JP2010516221A - エネルギー蓄積および放出を利用したエネルギー収穫方法および装置 - Google Patents

Abstract

入力圧力を電気エネルギーに変換して、エネルギーを蓄積させ、その後解放するエネルギー収穫器を提供する。エネルギー収穫器は、レシーバ、エネルギーコレクタ、変換器、およびホルダを含み、３段階で動作する。レシーバは入力圧力を受け取り、エネルギーコレクタはレシーバにより入力変位で動かされる。エネルギーコレクタは、その後、把持位置に保持される。入力圧力は方向を変え、エネルギーコレクタはホルダにより解放され、入力変位とは異なる出力変位で動く。変換器は、生成された動きから電気エネルギーを生成する。
【選択図】 図４

Description

本願は、２００７年１２月７日出願の米国特許出願番号第１１／９５２，２３５の優先権を主張しており、この内容の全体をここに参照として組み込み、２００７年１月８日出願の米国仮特許出願番号第６０／８７９，１４６の優先権を主張しており、この内容の全体をここに参照として組み込み、２００７年６月１２日出願の米国仮特許出願番号第６０／９４３，３８０の優先権を主張しており、この内容の全体をここに参照として組み込み、２００７年９月２６日出願の米国仮特許出願番号第６０／９７５，４１０の優先権を主張しており、この内容の全体をここに参照として組み込む。

開示する本発明は、エネルギー収穫機構に係る。

本開示は、概して、機械運動から電気エネルギーを生成するデバイスに係る。

本開示は、低周波数励起を高周波数に変換して、電気を生成してエネルギーを収穫することに係る。エネルギーコレクタは、入力変位（input displacement）で変形され、その後、把持され、その後で解放されることで、エネルギーコレクタを出力変位で動かす。出力変位は、入力変位よりも速い、または／および高い周波数を有する。エネルギーコレクタは、磁気誘導デバイス、圧電材料、または電歪（electrorestrictive）材料などの電力変換器に連結され、エネルギーコレクタの動きから電気を生成する。

入力段階におけるエネルギー収穫器の基本図であり、レシーバを押圧する入力圧力を示す。

保持段階における図１のエネルギー収穫器の基本図であり、エネルギーコレクタを把持するホルダを示す。

出力段階における図１のエネルギー収穫器の基本図であり、ホルダから解放されるエネルギーコレクタを示す。

エネルギーコレクタの変位を経時的に示すグラフィック図であり、入力段階における入力変位と、保持段階における一定の変位と、出力段階における出力変位と、を含み、サイクルが繰り返している様子を示す。

線形収穫器の側断面図であり、レシーバを押圧する入力圧力を示す。

図５の線形収穫器の側断面図であり、入力圧力がレシーバを押圧して、エネルギーコレクタにエネルギーを蓄積し、ホルダと係合する様子を示す。

図５の線形収穫器の側断面図であり、入力応力が退き、レシーバが持ち上がり、ホルダが解放されてエネルギーコレクタが出力変位で動く様子を示す。

特定の線形収穫器の側断面図であり、入力圧力がレシーバを押圧し、レシーバがホルダのピボットアームを押圧する様子を示す。

図８の線形収穫器の側断面図であり、入力圧力がレシーバを押圧し、エネルギーコレクタにエネルギーを蓄積して、レシーバがホルダのピボットアームを押圧するのをやめて、ホルダが係合される様子を示す。

図８の線形収穫器の側断面図であり、入力圧力が退き、レシーバを押し上げて、レシーバがホルダのピボットアームを押圧することで、ホルダを解放して、エネルギーコレクタが出力変位で動く様子を示す。

図８の線形収穫器の上面図である。

図８の線形収穫器のガイドの概略図であり、ガイドが入力スロットとラッチスロットとを含む様子を示す。

図８の線形収穫器のホルダの概略図であり、ホルダがベースに取り付けられて、はしご状の開口を含む様子を示す。

回転収穫器の側断面図であり、入力圧力がレシーバを押圧し、入力変位でエネルギーコレクタが変形される様子を示す。

図１４の回転収穫器の側断面図であり、入力圧力が反対方向に働き、把持位置でホルダがエネルギーコレクタに係合されロックされる様子を示す。

図１４の回転収穫器の側断面図であり、入力圧力が反対方向に働き、ホルダが解放されてエネルギーコレクタが出力変位によって動かされる様子を示す。

特定の回転収穫器の側面図であり、入力圧力がクランクシャフトでとまり、入力ディスクを入力方向に回転させて、レシーバを把持し、エネルギーコレクタを変形させる様子を示し、ここでは例示目的からコイルまたはジェネレータは示されていない。

図１７の回転収穫器の正面断面図であり、ホルダがキャッチおよびラッチを含み、レシーバが入力方向に動く際にキャッチがラッチ上を動く様子を示す。

図１７の回転収穫器の正面断面図であり、入力ディスクが入力方向に動く際に入力ブロックがレシーバブロックを押圧する様子を示す。

図１７の回転収穫器の正面断面図であり、入力ディスクが退く方向に動き、ランプがラッチをキャッチから外して、ホルダを解放して、エネルギーコレクタを出力変位で動かす様子を示す。

回転収穫器の正面断面図であり、入力ディスクがレシーバを変形させ、エネルギーコレクタを入力変位で動かし、入力ディスクがその後で退いてエネルギーコレクタを出力変位で動かす様子を示す。

エネルギー収穫器１０は、入力圧力１２を電気エネルギーに変換して、さらに、エネルギーを蓄積して、その後に放出するべく提供される。エネルギー収穫は、エネルギースカベンジングとしても知られており、変位（displacement）または入力圧力１２を利用して、動きの幾らかまたは全てを利用可能なエネルギーに変換する。

図１−３は、エネルギー収穫器１０の基本的な実施形態を示す。図示のエネルギー収穫器１０は、レシーバ１４、エネルギー蓄積構造またはエネルギーコレクタ１６、変換器１８、およびキャッチ＆リリース機構またはホルダ２０を含む。エネルギー収穫器１０は、３段階で動作する。第１段階が励起段階または入力段階２２、第２段階が保持段階２８、そして第３段階がエネルギー保存または出力段階３２である。

図１は入力段階２２を示す。レシーバ１４は入力圧力１２を受け、エネルギーコレクタ１６がレシーバ１４により、入力変位２４で動かされる。

図２は、第２のまたは保持段階２８を示す。レシーバ１４は、入力圧力１２の変化とともに退く。エネルギーコレクタ１６は、ラッチまたは把持位置２６に、ホルダ２０により保持され、一定の変位３０を有する（図４参照）。

図３は、第３のまたは出力段階３２を示す。レシーバ１４がひとたび退いて入力圧力１２が十分な距離を有する状態に変化すると、エネルギーコレクタ１６がホルダ２０により外されまたは解放されて、出力変位３４により動く。変換器１８は、出力段階３２で生成された動きから電気エネルギーを生成する。

図４は、エネルギーコレクタ１６の、入力段階２２、保持段階２８、および出力段階３２における変位を経時的に示すグラフィック図である。入力段階２２において、エネルギーコレクタは、入力変位２４により把持位置２６まで動く。１実施形態においては、入力変位２４が一定である間の変位量は、別の実施形態の量とは異なる。次に、保持段階２８において、エネルギーコレクタ１６が把持位置２６に一定の変位３０で保持される。保持段階２８の長さは可変であってよい。１実施形態においては、保持段階２８の長さは１０マイクロ秒より大きくてよい。

最後に、出力段階３２において、エネルギーコレクタ１６は、出力変位３４により経時的に発振または振動する。出力変位３４におけるエネルギーコレクタ１６の変位の速度、振幅、および周波数は低減し続ける。１実施形態においては、出力変位３４における周波数は低減せず、振幅のみが低減する。出力変位３４の平均的速度は、入力変位２４における平均速度より大きくても大きくなくてもよい。しかし、出力変位３４の最大速度は、入力変位２４より大きい。出力変位３４の周波数も、入力変位２４より大きい。別の実施形態においては、出力変位３４が減衰されることで、約＋／−５０％の範囲内の減衰周波数で共鳴し、また別の実施形態においては、約＋／−２５％の範囲内の減衰周波数で共鳴してよい。この３段階は、入力圧力１２がかかっている間繰り返される。

入力圧力１２は、入力段階２２においてレシーバ１４およびエネルギーコレクタ１６を変位させる任意の手段である。この入力圧力１２は、機械、自然、人間、または動物等の任意の動力または圧力に関していてよい。入力圧力１２は、振動、波、歩行、圧力気体または流体、風、水流、歩行、走行、振動アーム、潮汐運動、生理学的リズム（例えば胸の鼓動）、振動構造等であってよい。

入力圧力１２および生成される運動は、線形、上方、下方、回転、振動、水平、垂直、単一方向、混合方向、または混合であってよい。入力圧力１２および生成される運動は、線形運動の発振、回転運動の発振、継続的な線形運動、または継続的な回転運動に関していてよい。従来の機構を利用して、入力圧力１２から任意の必要な運動を生成することができる。入力圧力１２は、海洋のブイ、潮汐機器、ストライクパッド（strike pad）、風車、水羽根（water vane）、羽根、移動水外車（moving water paddle wheel）、地熱圧力源、または他のデバイスであってよい。

レシーバ１４は、入力圧力１２を受けて、エネルギーコレクタ１６を変位させる任意の構造である。レシーバ１４は、線形プランジャ、回転ハンドル、カム、水力ピストン、レバー、歯止め、リンケージ、偏心性ハンドル（eccentric wheel）、螺子、不規則形状のシリンダ、または上述の機能を達成する他の構造であってよい。エネルギーコレクタ１６の変位は、線形のもの、回転するもの、角度を有するもの、またはそれらの組み合わせであってよい。

エネルギーコレクタ１６は、エネルギーを受け、蓄積できる任意のデバイスである。様々な実施形態においては、エネルギーコレクタ１６は、線形ばね、非線形ばね、一定の力のばね、各種の板ばね（laminated spring, leaf spring）、引張ばね、圧縮性弾性物質、弾性のコード、トーションばね、撓みばね、圧縮気体または流体チャンバ、他の主要な弾力性のまたは無散逸の構造、またはそれらの組み合わせであってよい。

設計上の計算を利用して、エネルギーコレクタ１６の電力出力を増加させることができる。ばね定数、ばね線形、移動システムの質量、磁界強度、圧電材料の特性、圧電材料の寸法、誘電コイルの巻き数、負荷のインピーダンス、操作変位、操作力、ジェネレータの性質、減衰定数、およびシステムの自然なおよびピークの周波数、および他の設計パラメータは調整可能である。

エネルギーコレクタ１６は、幅広い範囲の材料から形成可能である。ばね１１０および２０６は、例えば、ステンレス鋼、耐食性鋼、耐熱性鋼、ニッケル合金、コバルト合金、銅合金、合成物、セラミック、ポリマー、またはそれらの組み合わせを含んでよい。

エネルギーコレクタ１６の寸法は用途に応じて可変である。例えば、海洋波の動きを入力圧力１２として利用する場合、１実施形態においては、長さおよび／幅が約０．１−１００センチメートルまたは０．００１−１メートルの間であるばねがエネルギーコレクタ１６として必要となる。別の例においては、フットストライク（foot strike）を入力圧力１２として利用する場合、１実施形態においては、長さおよび／幅が約０．０１−５０ミリメートルの間であるばねがエネルギーコレクタ１６として必要となる。フットストライクを入力圧力１２として利用する実施形態は、靴のソールに収まることが必要である。また、ばねの厚みは、約０．０２ミリメートルから１センチメートルの間である。

他の実施形態においては、エネルギーコレクタ１６は、ガスを低速で圧縮して、その後、放出してずっと高い速度で再度膨張させるガスチャンバを含みうる。ガスチャンバのようなエネルギーコレクタ１６の外形は可変であり、用途に特化した作成が可能である。

入力および出力プロファイル２４および３４は、様々な異なる速度、周波数、変位、動き、加速度、減速度等を有してよい。１実施形態において、エネルギー収穫器１０は、比較的低い周波数または低い速度で入力圧力１２運動を、１秒当たり１から１０サイクル（ヘルツ）の範囲に変換する。入力変位２４は、出力変位より低い周波数および速度である。例えば、歩行または走行は、１から２ヘルツで起こる。呼吸および波動は、１ヘルツ未満で起こる。典型的な胸の鼓動は、１ヘルツより少し大きい。オブジェクトの激しい振動は、一般的には数ヘルツ程度で起こる。

１実施形態においては、入力変位２４の平均速度の、出力変位３４の平均速度に対する割合は、１：１０、１：２０、１：５０より大きい、または、１：１００より大きい。同様に、入力変位２４の周波数の、出力変位３４の周波数に対する割合も、１：１０、１：２０、１：５０より大きい、または、１：１００より大きい。

エネルギー収穫器１０に関する方法およびデバイスは、蓄積エネルギーの放出の後で高周波数でまたは高速で振動するまたは自然に動く、という性質のエネルギーコレクタ１６を有効活用するので、それらを偏向するのに利用される変位の周波数または速度でのみ動くことのできる場合よりも大きな電力を生成する。例えば、この用途で記載された様々なばね／磁石の実施形態のばねは、急速に解放されて、ばねへの偏向がたった１または２ヘルツであったとしても、１０から１００ヘルツ以上で振動することができる。入力に対する出力の割合が高いことで、より小型且つ軽量の部材の利用（例えば、より小さいばね、磁石、およびコイル）が可能となる。

変換器１８は、磁気誘導デバイス（例えばジェネレータまたはモータ）、圧電材料、または電歪（electrorestrictive）材料である。変換器１８に利用される磁石は、ネオジウム鉄ホウ素（neodymium iron boron）、サマリウムコバルト、アルニコ、セラミックまたはフェライト、またはそれらの組み合わせを含んでよい。磁石は、円形のバー形状、矩形のバー形状、馬蹄形状、リングまたはドーナツ形状、ディスク形状、矩形形状、多数のフィン画を有するリング形状、および他の特別な形状であってよく、幅広いサイズが可能である。１実施形態においては、本発明は、フットストライクを入力圧力１２として利用して、利用される磁石は、長さおよび幅が約１ミリメートルから２センチメートルである。

変換器１８のワイヤコイルは、約１５から５０のワイヤゲージを有する絶縁銅磁石ワイヤで形成されてよい。当業者であれば、用途に応じて適切なワイヤゲージおよびコイルの外形を選択することにより、ワイヤコイルおよび磁石を最適化することができる。変換器１８のワイヤコイルは、磁石に対して近接した位置に配置されて生成電力を最大化してよい。１実施形態においては、コイルの寸法は、約２センチメートルの長さであり、約１センチメートルの内径であり、１．５センチメートルの外径であってよい。

別の実施形態においては、変換器１８は、ジェネレータ、またはジェネレータとして利用される電気モータであってよい。モータは、エネルギーコレクタ１６の動きに連結されることで駆動されてよい。この動きにより、ジェネレータまたはモータに電力が生成され、これがその後、直接利用されるか、または、バッテリまたはコンデンサ等のエネルギー蓄積部に蓄積されてよい。可能性あるジェネレータまたはモータには、ブラシレス式のＤＣおよびＡＣモータ、線形誘導、およびブラシ式のＤＣおよびＡＣモータが含まれるが、それらに限定されない。

ホルダ２０は、適時にエネルギーコレクタ１６をキャッチ＆リリースする任意のデバイスである。ホルダ２０は、キャッチ＆リリース機構であっても、エネルギーコレクタ１６を把持し、その後にレシーバ１４および入力圧力１２が十分な距離動きエネルギーコレクタ１６内にエネルギーを蓄えるのをやめた後で、エネルギーコレクタ１６を解放することのできる他のデバイスであってよい。

本開示は、エネルギー収穫器１０の２つの実施形態を提供する。第１の実施形態または線形収穫器１００は、線形運動に基づくエネルギー収穫器１６用のものであり、図５‐１３に示されている。第２の実施形態または回転収穫器２００は、回転運動に基づくエネルギーコレクタ１６用のものであり、図１４‐２１に示されている。両方の実施形態において、エネルギーコレクタ１６は、入力段階２２において入力変位２４で変位されており、その後、保持段階２８において把持位置２６に保持され、その後、出力段階３２において解放されて出力変位３４で動く（図１‐４参照）。

線形収穫器１００の基本形状は図５−７に示されており、図８―１３はその特別な実施形態を示す。当業者であれば、本開示に則り多くの他の実施形態を想到するであろう。線形収穫器１００のレシーバ１４は、ガイド１０２、ベース１０４、入力アーム１０６、および入力プランジャ１０８を含む。ガイド１０２はベース１０４に接続される。ガイド１０２は、シリンダ形状または、その内部をレシーバ１４が動くことができ、エネルギーコレクタ１６を収容することができる他の形状の構造である。

入力アーム１０６は、ガイド１０２の内部に延びる。入力アーム１０６の一端は、入力圧力１２と相互作用して、他端は入力プランジャ１０８に連結される。入力アーム１０６と入力プランジャ１０８との接続は、強固な接続であっても、旋回が可能な接続（pivotal connection）であってもよい。旋回が可能な接続を利用して、入力圧力１２内の異なる圧力ベクトルを画定することもできる。

線形収穫器１００のエネルギーコレクタ１６は、線形ばね１１０を含む。図示の変換器１８は、磁石１１２、コイル１１４、回路１１６、および電気エネルギー蓄積デバイス１１７を含む。磁石１１２は、エネルギーコレクタ１６の上部に取り付けられる。コイル１１４はベース１０４により支持され、磁石１１２の回りに位置しており、回路１１６がコイル１１４に電子的に接続されるが、これが電気エネルギー蓄積デバイス１１７に接続される。電気エネルギー蓄積デバイス１１７は電力調節エレクトロニクス（power conditioning electronics）を含みえて、コンデンサ、バッテリ、または電気エネルギーを受け取り、蓄積し、放出する機能を有する他のデバイスを含みうる。

線形収穫器１００のホルダ２０は、キャッチ１１８およびラッチ１２０を含む。キャッチ１１８は、コイル１１４に、またはガイド１０２を取り囲む他の構造に接続される、または、コイル１１４または他の構造の内部に形成される。ラッチ１２０は、磁石１１２の上面に取り付けられ、磁石１１２の端部を越えて、ガイド１０２を超え、キャッチ１１８と係合する。他の実施形態では、ラッチ１２０は、磁石１１２の底部、磁石１１２の他の部分、線形ばね１１０、またはそれらに取り付けられる任意の他の構造に取り付けられてよい。

ホルダ２０の様々な実施形態は、一定の期間中またはレシーバ１４または入力圧力１２の運動中に、エネルギーコレクタ１６を一時的に保持することができてよい。１実施形態においては、ホルダ２０は、入力アーム１０６または入力プランジャ１０８の位置または動きの方向に呼応する。キャッチ１１８とラッチ１２０との間の距離は、線形ばね１１０に蓄積されるエネルギー量を最大化するよう変更されてよい。

別の実施形態においては、ホルダ２０コンポーネントは、入力圧力１２の位置および強度を計測するセンサから入力を受け取りつつ電子制御され、効率を最大化する。さらにキャッチ１１８またはラッチ１２０は収縮機構を含みうる。収縮機構は、ばねバイアスデバイス（spring biased device）または入力圧力１２が加わった際にキャッチ１１８またはラッチ１２０を収縮させる他の従来のデバイスであってよい。

図５の入力段階２２において、入力圧力１２は、入力アーム１０６およびプランジャ１０８を下方に押圧する。プランジャは、ラッチ１２０、磁石１１２、および線形ばね１１０を下方に押圧する。エネルギーコレクタ１６および磁石１１２は、図４に示す入力変位２４により動く。図６から分かるように、入力圧力は、ラッチ１２０がキャッチ１１８の下に来るまで押下を続ける。

次は保持段階２８が行われる。入力圧力１２は、状態遷移し、または、方向を逆転する。一方で、エネルギーコレクタ１６および磁石１１２は、一定の変位３０で把持位置２６に保持される（図６参照）。故に、線形ばね１１０は、圧縮され続け、エネルギーを蓄積する。

レシーバ１４が十分離れたところで、出力段階３２が始まる。ラッチ１１８がキャッチ１２０から解放され、これにより線形ばね１１０が解放される（図７参照）。線形ばね１１０は、図４に示すように、出力変位３４により運動および振動する。磁石１１２は線形ばね１１０により動き、磁気誘導によりコイル１１４に電気が生成される。回路１１６は、電気エネルギー蓄積デバイス１１７に含まれる電力調整エレクトロニクスに給電し、または電気消費デバイスまたは電力グリッド（power grid）に給電する。

図８−１３は、線形収穫器１００の特別な実施形態を示す。図示のホルダ２０は、ベース１０４にピボット１２４により取り付けられるピボットアーム１２２を含む。ランプ（ramp）１２６が内部に延びるピボットアーム１２２の上部に取り付けられる。入力プランジャ１０８は、各側面に舌状部１２８を含む。図１２から分かるように、ガイド１０２は、舌状部用スロット１３０およびラッチスロット１３２を含む。舌状部１２８は、舌状部用スロット１３０内へ延び、その内部で動く。ラッチ１２０は、舌状部用スロット１３０の底部内へ、および、舌状部用スロット１３０の下に配置されているラッチスロット１３２へ延び、それらの内部で動く。

図１３から分かるように、キャッチ１１８は、ピボットアーム１２２の底部に向けて垂直配置された、はしご状の開口１３４を含む。ピボットアーム１２２は、ピボット１２４のトーションばね１３６により垂直方向にバイアスされる。ピボットアーム１２２はさらに、ガイド１０２に接続されたばねにより、または、別の従来の手段により、バイアスされることもできる。別の実施形態においては、ピボットアーム１２２はそれ自身が弾性部材である。ピボットアーム１２２にさらなる補強として別の構造を追加することもできる。

入力段階２２において、レシーバ１４が下方に動くと、ラッチ１２０がはしご状の開口１３４に進入する。これら多数のはしご状の開口１３４は、レシーバ１４による異なる移動距離を画定して蓄積エネルギー量を最大化する。保持段階において、舌状部材１２８は、ランプ１２６と接触することで、ピボットアーム１２２を外旋させる。ピボットアーム１２２が外旋すると、はしご状の開口１３４は、ラッチ１２０から退き、これにより、線形ばね１１０が解放されて振動する（図１０参照）。

回転収穫器２００は、回転運動を受け、その基本形状は図１４−１６に示されており、図１７−２０はその特別な実施形態を示す。当業者であれば、本開示に則り多くの他の実施形態を想到するであろう。回転収穫器２００のレシーバ１４は、延長部２０２とベース２０４とを含む。回転収穫器２００のエネルギーコレクタ１６は、トーションばね２０６を含む。トーションばね２０６の一端はベース２０４に接続され、他端は延長部２０２に接続される。

図示の回転収穫器２００の変換器１８は、磁石２０８、コイル２１０、回路２１２、および電気エネルギー蓄積デバイス２１４を含む。磁石２０８は、トーションばね２０６内部にぶら下がる。別の実施形態では磁石２０８は、トーションばね２０６の外面の周りに形成される。コイル２１０はトーションばね２０６の外側に形成され、電子的に接続されている。回路２１２は、コイル２１０に電子的に接続されており、これが電気エネルギー蓄積デバイス２１４に接続される。電気エネルギー蓄積デバイス２１４は、電力調節エレクトロニクスを含んでよく、コンデンサ、バッテリ、または電気エネルギーを受け取り、蓄積し、放出する機能を有する他のデバイスを含みうる。

回転収穫器２００のホルダ２０は、ラッチ２１６およびキャッチ２１８を含む。ラッチ２１６は、ベース２０４に接続される、またはその一部として形成される。キャッチ２１８は延長部２０２に接続される。

図１４では入力段階２２において、入力圧力１２が延長部２０２を下方に押圧し、ラッチ２１６がトーションばね２０６に巻きつく。エネルギーコレクタ１６および磁石２０８は、図４に示す入力変位２４により動く。入力圧力１２は、キャッチ２１８がラッチ２１６の下に来るまで押下を続ける。

次は保持段階２８が行われる。入力圧力１２は、図１５に示すように方向を逆転する。レシーバ１４、エネルギーコレクタ１６、および磁石２０８は、把持位置２８で保持され、図４にグラフィックに示すように一定の変位を有する。故に、トーションばね２０６は、巻かれた位置に保持されて、エネルギーを蓄積する。

入力圧力１２が方向を変えたところで、またはレシーバを十分な距離動いたところで、出力段階３２が始まる。キャッチ２１８がラッチ２１６から解放され、これによりトーションばね２０６が解放される（図１６参照）。トーションばね２０６は、図４にグラフィックに示すように、出力変位３４により変位および振動する。磁石２０８はトーションばね２０６により動き、磁気誘導によりコイル２１０に電気が生成される。回路２１２は、電気エネルギー蓄積デバイス２１４に給電し、または電気消費デバイスまたは電力グリッドに給電する。

図１７−２０は、回転収穫器２００の特別な実施形態を示す。図示のレシーバ１４は、入力圧力１２からクランクシャフト２２２を通じて回転運動を生成する入力ディスク２２０を含む。延長部２０２も、ディスクの形状に形成されるものとして示されている。入力ディスク２２０は、延長部２０２上の延長ブロック２２６と相互作用するよう構成される入力ブロック２２４を有する。

ランプ２２８は、入力ディスク２２０の内部に位置して、ベース２０４に接続されたラッチ２１６のランプローブ２３０と相互作用する。キャッチ２１８は、外部周辺に沿って、および、延長部２０２の内部に配置されたはしご状の歯２３２を含む。ラッチ２１６がバイアスされることで、ラッチ２１６の係合ローブ２３４がはしご状の歯２３２と相互作用する。ラッチ２１６のバイアスは、多くの方法で行うことができる。１実施形態においては、バイアスは、重み分布（weight distribution）により行われ、別の実施形態においては、ばねにより行われる。

入力段階２２において、入力ディスク２２０は入力方向２３６に回転する。ラッチ２１６の延長ローブ２３４は、入力ディスク２２０が回転すると、はしご状の歯２３２の上を動き、これにより、延長部２０２は入力ディスク２２０により回転させられるが、反対方向の回転ではない（図１８および１９参照）。入力ブロック２２４はその後、延長ブロック２２６を押下して、トーションばね２０６を入力変位２４により半径方向に動かし、エネルギーを蓄積する。多数のはしご状の歯２３２は、レシーバ１４による異なる半径方向の運動距離を画定して蓄積エネルギー量を最大化する。

保持段階において、入力ディスク２２０は方向を変え、退く方向２３８に動く。この段階で、トーションばね２０６は把持位置２６に保持されている。入力ディスク２２０が充分所定距離動いて、入力ブロック２２４が延長ブロック２２６の邪魔にならない位置まで来たら、ランプ２２８はラッチ２１６のランプローブ２３０と接触して、ラッチ２１６を旋回させる。これにより延長ローブ２３４は下方に動き、もはやキャッチ２１８と相互作用しない（図２０参照）。こうしてトーションばね２０６が解放されて、出力変位３４により振動する（図２０および図４のグラフィック図参照）。

図示されていない別の実施形態では、回転収穫器２００はトーションばね２０６を利用しない。回転運動の線形運動への変換は、螺子、カム、または、線形ばねその他のエネルギーコレクタ１６を変形させる他の従来の機構により行われる。

他の実施形態においては、一定の変位３０を利用しない。例えば、入力圧力１２の方向の変化により、ホルダ２０の解放をトリガしてよい（図２１参照）。入力圧力１２はクランクシャフト２２２および入力ディスク２２０を駆動して、入力ディスク２２０が同じ回転方向２４０への回転を続けるようにする。キャッチ２１６は入力ハンドル（input wheel）から延びる。入力ディスク２２０が回転して、これにより、キャッチ２１６が延長部２０２と接触して、これを動かすことで、エネルギーがトーションばね２０６に与えられる。キャッチ２１６が動いていくと、ある時点において、延長部２０２から外れ、トーションばね２０６と磁石２０８とが出力変位３４により振動する。本実施形態はさらに線形収穫器１００に適用することができ、この場合キャッチ２１６は、磁石１１２に接触して、直接下方に押下する。多数のエネルギー収穫器を入力ディスク２２０の周りに配設することができ、こうすることで、各回転において、１つのキャッチ２１６が多数の延長部２０２と接触することができる。

本開示の様々な実施形態は複数のアレイとして利用して、または、組み合わせて利用することで、全出力電力を増加させることができる。例えば、ばねと磁石との組み合わせである多数のシステム、またはエネルギー蓄積と電力生成部との多数の組み合わせを、１つのアレイとして設定することができる。

エネルギー収穫器１０を利用して、例えば遠隔の送信局に電力供給する、遠隔のモニタ局に電力供給する、独立車両に電力供給する、商業電力を供給する、移動乗用車（board mobile vehicle）に電力供給する、オフグリッド電力（off grid power）を供給する、家庭用電化製品に電力供給する、等幅広い用途の電力供給が可能である。

エネルギー収穫器１０は、さらに、ＭＥＭＳ（microelectromechanical system）または、ＮＥＭＳ（nanoelectromechanical system）または他の極小機械およびデバイスにも利用可能である。これらＭＥＭＳおよびＮＥＭＳに対する用途においては、エネルギー収穫器１０およびその部材のサイズは、１例においては、１０ナノメートルから５００ミクロンである。エネルギー収穫器１０のサイズは、各用途に応じた調節が可能であり、特に限定はない。

実施形態を図面および前述の記載により示してきたが、これら例示および記載は例示的であり、その性質上限定的ではないので、例示的な実施形態のみを例示および記載してきたが、それらの全ての変更例および変形例も開示の精神内に含まれ保護されるべきである。記載および図面は、開示の実施形態を示すものであり、これら実施形態についての開示への限定を含む、または示唆するものとして解釈されるべきではない。本開示については、記載で示した様々なフィーチャから生じる複数の利点がある。本開示の代替実施形態は、全てのフィーチャを含まない場合もあるが、これらフィーチャの利点の少なくとも幾らかの恩恵は享受する。当業者であれば、過度の実験なく、本開示のフィーチャの１以上を含み、本開示の精神および範囲に含まれる本開示および関連方法の独自の実装例について想到するであろう。

Claims (20)

1. エネルギーコレクタと、
   入力圧力を受け、入力変位に応じて把持位置に前記エネルギーコレクタを変位させるレシーバと、
   前記エネルギーコレクタを前記把持位置に一定の変位で一時的に保持し前記エネルギーコレクタを前記把持位置から解放することで、前記入力変位とは異なる出力変位で前記エネルギーコレクタを動かすホルダと、
   前記エネルギーコレクタの前記動きを電気エネルギーに変換する変換器と、を備える、エネルギー収穫器。
2. 前記エネルギーコレクタの前記動きは線形である、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
3. 前記エネルギーコレクタの前記動きは回転性である、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
4. 前記出力変位は、前記入力変位の周波数より高い周波数を有する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
5. 前記入力変位の前記周波数の、前記出力変位の前記周波数に対する割合は、約１：１０より大きい、請求項４に記載のエネルギー収穫器。
6. 前記出力変位は、前記入力変位の最大速度より速い最大速度を有する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
7. 前記入力変位の前記最大速度の、前記出力変位の前記最大速度に対する割合は、約１：１０より大きい、請求項６に記載のエネルギー収穫器。
8. 前記レシーバは、前記ホルダが前記エネルギーコレクタを保持している間、前記エネルギーコレクタから離れる方向に動く、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
9. 前記エネルギーコレクタは、線形ばねを有する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
10. 前記レシーバは線形運動する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
11. 前記線形ばねは、ガイド内に収容される、請求項９に記載のエネルギー収穫器。
12. 前記エネルギーコレクタは、変形可能な気体チャンバを有する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
13. 前記エネルギーコレクタは、弾性材料を有する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
14. 前記変換器は磁気誘導を利用する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
15. 前記変換器は、前記エネルギーコレクタに取り付けられた磁石を有する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
16. 前記変換器は、前記磁石を取り囲むコイルを有する、請求項１５に記載のエネルギー収穫器。
17. 前記変換器は、圧電材料を有する、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
18. 前記レシーバおよび入力圧力は、前記エネルギーコレクタの前記出力変位を妨げない、請求項１に記載のエネルギー収穫器。
19. 入力変位でエネルギーコレクタを変位させる段階と、
    一定の変位で一定の期間の間、前記エネルギーコレクタを把持する段階と、
    前記エネルギーコレクタを出力変位で解放する段階と、
    前記エネルギーコレクタの前記動きを電気エネルギーに変換する段階と、を備える、エネルギーを収穫する方法。
20. 入力圧力によりエネルギーコレクタが変位される入力段階と、
    前記エネルギーコレクタが保持され、前記入力圧力の方向が変化する保持段階と、
    前記エネルギーコレクタが解放され、前記エネルギーコレクタの出力変位が電気に変換される出力段階と、を備える、エネルギーを収穫する方法。

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