JP2015502650A - 自己給電式エネルギーハーベスティングスイッチ及びエネルギーを獲得する方法 - Google Patents

Abstract

スイッチデバイス１０と、当該スイッチデバイス１０を操作するためのエネルギーを生成する方法であって、スイッチデバイス１０は、ユーザによって操作可能な作動デバイスと相互に作用する駆動ユニット１２０と、駆動ユニット１２０によって動かされる移動デバイス１３０と、コマンド又は他の操作用のエネルギーがスイッチデバイス１０に提供されるように、移動デバイス１３０の動作に依存して、スイッチデバイス１０にエネルギーを供給するエネルギーハーベスタ１３２、１４０、１４０ａとを具備する。移動デバイス１３０は、エネルギーハーベスタ１３２、１４０、１４０ａによって電気エネルギーに変換可能な運動エネルギーを供給するために、移動デバイスが運動エネルギーを有する限り、規定のゼロ位置に関し繰り返し再配置される。エネルギーを生成するこのような電気機械的デバイスは、電池又は任意の他の電源を必要とすることなく、スイッチデバイス１０のワイヤレス動作を確実にする。

Description

本発明は、自己給電式スイッチデバイスと、エネルギー、特に操作並びに操作者との通信及び対話のための処理に必要なエネルギーを生成する方法とに関する。

自己給電式であるワイヤレススイッチ、遠隔制御器、センサ、エネルギー制御デバイス等は、ケーブル又は電力コンセントのような特定のエネルギー供給状況と無関係のデバイスの位置決めという利点を提供する。設置場所は、任意の電源制約に関係なく選択かつ決定でき、更には、携帯可能な、又は、可動性の制御及び感知デバイスが提供される。しかし、通常、エネルギーを提供するために、スイッチデバイスは電池式であり、寿命は電源に依存し、通常、特定の時間経過後、電池の交換が必要となる。このような交換作業は、各スイッチの場所によっては、時間がかかり、面倒かつ費用がかかる設置作業が伴うとされる。したがって、自己給電式デバイスは、例えばファシリティマネジメントの分野において、感知及び制御システムの操業費用を削減するための将来性のある代案を提供する。

ワイヤレス及び電池給電式又は有線式といった複数の様々なスイッチが既に使用されており、各々、特定の制御技術に基づいている。例えばフル照明光から非常に薄暗い状態とその間のすべての輝度尺度の照明のために電源を調節する１つ以上のノブを有する例えばダイアル式調光器スイッチを、例えば照明制御に使用できる。これらのスイッチは、回転式調光器スイッチと組み合わされてもよい。更に、スイッチは、供給される電力のレベルを連続的に適応させるスライド式ハンドルを有し、更には機能をオン／オフにするための別個のボタンと連動するスライド式調光器スイッチとして提供されてもよい。更に、タッチパッド上のユーザの指の任意の位置に依存して電力供給を調節するタッチパッド式調光器が提供される。これらのタッチパッド式調光器は、例えば特定のデザイン要件のあるアプリケーションにおいて有利に使用される。また、電源コンセントと消費者負荷との間にプラグイン式調光器スイッチが設置されてもよい。これは、ソケットが提供された場合に、電力制御を提供する最も単純な態様を表す。これらは、消費者負荷と、電力網のコンセントとの間に直接差し込むことができるため、任意の設置を全く必要としない。

更に、例えばＥｎＯｃｅａｎ（商標）による、いわゆるＰＴＭ２００プッシュボタン・マルチチャネル・スイッチモジュール、又は、ＥｎＯｃｅａｎ（商標）による例えばいわゆるＰＴＭ２３０／ＰＴＭ３３０若しくはＰＴＭ３３２送信器モジュールと組み合わせられる、いわゆるＥＣＯ１００若しくはＥＣＯ２００ハーベスティングモジュールにおいて、複数の様々なエネルギーハーベスティング制御が既に使用されている。ＰＴＭ２００では、一般的な電気力学エネルギー変換器が、モジュールの外側から押圧及び解放可能であるエネルギーボウ（energy bow）によって作動され、当該押圧及び解放は、各々、ボウを作動させる際の特定数の接触ニップル、具体的には４つの接触ニップルの動作状態を送信する特定のワイヤレスデータテレグラムを生成する。様々なエネルギーハーベスティング機構が既に使用されている。例えばＥＣＯ１００／ＥＣＯ２００には、デバイスの外側から押圧可能なバネによって作動される、直線運動用の電気力学式エネルギー変換器が提供されている。ＥＣＯ１００／ＥＣＯ２００は、エネルギーパルスが供給されると、一意の３２ビットモジュールＩＤと、エネルギーパルスの極性と、４つの接触ニップルの動作状態とを含むＲＦテレグラムを送信するＰＴＭ２３０／ＰＴＭ３３０／ＰＴＭ３３２送信器モジュールに給電するように使用される。

本発明は、ユーザが操作し易く、ロバストであり、また、例えば制御コマンドの送信といった操作に必要なエネルギーがデバイス自体によって生成可能である、ワイヤレススイッチデバイスを提供することを目的とする。

本発明は、直感的でかつユーザにとって好都合な態様でオン／オフ機能と好適には調光機能とを実現させるスイッチデバイス用のエネルギーハーベスティングデバイスを提供することを更なる目的とする。

本発明は、自己給電式であるスイッチデバイス用のエネルギーを獲得するデバイスを提供することを更なる目的とし、当該エネルギーを獲得するデバイスは、ユーザがノブを操作すると、スイッチデバイスのワイヤレス操作のための電気エネルギーが供給されることを確実にすることができる。

これらの目的のうちの少なくとも１つは、請求項１に記載されるスイッチデバイスによって、また、請求項１２に記載されるエネルギーを供給する方法によって達成される。

したがって、例えば人間であるユーザ又は機械動作である外力によって操作可能であって、スイッチデバイスに備えられる作動デバイスと相互に作用する駆動ユニットと、当該駆動ユニットによって動かされる移動デバイスと、当該移動デバイスと結合し、移動デバイスの動作に応答してスイッチデバイスに電気エネルギーを供給するエネルギーハーベスタと、当該移動デバイスと結合される位置回復デバイスとを含み、当該移動デバイスは、規定されたゼロ位置に関して、位置回復デバイスによって再配置される、スイッチデバイスが提供される。つまり、移動デバイスは、更なる作動に応答して再度動かされるように、ゼロ位置に戻される。更に、位置回復デバイスは、移動デバイスをゼロ位置に繰り返し戻す。これにより、移動デバイスは、必ずしも複数回、振動する必要がない。更に、ほんの１つの単一相対動作で、エネルギーが供給される。

これは、ユーザによる作動に反応して、電気エネルギーがスイッチデバイスに供給されることを確実にし、ユーザは、例えば照明を制御するために、慣れ親しんでいる行為、即ち、ノブの作動を行いさえすればよく、エネルギーハーベスティングのためだけの追加の行為が不要である。したがって、エネルギーハーベスタは、例えばユーザの操作に基づくコマンドを送信するために、スイッチデバイスにエネルギーを供給する。このスイッチデバイスは、運動エネルギーを電気エネルギーに変換する電気機械的装置を具備する。

駆動ユニットは、作動デバイスに結合される。具体的には、駆動ユニットは、作動デバイスの特定の動作が駆動ユニットの特定の動作をもたらすように、作動デバイスに結合される。駆動ユニットは、作動デバイスに堅く結合され、当該結合は、駆動ユニット及び作動ユニットの各々にあって相互に作用する側部領域のそれぞれ相互依存の形状で備えられる。移動デバイスは、駆動ユニットの特定量の動作に反応して動かされる。移動デバイスは、一旦動かされると、駆動ユニットの任意の動作と無関係に動く。一実施形態では、移動デバイスは、電気エネルギーに変換可能な運動エネルギーがある限り動く。移動デバイスは弾性的に懸架される一方で、駆動ユニットは剛性的に懸架される。移動デバイス及びエネルギーハーベスタは、電気機械的装置の主要構成要素を構成するが、エネルギーハーベスタ自体が、電気エネルギーを提供する電気機械的装置の主要構成要素を構成してもよい。エネルギーハーベスタは、移動デバイスのゼロ位置の領域に配置される。具体的には、移動デバイスのゼロ位置は、エネルギーハーベスタのゼロ位置に対応する。別の実施形態では、移動デバイスは、駆動ユニットの動作によってそのゼロ位置から動かされ、また、移動デバイスは、駆動ユニットによって係合が外されると、位置回復デバイスによってゼロ位置に素早く戻り、エネルギーが獲得される。

第１の態様によれば、作動デバイスは、特に例えばユーザである外力によって、作動軸の周りに両回転方向に操作可能であり、駆動ユニットは、同じ態様で移動デバイスに係合し、これにより、エネルギーが回転の方向と無関係にスイッチに供給される。

基本的に、作動デバイスが、例えばユーザである外力によって回転されると、移動デバイスが動かされる。具体的には、当該動きは、互いに係合する突起及び凹部の正確な形状及び寸法、また、移動デバイスの動作が駆動ユニットの回転及び／又は実際の位置にどの程度まで結合されているかに依存する。作動デバイスが回転される角度量に依存して、移動デバイスは、自由に振動するように動かされるか、又は、作動デバイスが回転される特定の角度に対応する程度にだけ動かされる。具体的には、当該動きは、スイッチデバイスの構成要素、特に駆動ユニットに対する移動デバイスの正確な配置だけでなく、凹部内で突起に与えられる自由度、又は、分散にも依存する。突起が凹部のうちの１つの凹部内に留まる程度に駆動ユニットが回転される場合でも、移動デバイスの例えば振動動作である動作を可能にするために、駆動ユニットは、作動デバイスから分離される。これは、駆動ユニットが作動デバイスの位置と無関係に自動的に回転できるように、回転角に依存して作動デバイスと駆動ユニットとを離す機構によって行われる。一旦移動デバイスがゼロ位置に戻されると、又は、一旦作動デバイスへの新しい動作が開始されると、作動デバイスと駆動ユニットとの接続が、特にかみ合った状態等に再係合することによって再構成される。これにより、小角度の回転しかない場合でも、ユーザのコマンドの正確な解釈が実現され、エネルギーが提供される。これは更に、大角度での連続回転を可能にし、駆動ユニットは、移動デバイスと繰り返し係合される。

スイッチデバイスの構成要素は、移動デバイスが、駆動ユニットとエネルギーハーベスタとの間の中間部材から構成されるように配置される。具体的には、駆動ユニットは、移動デバイスがそれに沿って動かされる軸／移動デバイスがその中で動かされる平面に直交する軸の周りを回転し、エネルギーハーベスタは、駆動ユニットの回転軸に平行な軸の周りを回転する。更に、駆動ユニットは、移動デバイスの回転軸に平行な軸の周りを回転する。

更に、スイッチデバイスには、エネルギー蓄積装置が提供されている。エネルギー蓄積装置は、処理、記憶、信号送信、フィードバックの提供及び／又はスイッチ作動によってトリガされる他のハンドリング動作の間に消費されない余分のエネルギーを蓄積する。蓄積されたエネルギーは、その後、例えば処理、信号送信及び／又は信号受信といったメンテナンス動作、フィードバックの提供等に使用される。エネルギー蓄積装置は、作動デバイスのユーザの作動に反応して、瞬時にコマンド用のエネルギーを供給する。このユーザの作動に応答して移動デバイスの動作によって提供される電気エネルギーは、予想されるコマンドのための手元のエネルギーを供給し保持するために、エネルギー蓄積装置に蓄積される。エネルギー蓄積装置は、エネルギーハーベスタと結合してもよい。

第１の態様と組み合わせられてもよい第２の態様によれば、作動デバイスは、特にユーザによって、作動軸の周りの回転方向と、作動軸に沿った並進方向とに操作可能である。これにより、エネルギーは、回転と、押圧又は解放との両方に応答して生成される。更に、作動デバイスと駆動ユニットとの間には、作動デバイスが並進方向に沿って操作されている場合に作動デバイスの回転を阻止するために、機械的阻止デバイスが備えられている。これにより、各ユーザコマンドは明確で、作動軸に沿った作動が、著しい反動力なく行われることが確実にされる。

第１又は第２の態様と組み合わされてもよい第３の態様によれば、作動デバイスは、駆動ユニットを作動デバイスに接続するネジ山を具備する。これにより、駆動ユニットは、作動デバイスの並進作動に応答して動かされる。駆動ユニットは、作動デバイスが押圧又は解放される場合に、スイッチデバイスの主要部分（corpus）に対し特定の位置に保持される。具体的には、駆動ユニットは、スイッチデバイスの内壁によって保持されると同時に、作動デバイスは、回転を阻止するために、スイッチデバイスの主要部分に設けられている凹部と係合する。更に、駆動ユニットと作動デバイスとの相対動作を阻止するために、連動デバイスが作動デバイスに備えられてもよい。これにより、作動デバイスの回転動作が駆動ユニットの対応する回転動作に同じように伝達されることが確実にされる。

第１乃至第３の態様の何れか１つの態様と組み合わされてもよい第４の態様によれば、作動デバイスは、作動デバイスの作動軸に沿って延在し、スイッチデバイスの主要部分内に可動に配置されるシャフトを具備し、また、弾性要素が、特に作動軸に沿った作動デバイスの動作を阻止するために、作動デバイスと主要部分との間で、シャフトに備えられている。これにより、作動デバイスの回転と、作動デバイスの並進作動とが容易に区別される。

第１乃至第４の態様の何れか１つの態様と組み合わされてもよい第５の態様によれば、作動デバイスは、スイッチデバイスの主要部分内に弾性的に配置され、また、阻止要素が、作動デバイスとスイッチの主要部分との間の、特に並進方向における相対動作を阻止するために、作動デバイスに備えられている。阻止要素は、スナップリング又はロックリングの形で備えられる。この弾性配置は、特に片側から主要部分の壁に作用するバネによって実現され、阻止要素は、壁のもう片側に備えられてもよい。これにより、スイッチデバイス内での作動デバイスの支持が確実にされ、作動デバイスは、主要部分に容易に取付けられる。

スイッチは、エネルギー調整要素（例えばＤＣ／ＤＣコンバータ）、処理ユニット、メモリ、フィードバック手段（例えばＬＥＤダイオード）、スイッチと相互作用する更なるハードウェア手段（例えばスイッチ構造用の例えばディップスイッチ又はピンホール接点）の群から１つ以上を含んでもよい。スイッチデバイスは、エミッタを含んでもよく、エネルギーは、通信インタフェース（例えば８０２．１５．４／ＺｉｇＢｅｅグリーンパワー・プロトコルスイートに従うワイヤレス通信インタフェース）によって制御コマンドを出すために提供される。通信インタフェースは、無線通信を介する安全通信、ネットワークパラメータのコミッショニング及び／又はメンテナンスのためのスイッチデバイスから又はスイッチデバイスへの双方向通信及び周波数アジリティの群から少なくとも１つのために提供される。

第１乃至第５の態様の何れか１つの態様と組み合わされてもよい第６の態様によれば、スイッチデバイスは更に、作動を検出し、作動軸の周りの回転作動と作動軸に沿った作動とを区別するセンサを含む。両動作タイプは、様々な制御コマンドを生成する。つまり、スイッチは、作動動作を、２つ以上の動きに変換する。一実施形態では、当該動きは、制御信号、好適にはワイヤレス制御信号の送信であり、並進動作は、回転動作とは異なる動きをもたらす。例えば並進動作は、オン／オフ又はトグルコマンドの送信をもたらし、回転動作は、回転の時計回り（ＣＷ）／反時計回り（ＣＣＷ）回転に依存して、照明を徐々に強くする／弱くする動作をもたらす。両タイプの動作の組み合わせは、更なる制御動作を提供する。動作を区別する電子的手段は、例えば接点、ダイオード、センサである複数の様々な形式で提供されてもよい。別の実施形態では、１つ以上の作動が、測定、計算、記憶、物理的指示、物理的作動及び通信を含む群からの１つ以上の動作をもたらす。

更に、スイッチデバイスは、設備及び／又は建築物全体の管理のために提供されてもよい。

第１乃至第６の態様の何れか１つの態様と組み合わされてもよい第７の態様によれば、移動デバイスは、駆動ユニットの凹部に係合する少なくとも１つの突起を具備する。これにより、移動デバイスは、駆動ユニットの相当量の動作が相当量の移動デバイスの運動エネルギーを供給するように、駆動ユニットの特定の動作に反応して動かされる。凹部は、ギアホイールの一部として備えられる。エネルギーハーベスタは、移動デバイスの運動エネルギーを、スイッチデバイスの動作用に供給される電気エネルギーに変換する。突起は、駆動ユニットの方向を指すＸ軸に対し左右対称の形状を具備し、Ｘ軸は、移動デバイスがそれに沿って並進動作を行うＹ軸に直交し、また、Ｘ軸は、駆動デバイスがその周りを回転のために作動されるＺ軸に直交する。突起は、棒、突起リブ又はリム等の形で設けられ、そこから左右対称軸が、ゼロ位置を規定する軸と一致する。移動デバイスの幾何学構造、又は、形状は、Ｔ字形状によって説明され、Ｔ字の上の棒は、位置回復デバイス間に懸架され、突起は、上の棒に対し直交に配置される。駆動ユニットは、駆動ユニットがユーザによって作動されるＺ軸周りの回転方向と無関係に、また、作動デバイスがユーザによって作動される任意の直線の並進方向と無関係に、同じ態様で駆動ユニットによって移動デバイスが動かされるように、Ｚ軸に対し左右対称の形状を具備する。更に、回転だけでなく直線作動も作動軸周りの回転と駆動ユニットの回転とをもたらす。

更に、凹部は、ユーザによって作動デバイスが回転される場合に、同じ態様で対応する並進方向に移動デバイスが動かされるように、ゼロ位置を通過する軸及び駆動ユニットの作動軸に対し左右対称の形状を有する。その後、移動デバイスは、両並進方向に動くことができ、当該動きは、振動であり、当該振動は、作動デバイスの正確な位置と無関係である。これにより、ユーザの作動の種類と無関係に、エネルギーがスイッチデバイスに供給される。

第１乃至第７の態様の何れか１つの態様と組み合わされてもよい第８の態様によれば、移動デバイスに結合される位置回復デバイスは、１つ又は幾つかの機械的要素から構成される。当該機械的要素は、駆動ユニットの動作、又は、回転に対抗する力を提供する。これにより、ユーザによる作動がない場合に、移動デバイスが常にゼロ位置に到達し、ゼロ位置に休止することを確実にする電気機械的装置が提供される。一実施形態では、位置回復デバイスは、一旦移動デバイスが駆動ユニットによって動かされると、復元力が移動デバイスの慣性力よりも小さいように移動デバイスをゼロ位置に向かって戻す。したがって、移動デバイスの運動エネルギーは、移動デバイスが特定の時間の長さの間移動を維持する際に、特定の長さの時間間隔に亘って、電気エネルギーに変換される。別の実施形態では、位置回復デバイスは、復元力が移動デバイスの慣性力よりも大きいように移動デバイスをゼロ位置に向かって戻し、したがって、移動デバイスは、すぐにかつ迅速にゼロ位置に戻る。したがって、移動デバイスのそのゼロ位置に戻る運動エネルギーは、好適には、別の運動エネルギー結合を介して直接的又は間接的に、電気エネルギーに変換可能な電磁場の変化をもたらす。したがって、動作の速度は、電磁場の変化の速度に比例すると考えられるため、よって、励起可能なエネルギー量に比例する。有利には、位置回復デバイスは、１つ又は幾つかの弾性機械的要素から構成される。位置回復デバイスは、１つ又は幾つかのバネ、特に伸長バネの形で提供される。位置回復デバイスは、移動デバイスの２つの対向端において、移動デバイスに結合される。或いは、位置回復デバイスは、位置回復デバイスを移動デバイスに結合するために、１つの端又は１つの部分だけにおいて、移動デバイスに結合される。

第１乃至第８の態様の何れか１つの態様と組み合わされてもよい第９の態様によれば、エネルギーハーベスタは、移動デバイスに配置される磁気ブロックと、例えば発生器コイルである少なくとも１つの導電性要素とから構成され、磁気ブロックは当該少なくとも１つの導電性要素に対して動く。これは、小型装置を実現することを容易にし、また、移動デバイスの特定の質量を提供し、慣性力及び特定量の運動エネルギーを確実にする。更に、電磁場の変化をもたらす移動デバイスの運動エネルギーは、導電性要素内で電気エネルギーに直接変換されるため、更なる可動部又は振動構成要素が不要である。移動デバイスは更に、少なくとも大部分において磁気ブロックによって構成されてもよい。

第１乃至第９の態様の何れか１つの態様と組み合わされてもよい第１０の態様によれば、移動デバイスは、ユーザによって作動デバイスが回転される場合に移動デバイスが並進方向に動かされるように、駆動ユニットの回転軸に直交して延在する、例えばガイド、ガイド接点又はスライドである誘導装置内に支持され、エネルギーハーベスタは、移動デバイス上に提供されているラック部から構成されている。これは、移動デバイスが、規定の並進軸に沿って動き、また、移動デバイスの制御されない横動作によってエネルギーが散逸されないことが確実にされる。更に、エネルギーハーベスタは、移動デバイスの動作に依存してラック部によって発生器軸の周りを作動される発生器から構成される。ギアホイールが発生器に配置されてよく、ラック部は、当該ギアホイールに係合してもよい。

更に、上記目的のうちの少なくとも１つは、請求項１２に記載されるエネルギーを提供する方法によって達成される。

したがって、スイッチデバイス内に設けられている電気機械的装置によるスイッチデバイスのワイヤレス操作のために、スイッチデバイスにエネルギーを供給する方法であって、ユーザによるスイッチデバイスの作動デバイスの操作に応答して、作動デバイスに機械的に相互作用する駆動ユニットを作動させるステップと、駆動ユニットの作動に応答して、駆動ユニットに係合する移動デバイスを動かすステップと、移動デバイスの動作に応答して、エネルギーハーベスタに対する移動デバイスの相対動作によって、スイッチデバイスのワイヤレス操作用のエネルギーを獲得するステップと、位置回復デバイスによって、規定されたゼロ位置に関して移動デバイスを繰り返し再配置するステップとを含む。これは、ユーザの入力に反応して、電気エネルギーが、運動又は機械エネルギーの直接変換によって、スイッチデバイスに供給されることを確実にする。

一態様によれば、エネルギーハーベスタは、移動デバイスが動いている時間の間、移動デバイスによって作動され、移動デバイスの運動エネルギーが、エネルギーハーベスタによって電気エネルギーに変換される。駆動ユニットの動作の間、移動デバイスは、運動エネルギーが供給されている限り、常に、ゼロ位置に戻される。移動デバイスの作動に依存して、エネルギーハーベスタは、エネルギーハーベスタのゼロ位置に対して移動デバイスによって動かされる。したがって、移動デバイスの大量の運動エネルギーが、スイッチデバイスに電気エネルギーを供給するために効果的に使用されることが確実にされる。スイッチデバイスは、複数のスイッチデバイスのネットワーク内のスイッチデバイスによって出されたコマンドに基づいて電力制御することができる。移動デバイスは、スイッチデバイスが少なくとも２つの異なるユーザコマンド、又は、ユーザ入力に基づいてユーザによって操作できるように、両振動方向に反して振動デバイスを戻す位置回復デバイスによって常にゼロ位置に戻される。

更なる有利な実施形態は、以下に規定される。

本発明は、添付図面を参照してほんの一例として実施形態に基づき以下に説明される。

図１は、本発明が適用され、並進方向及び作動軸周りの回転方向の両方向に作動可能であり、また、ノブの形で提供されるスイッチデバイスの概略図を示す。 図２は、本発明が適用され、駆動ユニット及び移動デバイスと相互に作用する作動デバイスの機構であって、本発明によるスイッチデバイスの複数の主要構成要素を提供する機構の概略図を示す。 図３は、スイッチデバイス内でエネルギーを生成する機構の第１の実施形態を示し、駆動ユニットが、移動デバイスを並進軸に沿って動かすために当該移動デバイスと相互に作用し、エネルギーは、当該移動デバイスに機械的に結合されるエネルギーハーベスタによって励起される。 図４は、スイッチデバイス内でエネルギーを生成する機構の第２の実施形態を示し、駆動ユニットが、移動デバイスを並進軸に沿って動かすために当該移動デバイスと相互に作用し、エネルギーは、移動デバイスに電気的に結合されるエネルギーハーベスタによって励起される。 図５は、スイッチデバイス内でエネルギーを生成する機構の第３の実施形態を示し、駆動ユニットが、移動デバイスを回転軸周りに動かすために当該移動デバイスと相互に作用し、エネルギーは、移動デバイスの回転軸に結合されるエネルギーハーベスタによって励起される。 図６は、スイッチデバイス内でエネルギーを生成する機構の第４の実施形態を示す。

本発明の様々な実施形態が、電気エネルギーに変換可能な運動エネルギーを供給するために移動デバイスと機械的に相互作用する駆動ユニットに基づき、以下に説明される。当然ながら、本発明は、更に進んだ形のエネルギー変換、又は、エネルギー変換の補助ステップに使用できる。図面に示される駆動ユニットと移動デバイスとの相互作用は、ユーザによって作動される作動デバイスの複数の様々なタイプの動作に適応可能であることは、当業者には自明である。

移動デバイスは、駆動ユニットとエネルギーハーベスタとの間に位置付けられても、又は、移動デバイスが更に、エネルギーハーベスタの構成要素を含んでもよい。当然ながら、他のアプリケーション及び他の測定パラメータへの使用も可能である。

図１は、本発明が適用され、並進方向及び作動軸周りの回転方向の両方向に作動可能であり、また、ノブの形で設けられるスイッチデバイスの概略平面図を示す。スイッチデバイスは、スイッチデバイス内でデバイス面１１の背後に配置される機械的阻止デバイス１２を具備する。作動デバイス２０ａは、作動デバイス２０ａが押圧され、Ｚ方向とは反対の方向に動かされると、機械的阻止デバイス１２と係合する。これは、機械的阻止デバイス１２の同様に構造化された外側形状に対応する作動デバイス２０ａの構造化された内側形状２２によって実現される。

図２は、作動軸２１の周りに支持され、作動軸に接続される作動デバイス２０ａの側部断面図を示す。作動デバイス２０ａは、スイッチデバイスの一構成要素として設けられ、ここでは、スイッチデバイスハウジングが、デバイス面１１と、幾つかの内壁１３、１４とによって示される。作動デバイス２０ａは、壁１３、１４のうちの少なくとも１つの壁内に支持されるシャフト２４を含む。作動デバイス２０ａは、作動軸２１の周りの回転方向と、並進方向とに作動される。並進方向は、そのＸＹ面によってスイッチデバイスの表面を画定し、Ｘ軸は左側に面し、Ｙ軸は図２における視線方向の反対を面している座標系のＺ軸と反対の方向に対応することが見て取れる。Ｚ軸は、垂直に上方向に面している。作動デバイス２０ａが（Ｚ軸に反対の方向に対応する）並進方向に作動されるときの作動デバイス２０ａの回転動作を阻止するために、スイッチデバイスは、スイッチデバイス内でデバイス面１１の背後に配置される機械的阻止デバイス１２を具備する。作動デバイス２０ａは、作動デバイス２０ａが押圧され、Ｚ方向とは反対の方向に動かされると、機械的阻止デバイス１２と係合する。機械的阻止デバイス１２は、スイッチデバイスの内壁の一部であってもよい。

より具体的には、作動デバイス２０ａは、駆動ユニット２０が確実に作動デバイス２０ａに結合されるようにするネジ山２５を更に含む。具体的には、ネジ山２５は、作動デバイス２０ａがその作動軸２１に沿って押圧されると、駆動ユニット２０が、Ｚ軸の周りを回転させられ、同時に、スイッチデバイスの主要部分（corpus）１１、１３、１４に対し適切な位置に保持されるように設けられる。駆動ユニット２０は、特に内壁１４及び部分２０の上方の壁によって、作動軸２１に沿ってＺ方向に動くことが阻止される。作動軸２１に沿った作動の間、作動デバイス２０ａは、主要部分、特に内壁１４における凹部１２と係合する。これは、機構１２、２２が、確実に、押圧作用に反応することによるボタンの回転を阻止する。作動デバイス２０ａと駆動ユニット２０との適切な結合を確実にするために、駆動ユニット２０にも内部ネジ山が設けられていてもよい。並進運動を回転に変換するために、シャフト２４及び駆動ユニット２０は別のタイプの形状であってもよい。シャフト２４上の溝内の駆動ユニット２０上のピン３１も可能である。作動デバイス２０ａは、押圧され、Ｚ方向と反対の方向に動かされている場合、特に強力バネの形で提供される弾性要素５０によってゼロ位置に戻される。当該弾性要素は、作動デバイス２０ａが、回転中に誤って押圧されることも防ぐ。弾性要素５０は、シャフト２４の周りに配置され、また、ネジ山２５と内壁のうちの１つ、特に壁１３との間に配置されるバネの形で設けられる。つまり、弾性要素５０は、作動デバイス２０ａを、並進方向に沿って、特に回転軸２１に沿って戻す位置回復装置を具備する。バネが確実に作動デバイス２０ａをスイッチデバイスの外に押し出さないために、阻止要素２３が、シャフト２４上に、壁１３の背後の位置に備えられる。作動デバイス２０ａを回転させると、特に例えば回転時にピンが駆動ユニット２０に係合する形の連動デバイス３１が設けられている場合に、駆動ユニット２０も同様に回転される。駆動ユニット２０を回転させると、移動デバイス１３１、２３１が動かされる。移動デバイス１３１、２３１の動作は、電気エネルギーを生成する。

図３は、凹部１２０ｂと凸部１２０ａとを有するギアホイールの形で提供される第１の実施形態による駆動ユニット１２０を示す。図３に１２０として示されるこのギアホイールは、図１にも駆動ユニット２０として示される。具体的には、８個の凸部１２０ａと、当該凸部１２０ａ間の８個の凹部１２０ｂとが提供される。８個の凸部を有する必要はなく、より多くの又は少ない凸部も可能である。ギアホイール１２０は、例えばユーザである力によって、また、特に図１にて見られるように駆動ユニット１２０と相互に作用する作動デバイスによって、特に両回転方向に回転軸１２１の周りを作動される。移動デバイス１３０は、駆動ユニット１２０に向かうＸ方向においてブロックから凹部１２０ｂのうちの１つの凹部内へと突出する突起１３１を有するブロックの形で提供される。移動デバイス１３０は、移動デバイス１３０が駆動ユニット１２０によって動かされる方向に面するＹ軸に対し、突起１３１がゼロ位置に休止するように配置される。十分な角度での駆動ユニット１２０の回転動作によって、移動デバイス１３０は、凸部１２０ａのうち少なくとも１つに係合する。回転動作が続くにつれて凸部１２０ａのうちの１つから係合が外れると、移動デバイス１３０は、凹部１２０ｂ内で動き、最終的にゼロ位置を取る。移動デバイス１３０を、特に駆動ユニット１２０の回転がない場合に、凹部１２０ｂのうちの１つの凹部内でそのゼロ位置に自動的に位置付けるために、位置回復デバイス１１０が提供される。位置回復デバイスは、有利には、移動デバイス１３０の両端に設けられた２つの位置回復デバイス１１０ａ、１１０ｂの形で実現される。位置回復デバイス１１０ａ、１１０ｂは、突起１３１にＹ方向における力が加えられていない場合に、移動デバイス１３０をゼロ位置に戻すために、移動デバイス１３０に引力を加えるように有利に構成される位置決めバネの形で設けられる。２つのバネが必ずしも有する必要はなく、ハウジング及び部分１３０に接続される１つのバネ１１０ａ又は１１０ｂが、部分１３０を静止位置に戻す機能を備えてもよい。

より具体的には、突起１３１及び凹部１２０ｂは、駆動ユニット１２０が回転された場合にのみ移動デバイス１３０が動くことができるようにデザインされる。或いは、突起１３１及び凹部１２０ｂは、駆動ユニット１２０が回転されていない場合でも、移動デバイス１３０の（少なくともある程度までの）動作が実現されるようにデザインされる。これは、移動デバイス１３０がある程度まで振動する一方で、突起は凹部１２０ｂのうちの１つの凹部に係合し、凹部１２０ｂのうちの１つの凹部内に留まるため、小さい角度の回転しかない場合でも、エネルギーが生成されるという利点を提供する。更に、移動デバイス１３０は、特に突起１３１が突出する移動デバイス１３０の面とは反対の移動デバイス１３０の側面上に、ラック部１３２を具備する。つまり、ラック部１３２は、Ｘ方向とは反対に面している面に設けられる。スイッチデバイス用のエネルギーを生成するために、生成器軸１４１の周りを回転する生成器デバイス１４０が設けられる。生成器デバイス１４０は、ラック部１３２と相互に作用する係合要素１４０ａを有する。有利には、係合要素１４０ａは、ギアホイールの形で備えられる。スイッチデバイス用のエネルギーは、力学的エネルギー、又は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換することによって生成される。この変換は、エネルギーハーベスタによって行われる。図３の実施形態では、エネルギーハーベスタは、発生器デバイス１４０、ラック部１３２及び両位置決めデバイス１１０ａ、１１０ｂから構成される。Ｚ軸周りの回転時の駆動ユニット１２０の位置をより正確に制御するために、（例えばバネ又は弾性部材１５１によって）力が加えられ、凹部１２０ｂに押し込められるホイール１５０が追加されてもよい。ホイールの位置は、ホイールをレバー１５２に接続することによって制御されるか、又は、線形誘導も可能である。ホイール１５０を追加することによって、構造化された内側形状２２の位置と、機械的阻止デバイス１２とが互いにより良好に位置合わせされる。ならし運転があまり必要でないため、同じ性能に対し必要なボリューム及びストロークが小さくなる。

別の選択肢として、移動デバイス１３０と生成器デバイス１４０との機械的結合は、代替結合によって実現されてもよい。当然ながら、ラック部１３２は、可能な電気機械的装置のうちの１つにしか過ぎない可能性は高い。

図４は、基本的に、図３に示される構造のような構造を有する第２の実施形態による駆動ユニットを示すが、エネルギーハーベスタに関して相違する。図４は、凹部２２０ｂと凸部２２０ａとを有するギアホイールの形で備えられる駆動ユニット２２０を示す。具体的には、８個の凸部２２０ａと、当該凸部２２０ａ間の８個の凹部２２０ｂとが備えられる。ギアホイール２２０は、力によって、例えばユーザによって、また、駆動ユニット２２０と相互に作用する作動デバイス（図示せず）によって、特に両回転方向に回転軸２２１の周りを作動される。移動デバイス２３０は、駆動ユニット２２０に向かうＸ方向に磁気ブロックから突出し、凹部２２０ｂのうちの１つの凹部に係合する突起２３１を有する磁気ブロックの形で設けられる。移動デバイス２３０は、移動デバイス２３０が駆動ユニット２２０によって動かされる方向に面するＹ軸に対し、突起２３１がゼロ位置にあるように配置される。移動デバイス２３０を、特に駆動ユニット２２０の回転がない場合に、このゼロ位置に自動的に位置付けるために、移動デバイス２３０の両端部に、２つの位置回復デバイス２１０ａ、２１０ｂが備えられる。位置回復デバイス２１０ａ、２１０ｂは、突起２３１にＹ方向における力が加えられていない場合に、移動デバイス２３０をゼロ位置に戻すために、移動デバイス２３０に引力を加えるように有利に構成される位置決めバネの形で備えられる。

より具体的には、突起２３１及び凹部２２０ｂは、駆動ユニット２２０が回転された場合にのみ移動デバイス２３０が移動可能であるようにデザインされる。或いは、突起２３１及び凹部２２０ｂは、駆動ユニット２２０が回転されていない場合でも、移動デバイス２３０の（少なくともある程度までの）動作が実現されるようにデザインされる。これは、移動デバイス２３０がある程度まで振動する一方で、突起は凹部２２０ｂのうちの１つの凹部に係合し、凹部２２０ｂのうちの１つの凹部内に留まるため、小さい角度の回転しかない場合でも、エネルギーが生成されるという利点を提供する。スイッチデバイス用のエネルギーを生成するために、移動デバイス２３０の生成器デバイス２４０に対する相対動作に基づいて電気エネルギーを生成する生成器デバイス２４０が提供される。スイッチデバイス用のエネルギーは、力学的エネルギー、又は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換することによって生成される。この変換は、エネルギーハーベスタによって行われる。具体的には、生成器デバイス２４０は、振動子デバイス２３０、特に振動子デバイス２３０の磁気部の周りに配置された例えばコイルである１つ以上の導電性構造体の形で備えられる。振動子デバイス２３０をコイル２４０に対して動かすことによって、コイル内に電流が誘導され、スイッチデバイス用の電気エネルギーが供給される。図４の実施形態によれば、エネルギーハーベスタは、発生器デバイス２４０、移動デバイス２３０自身及び両位置決めデバイス２１０ａ、２１０ｂから構成される。

図５は、凹部３２０ｂと凸部３２０ａとを有するある種のギアホイールの形で提供される、第３の実施形態による駆動ユニット３２０を示す。具体的には、例として、３つの凸部３２０ａと、当該凸部３２０ａ間の３つの凹部３２０ｂとが提供される。凸部３２０ａ自体が、駆動ユニット３２０の回転軸３２１から離れる半径方向に更に突出し、移動デバイス３３０に係合するために提供される凸要素３２２を有する。駆動ユニット３２０は、力によって、例えばユーザによって、また、特に駆動ユニット３２０と相互に作用する作動デバイス（図示せず）によって、特に両回転方向に回転軸３２１の周りを作動される。移動デバイス３３０は、移動デバイス３３０の回転軸３３２から半径方向に突出する複数の突起３３１を有するある種のホイールの形で提供される。図３及び図４に示される実施形態とは対照的に、突起３３１は、駆動ユニット３２０の凸部３２０ａの凸要素３２２とのみ係合する。つまり、駆動ユニット３２０の凹部３２０ｂのうちの１つが、移動デバイス３３０に面している場合は、駆動ユニット３２０と移動デバイス３３０は相互に作用せず、移動デバイス３３０は、駆動ユニット３２０とは独立して動くことができる。移動デバイス３３０は、移動デバイス３３０の回転軸３４１周り（Ｚ軸周り）の特定の回転角に対してゼロ位置に休止するように配置される。移動デバイス３３０を、特に駆動ユニット３２０の回転がない場合に、このゼロ位置に自動的に位置付けるために、単一の位置回復デバイス３１０が提供される。当該位置回復デバイスは、その回転軸３３２に対し左右対称である移動デバイス３３０の外縁に設けられる。

より具体的には、位置回復デバイス３１０は、突起３３１にＺ軸、又は、回転軸３３２の周りのねじり力がない場合に、移動デバイス３３０をゼロ位置に戻すために、移動デバイス３３０に引力を加えるように有利に構成される位置決めバネの形で備えられる。スイッチデバイス用のエネルギーを生成するために、共通の回転軸３４１による移動デバイス３３０の動きに基づいて電気エネルギーを生成する生成器デバイス３４０が設けられる。スイッチデバイス用のエネルギーは、運動エネルギーを電気エネルギーに変換することによって生成される。この変換は、エネルギーハーベスタによって行われる。エネルギーハーベスタは、ステッピングモータとして設けられてもよい。移動デバイス３３０が、駆動デバイス３２０によって動かされると、移動デバイス３３０に結合される位置決めデバイス３１０は、Ｙ方向及びＸ方向の両方向に動くように付勢される。したがって、位置決めデバイス３１０は、軸受３１０ａに配置され、当該軸受３１０ａの周りの位置決めデバイス３１０の回転を可能にする。具体的には、ゼロ位置では、駆動ユニット３２０の回転軸３２１、移動デバイスの回転軸３４１及び軸受点３１０ａは、１つの共通軸上に配置される、即ち、すべての軸受３２１、３４１、３１０ａは互いに一致している。

図６は、図４に示される装置に相当する装置を有するが、移動デバイス４３０は、例えば圧電棒である振動要素の形で提供される第４の実施形態による駆動ユニットを示す。移動デバイス４３０は、導線４４１が接触する固定具４４０に結合される。ここでは、参照符号４２０、４２０ａ、４２０ｂ及び４２１を有する部分は、図４における参照符号２２０、２２０ａ、２２０ｂ及び２２１を有する部分に対応する。

要約すると、本発明は、エネルギーハーベスティングスイッチデバイスと、当該スイッチデバイスを動作させるためのエネルギーの生成方法とに関し、スイッチデバイスは、ユーザによって操作可能な作動デバイスと相互に作用する駆動ユニットと、駆動ユニットによって動かされる移動デバイスと、コマンド又は他の操作用のエネルギーがスイッチデバイスに供給されるように、移動デバイスの動作に依存してスイッチデバイスにエネルギーを供給するエネルギーハーベスタとを具備する。移動デバイスは、エネルギーハーベスタによって電気エネルギーに変換される運動エネルギーを供給するために、運動エネルギーを有する限り、規定されたゼロ位置に関して繰り返し再配置される。エネルギー生成用のこのような電気機械デバイスは、電池又は任意の他の種類の電源を必要とすることなく、ワイヤレス操作を確実に可能にする。

本発明は、図面及び上記の記載において詳しく例示かつ説明されたが、当該例示及び説明は、例示であって限定と解釈されるべきではない。本発明は、開示された実施形態に限定されない。本開示を読むことにより、他の改良態様が当業者には明らかであろう。このような改良態様には、当技術分野では既に知られている他の特徴が含まれ、また、本明細書にて既に説明された特徴の代わりに又は当該特徴に加えて使用されてもよい。特に、他の可変エネルギー変換機構がスイッチデバイス内に提供されてもよく、また、移動デバイスの他の形状又は構成が小型かつ効率的なスイッチデバイスを提供する場合もある。

開示された実施形態に対する変更は、図面、開示内容及び添付の請求項の検討から、当業者によって理解かつ実現されよう。請求項において、「含む」との用語は、他の要素又はステップを排除するものではなく、また、「ａ」又は「ａｎ」との不定冠詞も、複数形を排除するものではない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されるからといって、これらの手段の組み合わせを有利に使用することができないことを示すものではない。

請求項における任意の参照符号は、範囲を限定しているものと解釈されるべきではない。

Claims (13)

1. ａ）外力によって操作可能であり、スイッチデバイスに備えられる作動デバイスと相互に作用する駆動ユニットと、
   ｂ）前記駆動ユニットによって動かされる移動デバイスと、
   ｃ）前記移動デバイスと結合されるエネルギーハーベスタと、
   ｄ）前記移動デバイスと結合される位置回復デバイスと、
   を含み、
   ｅ）前記移動デバイスは、規定されたゼロ位置に関して、前記位置回復デバイスによって再配置される、スイッチデバイス。
2. 前記作動デバイスは、作動軸の周りに両回転方向に操作可能であり、前記駆動ユニットは、同じ態様で前記移動デバイスに係合する、請求項１に記載のスイッチデバイス。
3. 前記作動デバイスは、前記作動デバイスの作動軸の周りで、かつ、前記作動軸に沿った並進方向に操作可能である、請求項１又は２に記載のスイッチデバイス。
4. 前記作動デバイスは、前記駆動ユニットを前記作動デバイスに接続するネジ山を具備する、請求項１乃至３の何れか一項に記載のスイッチデバイス。
5. 前記作動デバイスは、前記作動デバイスの作動軸に沿って延在し、前記スイッチデバイスの主要部分内に可動に配置されるシャフトを具備し、弾性要素が、前記作動デバイスと前記主要部分との間で、前記シャフトに備えられている、請求項１乃至４の何れか一項に記載のスイッチデバイス。
6. 前記作動デバイスは、前記スイッチデバイスの主要部分内に弾性的に配置され、阻止要素が、前記作動デバイスに備えられている、請求項１乃至５の何れか一項に記載のスイッチデバイス。
7. 作動を検出し、作動軸の周りの回転作動と前記作動軸に沿った作動とを区別するセンサを更に含む、請求項１乃至６の何れか一項に記載のスイッチデバイス。
8. 前記移動デバイスは、前記駆動ユニットの凹部に係合する少なくとも１つの突起を具備する、請求項１乃至７の何れか一項に記載のスイッチデバイス。
9. 前記移動デバイスに結合される前記位置回復デバイスは、１つ又は幾つかの機械的要素から構成される、請求項１乃至８の何れか一項に記載のスイッチデバイス。
10. 前記エネルギーハーベスタは、前記移動デバイスに配置される磁気ブロックと、少なくとも１つの導電性要素とから構成され、前記少なくとも１つの導電性要素に対して前記移動デバイスが動く、請求項１乃至９の何れか一項に記載のスイッチデバイス。
11. 前記移動デバイスは、前記駆動ユニットの回転軸に直交して延在する誘導装置内に支持され、前記エネルギーハーベスタは、前記移動デバイス上に備えられたラック部から構成される、請求項１乃至１０の何れか一項に記載のスイッチデバイス。
12. スイッチデバイス内に備えられた電気機械的装置による前記スイッチデバイスのワイヤレス操作のために、前記スイッチデバイスにエネルギーを供給する方法であって、
    ａ）ユーザによる前記スイッチデバイスの作動デバイスの操作に応答して、前記作動デバイスに機械的に相互作用する駆動ユニットを作動させるステップと、
    ｂ）前記駆動ユニットの作動に応答して、前記駆動ユニットに係合する移動デバイスを動かすステップと、
    ｃ）前記移動デバイスの動作に応答して、エネルギーハーベスタに対する前記移動デバイスの相対動作によって、前記スイッチデバイスのワイヤレス動作用のエネルギーを獲得するステップと、
    ｄ）位置回復デバイスによって、規定されたゼロ位置に関して前記移動デバイスを繰り返し再配置するステップと、
    を含む、方法。
13. 前記エネルギーハーベスタは、前記移動デバイスが動いている時間の間、前記移動デバイスによって作動され、前記移動デバイスの運動エネルギーは、前記エネルギーハーベスタによって電気エネルギーに変換される、請求項１２に記載の方法。

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