４４とを含む。センサ４０は、切り換え増幅器１６のＭＯＳＦＥＴ３２、３４を駆動する制御電子回路４４にセンサ信号４２を与える。センサ４０が測定できるシステム状態は、例えば、振動振幅、振動モード、物理的歪み、位置、変位、加速、力、圧力、電圧または電流のような電気的または機械的状態、およびそれらのいずれかの組み合わせ、あるいは、これらの変化率、ならびに温度、湿度、高度または空気速度方向を含む。一般的に、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測定可能ないかなる量も含む。
【００３８】
ＭＯＳＦＥＴ３２、３４のデューティサイクルを決定するのに用いることができる方法またはプロセスは、レートフィードバック、正の位置フィードバック、位置積分導関数フィードバック（ＰＩＤ）、直線２次ガウス（ＬＱＧ）、モデルベースのコントローラまたは多数の動的補償器のうち任意のものを含む。
【００３９】
図５Ａ〜図５Ｇに示す上記の例では、１００Ｈｚの外乱に対し、１００ｋＨｚの切り換え周波数を用いた。インダクタ３０およびトランスデューサ１２の時定数が１０００Ｈｚに相当するように１．６８Ｈのインダクタ値を選択した。ＭＯＳＦＥＴ３２、３４のデューティサイクルはレートフィードバックを用いて制御された。蓄積要素２０の電圧は６０ボルトに設定された。
【００４０】
図３Ａのトランスデューサ１２から電力を取り出す別の制御方法またはプロセスにおいて、回路１５での制御されたスイッチのデューティサイクルは、トランスデューサ電圧を蓄積要素の電圧にまで上げたり下げたりするように、ブーストまたはバックコンバータの支配方程式に基づき特定される。トランスデューサ１２に発生する開回路電圧が蓄積要素２０の電圧より低いときは、ブーストコンバータにより、トランスデューサ１２からの電力を取り出すことができる。トランスデューサ１２に発生する開回路電圧が蓄積要素２０の電圧より高いときは、バックコンバータにより、トランスデューサ１２からの電力を効率的に取り出すことができる。
【００４１】
制御方法またはプロセスは、トランスデューサ１２の電圧の大きさが所定の限界より下になると、ＭＯＳＦＥＴ３２、３４および支援電子回路の一部がオフになり、蓄積要素２０からの電力の不必要な放散を防止するような動作のシャットダウンモードを含むことができる。あるいは、ＭＯＳＦＥＴ３２、３４は、制御方法によって要求されるデューティサイクルが所定の閾値より上または下であるときにシャットダウンされ得る。
【００４２】
図７は、外乱１４と蓄積要素２０との間の電力の流れおよび情報の流れ（破線）を示す。機械的外乱１４からの力は、機械力から電力に変換するトランスデューサ１２へ送られる。トランスデューサ１２からの電力は、切り換え増幅器１６を介して蓄積要素２０に送られる。電力はまた、蓄積要素２０から切り換え増幅器１６を介してトランスデューサ１２へ流れることもできる。それから、トランスデューサ１２は、いかなる受け取った電力をも機械力に変換することができ、機械力は、外乱１４を発生させる構造体６０２（図８）に作用する。ネット電力は蓄積要素２０に流れる。
【００４３】
センサ４０および制御電子回路４４の電力ならびにトランスデューサに必要なサイクルピークの電力は、外乱１４から取り出され蓄積要素２０に蓄積されたエネルギーによって供給される。蓄積要素２０に蓄積されたエネルギーもまた、または、あるいは、外部応用４８または電力取り出し回路自体の動力とするのに用いることもできる。
【００４４】
システムの損失は、トランスデューサ１２によるエネルギー変換の損失、ダイオード３６、３８およびＭＯＳＦＥＴ３２、３４での電圧降下による損失、切り換え損失および回路１０の寄生抵抗または容量による損失を含む。
【００４５】
制御方法またはプロセスは、最大電力生成が所望であるか、振動減衰アクチュエータとして機能するトランスデューサの自己出力が所望であるのかによって異なり得る。最大電力生成が所望である場合、フィードバック制御ループは、センサ４０からの信号を用いてＭＯＳＦＥＴ３２、３４がトランスデューサ１２に電圧を与えるようにし、トランスデューサ１２は、外乱１４に対するトランスデューサ１２を本質的に軟化している外乱１４と同じ位相で、トランスデューサ１２を収縮および拡大させているトランスデューサ１２の機械的仕事を増加させるよう機能する。より多くのエネルギーが外乱１４より取り出されるが、外乱１４を発生させている構造体６０２（図８）の振動が増すことがある。
【００４６】
トランスデューサ１２が、機械的外乱１４の振動を減衰させるために用いられているとき、フィードバック制御ループは、センサ４０からの信号を用いてＭＯＳＦＥＴ３２、３４のデューティサイクルを調整してトランスデューサ１２に電圧を与え、トランスデューサ１２は、振動を減衰させるよう機能する。このシステムは、トランスデューサ１２によって生成された電力を用いてトランスデューサ１２を作動させ減衰させることによって自己出力形振動減衰を提供する。
【００４７】
図８において、ラケットフレーム６０２の１つ以上の箇所に１つ以上のトランスデューサ１２を取り付け積層し、１つのハーベスト方式／ドライブ回路１６（または１つ以上のハーベスト方式／ドライブ回路）に接続することができる。ラケットフレーム６０２の変形が、トランスデューサ１２に機械的外乱１４を発生させる。
【００４８】
トランスデューサ１２は、例えば、圧電トランスデューサ、反強誘電トランスデューサ、電歪型トランスデューサ、ピエゾ磁気トランスデューサ、磁歪型トランスデューサ、または磁気形状記憶トランスデューサである。圧電トランスデューサは、例えば、ＰＺＴ５Ｈ，ＰＺＴ４，ＰＺＴ８，ＰＭＮ−ＰＴ、微粒子ＰＺＴおよびＰＬＺＴのような多結晶性セラミックス；例えば、ＰＶＤＦおよびＰＶＤＦ−ＴＦＥのような電歪および強誘電ポリマーのようなポリマー、；ＰＺＮ−ＰＴ，ＰＭＮ−ＰＴ，ＮａＢｉＴｉ−ＢａＴｉおよびＢａＴｉのような単結晶強誘電材；ならびに一般的に１−３、３−３、０−３、２−２結合パターンを有する活性ファイバ複合体および微粒子複合体のようなこれらの材料の複合体である。
【００４９】
トランスデューサ１２の用いることができる機械的構成は、貫通厚さ（３３）モード、横方向（３１）または平面（ｐ）モード、せん断（１５）モード、単層または多層、バイモルフ、モノモルフでのディスクまたはシート、貫通厚さ（３３）モード、ロッドまたはファイバ極横方向またはファイバに沿って、リング、シリンダまたチューブ極放射状、周方向または軸状、球極放射状、ロール、磁気システム用積層などの積層構成を含む。トランスデューサ１２は、装置への力／圧力および外部の変形をトランスデューサ１２への適切で好都合な力／圧力および変形に変換する機械装置に組み込むことができる。
【００５０】
外乱１４は、与えられた力、与えられた変位またはその組み合わせであってもよい。３３方向にトランスデューサ１２に与えられた外乱において、システムが、トランスデューサ１２への応力振幅を特定するように設計されている場合、トランスデューサ１２が形成される材料は、Ｋgen2ＳgenEを最大、例えばＫ332Ｓ33Eにする材料を選ぶのがよい。システムが、トランスデューサ１２への歪みを特定するように設計されている場合、材料は、Ｋgen2／ＳgenDを最大、例えばＫ332／Ｓ33Dにする材料を選ぶのがよい。ここで、Ｋgenとは、トランスデューサ１２への特定の一般化された外乱の有効材料結合係数であり、ＳgenEは、短絡状態におけるトランスデューサの一般化された外乱または変位に関する有効コンプライアンスであり、ＳgenDは、開回路状態におけるトランスデューサの一般化された外乱または変位に関する有効コンプライアンスである。
【００５１】
図９の別の好ましい実施形態において、トランスデューサ１２から電力を取り出すための回路１１０は、直列に接続された２つの蓄積構成要素１２２、１２４を含んでいる蓄積要素１２０を含む。トランスデューサ１２の一端１２６は、構成要素１２２、１２４の中央ノード１２８に接続されている。この接続がトランスデューサ１２をバイアスし、これにより、トランスデューサ１２の電圧が正または負であるとき回路１１０が作動する。
【００５２】
図１０を参照すると、回路２１０は、Ｈ−ブリッジ切り換え増幅器２１６を含んでいる。第１の手法では、制御ロジック２１８は、ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａを同時に、ＭＯＳＦＥＴ２３４、２３４ａを同時に作動させる。
【００５３】
位相Ｉ：ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａはオフであり、ＭＯＳＦＥＴ２３４、２３４ａはオンにされ、電流はＭＯＳＦＥＴ２３４、２３４ａを流れ、トランスデューサ１２からのエネルギーはインダクタ２４０、２４０ａに蓄積される。
【００５４】
位相II：ＭＯＳＦＥＴ２３４、２３４ａはオフにされ、ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａはオンに切り換えられ、電流はダイオード２３６、２３６ａを流れ、インダクタ２４０、２４０ａに蓄積されたエネルギーは蓄積要素２０へ送られる。
【００５５】
位相III：電流が負になると、電流はダイオード２３６、２３６ａを流れるのを止め、ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａを流れ、蓄積要素２０からのエネルギーはインダクタ２４０、２４０ａへ送られる。
位相IV：ＭＯＳＦＥＴ２３２、２３２ａはオフにされ、ダイオード２３８、２３８ａを流れる電流は増加し、インダクタ２４０、２４０ａに蓄積されたエネルギーはトランスデューサ１２へ送られる。
【００５６】
第２の動作上の手法では、トランスデューサ１２で所望される電圧の極性により、任意の所与の時間においてＨ−ブリッジの半分だけが作動する。正の電圧を所望する場合、ＭＯＳＦＥＴ２３４ａはオフにされ、ＭＯＳＦＥＴ２３２ａはオンにされ、トランスデューサ１２の２２６ａ側を接地する。ＭＯＳＦＥＴ２３２および２３４は、次いで、図４に示す上記のようにオンおよびオフにし、トランスデューサ１２の２２６側の電圧に影響を与える。トランスデューサ１２において負の電圧を所望する場合、ＭＯＳＦＥＴ２３２はオフにし、ＭＯＳＦＥＴ２３４をオンにし、トランスデューサ１２の２２６側を接地する。ＭＯＳＦＥＴ２３２ａおよび２３４ａは、次いで、図４に示す上記のようにオンおよびオフにし、トランスデューサ１２の２２６ａ側の電圧に影響を与える。
【００５７】
図１１を参照すると、図１０の回路が、センサ４０および制御電子回路４４に動力を供給する独立した電源、例えばバッテリ２５０を含む点で変更されている。蓄積要素２０は、依然として、トランスデューサ２０へ移動しトランスデューサ２０から受け取られるべき電力を蓄積する。
【００５８】
図１２Ａを参照すると、増幅器電子回路１５の代わりに、トランスデューサ１２から電力を取り出すために単純化された共振型電力取り出し回路３００を使用することができる。回路３００は、共振回路３０２、整流器３０４、制御ロジック３０６および蓄積要素２０、例えば充電式バッテリまたはキャパシタのような、トランスデューサに接続されるとシステムで電気的共振を生じさせる構成要素を含む。共振回路３０２は、トランスデューサ１２からおよびトランスデューサ１２への電力の流れを提供する。センサ４０および制御電子回路３０８は、例えばシャントレギュレータを用いて蓄積要素２０の電圧レベルを適合させるため、または、異なる値を有する構成要素群内で異なるインダクタまたはキャパシタをオンに切り換えることによって共振回路を同調させるために用いることができる。
【００５９】
例えば、図１２Ｂを参照すると、圧電トランスデューサ１２は、インダクタ３１２によって形成された共振回路３０２に接続されている。共振回路３０２は、インダクタ３１２の値によっては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、トランスデューサ１２の容量およびインダクタ３１２のインダクタンスの共振周波数が、外乱１４の優勢的な周波数もしくは周波数範囲または機械システムの共振に、あるいはその近くに同調されるように選択される。整流器３０４は、ダイオード３１４、３１６を含む電圧倍加整流器である。トランスデューサ１２から取り出された電力は、蓄積要素３１８、３２０に蓄積される。
【００６０】
磁歪型トランスデューサ１２の場合、共振回路３０２はトランスデューサ１２と並列接続されたキャパシタを含むことができる。
【００６１】
インダクタ３１２の電圧の振幅は、共振の結果として、電圧がダイオード３１４、３１６のうちの１つを順バイアスするのに十分大きくなるまで増大する。これは、インダクタ３１２の電圧が蓄積要素３１８、３２０のうちの１つの電圧よりも大きくなると起こる。
【００６２】
正弦波の外乱の場合、球技スポーツ用ラケットに与えられるとき、回路３１０の電流の流れは４つの位相で説明することができる。
【００６３】
位相Ｉ：トランスデューサの電圧がゼロから増加すると、トランスデューサの電圧が蓄積要素３１８、３２０の電圧より小さい間、電流はダイオード３１４、３１６を流れない。
【００６４】
位相II：トランスデューサの電圧が蓄積要素３１８の電圧より大きくなると、ダイオード３１４は順バイアスになり、電流はダイオード３１４を介して蓄積要素３１８へと流れる。
【００６５】
位相III:トランスデューサの電圧が降下すると、ダイオード３１４、３１６は逆バイアスされ、再び電流はダイオードを流れなくなる。
【００６６】
位相IV：トランスデューサの電圧が負になり、蓄積要素３２０の電圧より大きくなると、ダイオード３１６は順バイアスになり、電流はダイオード３１６を介して蓄積要素３２０へと流れる。トランスデューサの電圧が増加し始めると、ダイオード３１４、３１６は再び逆バイアスされ、再び位相Ｉになる。
図１３Ａ〜図１３Ｇは、回路３１０のトランスデューサ１２から取り出された電力の例を表したグラフであり、この場合、トランスデューサ１２の電圧の開回路の振幅は１０ボルトであった。図５に示す上記と同じトランスデューサおよび外乱がこの例で用いられている。１６８Ｈのインダクタは、この例において、インダクタおよびトランスデューサの時定数が１００Ｈｚに相当するように用いられる。
【００６７】
図１３Ａは、図１２のトランスデューサ１２の電圧を時間の関数として示す。電圧のピーク振幅は、共振の結果として、蓄積要素３１８、３２０の電圧より大きくなるまで増大する。この電圧は、外乱１４だけによるトランスデューサ１２の開回路電圧のいかなるピーク電圧の２倍よりも大きい（図６Ａを参照）。ここで、電圧のピーク振幅は、約６０ボルトである。（定常状態への過渡状態が示されているが、この回路は純粋な過渡状態でも機能することができる。）
図１３Ｂは、トランスデューサ１２の電流波形を示し、図１３Ｃは、トランスデューサ１２の充電波形を示す。回路の共振のために、トランスデューサ１２への、およびトランスデューサ１２からの電流の積分のピークは、外乱だけによるトランスデューサの短絡電流の積分のいかなるピークの２倍よりも大きい（図６Ｂおよび図６Ｃを参照）。
【００６８】
電圧および電流の波形の位相調整のために、図１３Ｄのトランスデューサ１２へのおよびトランスデューサ１２からの電力は、０．０２ワットと−０．０２ワットのピーク間の交流となっている。したがって、電力は、トランスデューサ１２の外乱１４の間、例えば、１正弦波周期３４６の間、共振回路３１２からトランスデューサ１２へ、かつトランスデューサ１２から共振回路３１２へと流れ、ネット電力は、トランスデューサ１２から蓄積要素３１８、３２０へ流れる。周期は、正弦波である必要はなく、例えば、外乱は、矩形波、三角波、鋸歯状波および広帯域雑音などのように多周波数高調波または広周波数成分を有する。
【００６９】
インダクタ３１２への電力を図１３Ｅに示す。波形が正である場合、電力はインダクタ３１２に蓄積されており、波形が負である場合、電力はインダクタ３１２から放出されている。
【００７０】
取り出された電力およびエネルギーを図１３Ｆおよび図１３Ｇに示す。０．０６秒の期間の間、約１．０×１０-4ジュールのエネルギーが取り出される。
【００７１】
蓄積要素３１８、３２０の電圧は、電力取り出しの効率を最適化するように同調される。例えば、蓄積要素３１８、３２０の電圧は、トランスデューサに整流器が連結されておらず並列接続されたトランスデューサとインダクタが同一の外乱下で共振している場合、トランスデューサのピーク定常状態電圧の約半分が最適である。適応システムは、センサを用いて、変化するシステム周波数、減衰、または振舞いに適合させ、共振器を適合させたり、蓄積要素の電圧レベルを適合させる。
【００７２】
図１４は、外乱１４と蓄積要素２０との間の電力の流れおよび情報の流れ（破線）を示す。機械的外乱１４からの力は、機械力から電力に変換するトランスデューサ１２へ送られる。トランスデューサ１２からの電力は、共振回路３０２および整流器３０４を介して蓄積要素２０に送られる。電力はまた、共振回路３０２からトランスデューサ１２へ流れることもできる。それから、トランスデューサ１２は、いかなる受け取った電力をも機械力に変換することができ、機械力は、機械的外乱１４に作用する。
【００７３】
センサ４０および制御電子回路３０８用の電力は、外乱１４から取り出され蓄積要素２０に蓄積されたエネルギーによって供給される。トランスデューサ１２に必要なサイクルピークの電力は、共振回路３０２によって供給される。蓄積要素２０に蓄積されたエネルギーもまた、または、あるいは、振動を抑制するための外部応用４８または電力取り出し回路自体の動力とするのに用いることもできる。
【００７４】
蓄積要素を用いるのではなく、取り出された電力は、外部応用４８の動力とするのに直接用いることができる。
【００７５】
別の共振回路３２２を図１５に示す。回路３２２は、インダクタ３１２ならびに全波ブリッジとして接続された４つのダイオード３２４、３２６、３２８および３３０を含む。トランスデューサ１２から取り出された電力は、蓄積要素３３２に蓄積される。
【００７６】
回路３２２の電流の流れは４つの位相で説明することができる。
【００７７】
位相Ｉ：トランスデューサの電圧がゼロから増加すると、トランスデューサの電圧が蓄積要素３３２の電圧より小さい間、電流はダイオード３２４、３２６、３２８および３３０を流れない。
【００７８】
位相II：トランスデューサの電圧が蓄積要素３３２の電圧より大きくなると、ダイオード３２４、３２６は順バイアスになり、電流はダイオード３２４、３２６を介して蓄積要素３３２へと流れる。
【００７９】
位相III：トランスデューサの電圧が降下すると、全てのダイオードは逆バイアスされ、システムは開回路として作動する。
【００８０】
位相IV：トランスデューサの電圧が負になり、蓄積要素３３２の電圧より大きくなると、ダイオード３２８および３３０は順バイアスになり、電流はダイオード３２８および３３０を介して蓄積要素３３２へと流れる。トランスデューサの電圧が増加し始めると、全てのダイオードは再び逆バイアスになり、再び位相Ｉになる。
図１６において、より高度な共振回路３５０は、２対のキャパシタとインダクタ、それぞれ３５２、３５４および３５５、３５６、ならびに２つの共振インダクタ３５７、３５８を含む。各キャパシタとインダクタ対は、当該異なる周波数に同調される。したがって、回路３５０は、多重外乱周波数または機械システムの多重共振にまたはその近くに同調することができる多重共振を有する。回路３５０で共振数を増加させるために追加のキャパシタおよびインダクタが組み込まれてもよい。広帯域の作動は、抵抗器をインダクタと直列または並列に配置することによって得られる。図１６は、図１２Ｂと同様に作動する、電圧倍加整流器３６０に接続された共振回路３５０を示す。
【００８１】
図１２Ｂおよび図１６の異なる共振回路は、全波ブリッジ整流器またはＮ段並列給電整流器のような異なる整流器回路に取り付けることができる。
【００８２】
トランスデューサ１２からエネルギーを取り出す受動型電圧倍加整流器回路４１０を図１７に示す。回路４１０は、ダイオード４１４、４１６を含む。トランスデューサ１２から取り出された電力は、蓄積要素４１８、４２０に蓄積される。
【００８３】
回路４１０の電流の流れは４つの位相で説明することができる。
【００８４】
位相Ｉ：トランスデューサの電圧がゼロから増加すると、トランスデューサの電圧が蓄積要素４１８の電圧より小さい間、電流はダイオード４１４、４１６を流れない。
【００８５】
位相II：トランスデューサの電圧が蓄積要素４１８の電圧より大きくなると、ダイオード４１４は順バイアスになり、電流はダイオード４１４を介して蓄積要素４１８へと流れる。
【００８６】
位相III：トランスデューサの電圧が降下すると、ダイオード４１４、４１６は逆バイアスされ、システムは開回路として作動する。
【００８７】
位相IV：トランスデューサの電圧４が負になり、蓄積要素４２０の電圧より大きくなると、ダイオード４１６は順バイアスになり、電流はダイオード４１６を介して蓄積要素４２０へと流れる。トランスデューサの電圧が増加し始めると、ダイオード４１４、４１６は逆バイアスされ、再び位相Ｉになる。
図１８Ａ〜図１８Ｆは、回路４１０のトランスデューサ１２から取り出された電力の例を表したグラフであり、この場合、トランスデューサ１２の電圧の開回路の振幅は１０ボルトであった。図１８Ａは、時間の関数としてトランスデューサ１２の電圧を示す。電圧のピーク振幅は約５ボルトである。図１８Ｂは、トランスデューサ１２の電流波形を示し、図１８Ｃは、トランスデューサ１２の充電波形を示す。
【００８８】
図１８Ｄのトランスデューサ１２へのおよびトランスデューサ１２からの電力は、約５×１０-4ワットのピーク値を有する。取り出された電力およびエネルギーを図１８Ｅおよび図１８Ｆに示す。０．０６秒の期間の間、約０.７５×１０-5ジュールのエネルギーが取り出される。
【００８９】
蓄積要素４１８、４２０の電圧は、電力取り出しを最適化するように同調される。蓄積要素４１８、４２０の電圧は、同じ機械的外乱を受ける開回路トランスデューサに発生する電圧の約半分が最適である。
【００９０】
図１９では、受動型Ｎ段並列給電電圧整流器４３０において、蓄積要素４３２の電圧は、外乱１４の電圧の振幅のＮ倍である。キャパシタ４３４、４３６は、各段階において前段階での電圧よりも高い電圧を有するエネルギー蓄積要素として働く。キャパシタ４３８、４４０および４４２は、ダイオード４４４〜４４９を介して各段階から次へと電荷を送るポンプとして働く。上記のような共振回路を整流器４３０に組み込むことができる。
【００９１】
トランスデューサは、仕切られていてもよく、異なる電極またはコイルの構成、すなわち、トランスデューサ１２への電気接続が、電気的特性を最適化するために用いられてもよい。図２０Ａおよび図２０Ｂの圧電トランスデューサではこのような構成が示されており、ここでは、同じ体積の材料および同じ外的外乱に対して、異なる電極構成がトランスデューサ１２の電圧および電流出力間でのトレードオフを提供する。例えば、図２０Ａにおいて、トランスデューサ１２は、縦に分割されて電極４５０、４５２および４５４と並列に電気接続され、より高い電流と、より低い電圧を提供する。図２０Ｂにおいて、トランスデューサ領域は、分割されて電極４５６、４５８、４６０および４６２と直列に電気接続され、より高い電圧と、より低い電流を提供する。
【００９２】
図２１において、トランスデューサ５０１から電力を取り出す回路５００は、インダクタ５０２および２つの対称なサブ回路５０４ａ、５０４ｂを含む。各サブ回路５０４ａ、５０４ｂはそれぞれ、ダイオード５０５ａ、５０５ｂ、切り換え要素５０６ａ、５０６ｂ、蓄積要素５０７ａ、５０７ｂおよび制御回路５０８ａ、５０８ｂを有する。切り換え要素５０６ａ、５０６ｂは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴまたはＳＣＲである。蓄積要素５０７ａ、５０７ｂは、例えば、キャパシタ、充電式バッテリまたはこれらの組み合わせである。
【００９３】
回路５００は、トランスデューサ５０１が連結された球技スポーツ用ラケットの振動を減衰させるために用いられることが好ましい。
【００９４】
回路５００の動作を図２２Ａ〜図２２Ｃを参照して説明する。参考のため、図２２Ａは、回路５００がない場合の振動外部外乱の結果としてのトランスデューサ５０１の電圧を示す。回路５００の動作は、４つの位相に分割することができる。図２２Ｂおよび図２２Ｃは、４つの位相を表したグラフであり、図２２Ｂは、時間の関数としてトランスデューサ５０１の電圧を示し、図２２Ｃは、時間の関数としてトランスデューサ５０１の電流を示す。
【００９５】
位相Ｉ：振動外乱に応答してトランスデューサ５０１の電圧が増加すると、スイッチ５０６ａおよび５０６ｂの両方がオフの位置になり、電流はスイッチを流れない。
【００９６】
位相II：トランスデューサ５０１の電圧がピークになった後、制御回路５０８ａはスイッチ５０６ａをオンにする。トランスデューサ５０１からの電流は、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蓄積要素５０７ａへと流れる。
【００９７】
位相IIａ：スイッチ５０６ａがオンの間、トランスデューサ５０１からの電流の振幅は増大し、インダクタ５０２および蓄積要素５０７ａにエネルギーを蓄積する。このプロセスで、トランスデューサ５０１の電圧は減少し、蓄積要素５０７ａの電圧は増加する。電流は、インダクタ５０２の電圧がゼロに達するまでトランスデューサ５０１から増加し続ける。
【００９８】
位相IIｂ：トランスデューサ５０１からの電流が減少し始めると、インダクタ５０２に蓄積されたエネルギーが放出され、トランスデューサ５０１の電圧をゼロより下に降下させる。これはインダクタ５０２のエネルギーがなくなるまで続き、この時点でトランスデューサ５０１の電圧は位相IIが始まる以前の負の値に近づく。
【００９９】
位相III：次の半周期では、スイッチ５０６ａ、５０６ｂの両方がオフになり、トランスデューサ５０１の電圧は振動外乱に応答して減少し続ける。
【０１００】
位相IV：トランスデューサ５０１の電圧が最小値に達した後、回路の対称部分５０４ｂが起動される。制御回路５０８ｂは、スイッチ５０６ｂをオンにする。トランスデューサ５０１からの電流は、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蓄積要素５０７ｂへと流れる。
【０１０１】
位相IVａ：スイッチがオンの間、トランスデューサ５０１からの電流の振幅は増大し、インダクタ５０２および蓄積要素５０７ｂにエネルギーを蓄積する。このプロセスで、トランスデューサ５０１の電圧は減少し、蓄積要素５０７ｂの電圧は増加する。トランスデューサ５０１からの電流は、インダクタ５０２の電圧がゼロに達するまで増加し続ける。
【０１０２】
位相IVｂ：トランスデューサ５０１からの電流が減少し始めると、インダクタ５０２に蓄積されたエネルギーが放出され、トランスデューサ５０１の電圧をゼロより下に降下させる。これはインダクタ５０２のエネルギーがなくなるまで続き、この時点でトランスデューサ５０１の電圧は位相IVが始まる以前の負の値に近づく。
【０１０３】
４つの位相が繰り返されるにつれて、トランスデューサ５０１の電圧の大きさが増加する。電圧は、回路５００がない場合のトランスデューサ５０１で測定される電圧の何倍も高くなり得る。結果として、位相IIおよび位相IVの間、より多くのエネルギーがトランスデューサ５０１から取り出される。
【０１０４】
図３３に示す灰色の曲線は、本発明のラケット６００の振動特性を表し、この場合、トランスデューサには電気回路が接続されていない。ラケットの振動を減衰させるために、図２１に示す回路５００がトランスデューサに接続されることが好ましい。回路５００は、ラケットの振動の間にトランスデューサから取り出されたエネルギーを蓄積するために備えられた２つのエネルギー蓄積要素５０７ａおよび５０７ｂを含む。ラケットが振動するとすぐに、トランスデューサは、与えられた機械的外乱を電圧信号に変換する。位相IIおよび位相IVの間、この電圧信号は、電気的エネルギーをエネルギー蓄積要素５０７ａおよび５０７ｂにそれぞれ蓄積するために用いられる。それから、この蓄積された電気的エネルギーは、位相IIIおよび位相Ｉの間（図２２Ｂを参照）、トランスデューサに戻されることによって能動的にラケットを減衰させるために用いられる。スイッチ５０６ａおよび５０６ｂのタイミングは、このようにしてトランスデューサへ供給された電圧によって、トランスデューサが、その電圧をラケットの振動する動きに反して作用し、これにより振動を減衰させる機械的エネルギーに変換するように制御される。振動の２つの連続ピーク（すなわち、図２２Ａの曲線の最大値）の間に回路５００によってトランスデューサに与えられた電圧はその極性を変化させないということは、図２２Ａおよび図２２Ｂの比較から明らかである。したがって、与えられた電圧は、１つのピークから次のピークへのラケットの動きの方向に反して作用する力をラケットに与える（例えば、位相III）。続いて、回路は、トランスデューサの電圧の極性を変化させる。ラケットの反対運動の間、反対の電圧がトランスデューサに与えられ（位相Ｉ）、したがって、再びラケットの動きに反して作用し、ラケットの振動を減衰させる力を与える。図３３の黒い線は、自己出力形電気回路を備えた本発明のラケット６００の振動特性を示す。
【０１０５】
図２３において、制御回路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を含む。この実施形態において、制御回路は、バッテリまたは電源のような、図示されていない外部電圧源から動力を供給される。フィルタ回路５３１は、信号を区別し、スイッチの電圧が減少し始めるとスイッチをオンにする。さらに、フィルタ回路５３１は、ノイズを除去し、スイッチの電圧が所定の閾値よりも大きくなるとスイッチをオンにする構成要素を含むことができる。フィルタ回路５３１はまた、外乱の特定のモードに応答する共振要素を含むことができる。
【０１０６】
図２４の別の実施形態において、制御回路は、トランスデューサ５０１からの電流によって充電される蓄積要素５４１を含む。次いで、蓄積要素５４１は、フィルタ回路５３１およびスイッチ駆動回路５３２に動力を供給するために用いられる。この実施形態は、外部の電源を必要としないという意味で自己出力形である。
【０１０７】
図２５において、トランスデューサ５０１から電力を取り出す自己出力形回路５５０は、制御回路５４９ａ、５４９ｂおよびトランスデューサ５０１を作動させる外部の力を必要としない。抵抗器５５２を介しておよび／または抵抗器５５４を介して充電されるキャパシタ５５１、キャパシタ５５５およびダイオード５５７は、回路の動作の位相Ｉの間（すなわち、トランスデューサの電圧が増加している間）、蓄積要素５４１として働く。ツェナーダイオード５５３は、キャパシタ５５１の電圧が所望の限界を超えるのを防止する。トランスデューサ５０１の電圧が減少し始めると、フィルタ（抵抗器５５４およびキャパシタ５５５）は、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴ５５６をオンにする。それから、ＭＯＳＦＥＴ５５６は、ＭＯＳＦＥＴ５５６のゲート回路に動力を供給するためにキャパシタ５５１に蓄積されたエネルギーを用いてスイッチ５０６ａをオンにする。このプロセスで、キャパシタ５５１が放電し、スイッチ５０６ａは、所望の期間の後オフにされる。次いで、同じプロセスが回路の後半において繰り返される。
【０１０８】
図２６において、トランスデューサ５７０から電力を取り出す回路５６９は、整流器５７１、インダクタ５７２、切り換え要素５７３、蓄積要素５７４および制御回路５７５を含む。切り換え要素５７３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴまたはＳＣＲである。蓄積要素５７４は、例えば、キャパシタ、充電式バッテリまたはこれらの組み合わせである。制御回路５７５は、図２５に示す上記の自己出力形制御回路５４９ａに対応する。整流器５７１は、第１および第２の入力端子５７１ａ、５７１ｂならびに第１および第２の出力端子５７１ｃ、５７１ｄを有する。第１および第２の入力端子５７１ａ、５７１ｂは、トランスデューサ５７０の第１および第２の入力端子５７０ａ、５７０ｂに接続される。インダクタ５７２は、第１および第２の入力端子５７２ａ、５７２ｂを含む。インダクタ５７２の第１の端子５７２ａは整流器５７１の第１の出力端子５７１ｃに接続される。切り換え要素５７３は、インダクタ５７２の第２の端子５７２ｂおよび整流器５７１の第２の出力端子５７１ｄに接続される。
【０１０９】
図２７において、トランスデューサ５１１が取り付けられたラケットの振動を減衰させる回路５１０は、抵抗器のようなエネルギー放散構成要素５１３を回路に含む。回路５１０はまた、インダクタ５１２および２つの対称なサブ回路５１４ａ、５１４ｂを含んでいる。各サブ回路５１４ａ、５１４ｂは、それぞれ、ダイオード５１６ａ、５１６ｂ、切り換え要素５１７ａ、５１７ｂおよび制御回路５１８ａ、５１８ｂを含む。切り換え要素５１７ａ、５１７ｂは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴまたはＳＣＲである。放散要素５１３は、残りの回路構成要素での固有のエネルギー損失が十分なエネルギー放散を提供する場合はなくてもよい。
【０１１０】
図２８は、図２６に示す上記の自己出力形制御回路５４９ａ、５４９ｂを組み込んだ図２７の回路のある実施形態を示す。
【０１１１】
図２９において、トランスデューサ５２１が取り付けられたラケットの振動を減衰させる回路５２０は、インダクタ５２２、抵抗器のようなエネルギー放散構成要素５２３および２つの対称なサブ回路５２４ａ、５２４ｂを含む。各サブ回路５２４ａ、５２４ｂは、それぞれ、ダイオード５２５ａ、５２５ｂ、切り換え要素５２６ａ、５２６ｂおよび制御回路５２７ａ、５２７ｂを含む。切り換え要素５２６ａ、５２６ｂは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴまたはＳＣＲである。放散構成要素５２３は、残りの回路構成要素での固有のエネルギー損失が十分なエネルギー放散を提供する場合はなくてもよい。制御回路５２７ａ、５２７ｂは、図２８に示す上記のようなものであってもよい。
【０１１２】
図２７および図２９における放散構成要素の配置は、所望の放散を提供するために選択される回路構成要素のサイズに影響を与える。具体的な配置は、機械的外乱の振動の振幅および周波数ならびにトランスデューサの容量による。
【０１１３】
図３０において、トランスデューサ５８１から電力を取り出す回路５８０は、インダクタ５８２および２つの対称なサブ回路５８３ａ、５８３ｂを含む。各サブ回路５８３ａ、５８３ｂは、それぞれ、一対のダイオード５８４ａおよび５８５ａ、５８４ｂおよび５８５ｂ、キャパシタ５８６ａ、５８６ｂ、インダクタ５８７ａ、５８７ｂ、切り換え要素５８８ａ、５８８ｂ、制御回路５８９ａ、５８９ｂならびに蓄積要素５９３ａ、５９３ｂを含む。各切り換え要素５８８ａ、５８８ｂは、例えば、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、トランスデューサ５８１の第１の端子５８１ａに接続された第１の端子５８２ａおよびサブ回路５８３ａに接続された第２の端子５８２ｂを有する。サブ回路５８３ａはまた、トランスデューサ５８１の第２の端子５８１ｂに接続される。サブ回路５８３ｂもまた、インダクタ５８２の第２の端子５８２ｂおよびトランスデューサ５８１の第２の端子５８１ｂに接続される。蓄積要素５９３ａ、５９３ｂは比較的大きな容量値を有し、したがって、それらの電圧はトランスデューサの電圧またはキャパシタ５８６ａ、５８６ｂの電圧に対して小さい。ダイオード５８４ａ、５８４ｂ、５８５ａ、５８５ｂは、確実に電力が蓄積要素５９３ａ、５９３ｂに流れるようにする。
【０１１４】
回路５８０はまた、トランスデューサ５３１が連結されたラケットの振動を減衰させるために用いることができる。この目的のために、蓄積要素５９３ａ、５９３ｂの代わりに、図２５のように、放散構成要素、例えば抵抗器、を用いることができる。あるいは、放散構成要素は、図２９のようにトランスデューサ５８１と並列接続することができる。放散構成要素は、残りの回路構成要素での固有のエネルギー損失が十分なエネルギー放散を提供する場合はなくてもよい。
【０１１５】
図３１Ａ〜図３１Ｃを参照して、回路５８０の動作を説明する。図３１Ａは、時間の関数としてトランスデューサ５８１の電圧を示し、図２２Ｂの波形と比較することができる。以下に説明する制御回路５８９ａ、５８９ｂに組み合わされた各サブ回路の追加のインダクタ５８７ａ、５８７ｂおよびキャパシタ５８６ａ、５８６ｂにより、位相IIおよび位相IVの間電圧に多数の段差が生じる。図３１Ｂおよび図３１Ｃは、位相IIの間のトランスデューサ５８１およびキャパシタ５８６ａの電圧をさらに詳細に示す。
【０１１６】
位相Ｉ：振動外乱に応答してトランスデューサ５８１の電圧が増加すると、スイッチ５８８ａ、５８８ｂの両方がオフの位置になり、電流はスイッチを流れない。キャパシタ５８６ａの電圧は、トランスデューサ５８１の電圧と実質的に等しくなる。
【０１１７】
位相II：トランスデューサ５８１の電圧がピークに達した後、制御回路５８９ａはスイッチ５８８ａをオンにする。キャパシタ５８６ａからの電流５９０は、ダイオード５８５ａおよびインダクタ５８７ａを介してスイッチ５８８ａを流れる。したがって、キャパシタ５８６ａの電圧は急速に降下する。キャパシタ５８６ａの電圧がトランスデューサ５８１の電圧より下に降下すると、電流５９２は、トランスデューサ５８１からインダクタ５８２およびダイオード５８４ａを介してキャパシタ５８６ａへと流れ始める。電流５９２が電流５９０より大きくなると、キャパシタ５８６ａの電圧は減少を止めて増加し始める。キャパシタ５８６ａの電圧が増加し始めるとすぐに、スイッチ５８８ａはオフにされる。それから、トランスデューサ５８１からの電流によって、キャパシタ５８６ａの電圧は、位相IIが始まる前の値よりできる限り大きな値へと急速に増加する。このプロセスの間、トランスデューサ５８１の電圧は、位相II以前の値の何分の１にまで低減される。少し遅れて、制御回路がスイッチ５８８ａを再びオンにし、このプロセスが位相IIの間に数回繰り返される。したがって、トランスデューサ５８１の電圧は、多数の段差状で減少する。
【０１１８】
位相III：次の半周期ではスイッチ５８８ａ、５８８ｂの両方がオフになり、トランスデューサ５８１の電圧は振動外乱に応答して減少し続ける。キャパシタ５８６ｂの電圧は、トランスデューサ５８１の電圧と実質的に等しくなる。
【０１１９】
位相IV：キャパシタ５８６ｂの電圧がピークに達した後、位相IIのプロセスがサブ回路５８３ｂに対して繰り返される。
【０１２０】
４つの位相が繰り返すにつれて、トランスデューサ５８１の電圧の大きさは増加する。位相IIおよび位相IVの間に発生する多数の切り換え事象は、これらの位相の間に発生するトランスデューサの電圧の遷移を実際遅くする。その結果、図２１の回路と比較すると、低周波数振動を減衰するプロセスにおいてトランスデューサ５８１が連結されたラケットで生じる高周波数雑音は、より少なくなる。
【０１２１】
図３２において、制御回路５８９ａの好適な実施形態は、自己出力形で外部の力を必要としない。キャパシタ７１１は、回路の動作の位相Ｉの間（すなわち、トランスデューサの電圧が増加している間）、抵抗器７１０を介してならびに／または抵抗器７１５、キャパシタ７１６、ダイオード７２１およびトランジスタ７１７を介して充電される。ツェナーダイオード７１２は、キャパシタ７１１の電圧が所望の限界を超えるのを防止する。キャパシタ５８６ａの電圧が減少し始めると、高域フィルタ（抵抗器７１５およびキャパシタ７１６）は、ｐ−チャネルＭＯＳＦＥＴ７１４をオンにする。それから、ＭＯＳＦＥＴ７１４は、スイッチ５８８ａのゲート回路に動力を供給するためのキャパシタ７１１からのエネルギーを用いてスイッチ５８８ａをオンにする。インダクタ５８７ａおよびスイッチ５８８ａを流れる電流５９０により、キャパシタ５８６ａの電圧は急速に減少する。キャパシタ５８６ａの電圧が減少すると、電流５９２は、トランスデューサ５８１からインダクタ５８２およびダイオード５８４ａを介してキャパシタ５８６ａへと流れ始める。電流５９２が電流５９０より大きくなると、キャパシタ５８６ａの電圧は減少を止めて増加し始め、この時点で、高域フィルタ（キャパシタ７１３）は、ダイオード７２１を介してＭＯＳＦＥＴ７１４をオフにし、トランジスタ７１７をオンにすることによってトランジスタ７１９がオンになる。その結果、スイッチ５８８ａはオフになる。このプロセスが数回繰り返されることにより、図３１に示すように、トランスデューサ５８１の電圧は、多数の段差状に減少する。
【０１２２】
図３３は、加速度が時間によってプロットされた、減衰または振動を示す図である。さらに、この図は、トランスデューサに接続された電気回路を備えたおよび備えない本発明のラケット６００の振動特性を示す。図３３の灰色の曲線は、トランスデューサに接続された電気回路がない本発明のラケット６００の振動特性を表す。図の黒い線は、自己出力形電気回路を備えた本発明のラケット６００の振動特性を表す。この図から理解できるように、ラケットの振動特性は、トランスデューサに接続された電気回路を用いて実質的に影響を及ぼすことができ、振動がその半分の振幅に達する時間は、例えば、３分の１から３分の２、好ましくは約５０％減少し、これにより、実質的に改良された取り扱い特性が得られる。
【０１２３】
【発明の効果】
以上のように本発明の球技スポーツ用ラケットおよびその製造方法によれば、トランスデューサと電気回路とを備えたテニス、スカッシュまたはラケットボールのような球技スポーツ用の改良されたラケットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による球技スポーツ用ラケットの一実施形態の側面図である。
【図２】  図１のII−II線の断面図である。
【図３】  図３Ａは、本発明のラケットとともに用いることができる電力取り出しシステムのある実施形態のブロック図であり、図３Ｂは、図３Ａの電力取り出しシステムの特定の実施形態の回路図である。
【図４】  図４Ａは、図３Ｂの回路のインダクタを流れる電流の位相のグラフであり、図４Ｂおよび図４Ｃは、インダクタを流れる別の電流を示す。
【図５】  図３Ｂの回路の種々の電圧、電流、電力およびエネルギーの波形図である。
【図６】  図６Ａは、開回路トランスデューサの電圧の波形であり、図６Ｂは、トランスデューサを流れる短絡電流の波形であり、図６Ｃは、トランスデューサを流れる短絡電荷の波形である。
【図７】  図３Ｂの電力取り出しシステムのブロック図である。
【図８】  構造体に装着されたシステムのトランスデューサを有する図３Ｂの電力取り出しシステムのある実施形態を示す。
【図９】  電力取り出しシステムの別の実施形態の回路図である。
【図１０】  電力取り出しシステムのさらに別の実施形態の回路図である。
【図１１】  電力取り出しシステムのさらに別の実施形態の回路図である。
【図１２】  図１２Ａは、共振回路および整流器を含む電力取り出しシステムのブロック図であり、図１２Ｂは、図１２Ａの電力取り出しシステムの特定の実施形態の回路図である。
【図１３】  図１２Ｂの電力取り出しシステムの種々の電圧、電流、電力およびエネルギーの波形図である。
【図１４】  図１２Ｂの電力取り出しシステムのブロック図である。
【図１５】  共振整流電力取り出しシステムの別の実施形態の回路図である。
【図１６】  共振整流電力取り出しシステムのさらに別の実施形態の回路図である。
【図１７】  受動型整流電力取り出しシステムの回路図である。
【図１８】  図１７の回路の種々の電圧、電流、電力およびエネルギーの波形図である。
【図１９】  受動型整流電力取り出しシステムの別の実施形態の回路図である。
【図２０】  トランスデューサの分割を図示する。
【図２１】  電力取り出しシステムの別の実施形態の回路図である。
【図２２】  電圧および電流対時間のグラフである。
【図２３】  図２１の電力取り出しシステムの制御回路のブロック図である。
【図２４】  自己出力形制御回路のブロック図である。
【図２５】  自己出力形制御回路を使用する電力取り出しシステムの回路図である。
【図２６】  電力取り出しシステムの別の実施形態の回路図である。
【図２７】  動力減衰システムの回路図である。
【図２８】  自己出力形動力減衰システムの回路図である。
【図２９】  動力減衰システムの別の実施形態の回路図である。
【図３０】  電力取り出しシステムのさらに別の実施形態の回路図である。
【図３１】  電圧対時間のグラフである。
【図３２】  図３０の回路の制御回路の回路図である。
【図３３】  電気回路を備えたおよび備えない本発明のラケットの減衰特性を示す図である。
【符号の説明】
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１８    電気回路
１２、６１０、６１２    トランスデューサ
２０、１２０    蓄積要素
１６    切り換え増幅器
３０    インダクタ
３２、３４    ＭＯＳＦＥＴ
３６、３８    ダイオード
３０２    共振回路
３０４    整流器
３０６    制御ロジック
６００    ラケット
６０２    ラケットフレーム
６０４    ラケットヘッド
６０６    スロート部分
６０８    把持部
６２２    ラケット正面部
６２４    ラケット背面部
６２６    過渡領域
６１６    スロット（開口部）
６２０    発泡材
【図１】
0004932097.tif 000002
【図２】
0004932097.tif 000003
【図３】
0004932097.tif 000004
【図４】
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【図５】
0004932097.tif 000006
【図６】
0004932097.tif 000007
【図７】
0004932097.tif 000008
【図８】
0004932097.tif 000009
【図９】
0004932097.tif 000010
【図１０】
0004932097.tif 000011
【図１１】
0004932097.tif 000012
【図１２】
0004932097.tif 000013
【図１３】
0004932097.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
0004932097.tif 000016
【図１６】
0004932097.tif 000017
【図１７】
0004932097.tif 000018
【図１８】
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【図１９】
0004932097.tif 000020
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
0004932097.tif 000024
【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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