JP2018534904A - 電気エネルギー生成に圧電発電機を使用する装置 - Google Patents
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Abstract
Description
−前記発電機に加えられる機械的な力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合させた圧電発電機47、
−前記ばねが付勢したときに発電機47に機械的な力を加えるアクチュエータ(作動装置)の役割を果たすばね46、
−カム面を備えた回転カム40、
−カム面のローラ42従動子、
−従動ローラに連結されたレバー43はレバーアームに取り付けられ、カム40が回転してカム面によりローラ42に機械的な力が加えられると、ばね45と協働してばね45を付勢する。
−前記発電機に加えられる機械的な力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合させた第1圧電発電機、
−前記第1アクチュエータが作動しているときに前記第1発電機に機械的な力を加えるよう適合させた第1アクチュエータ、
−カム面を備えた第1回転カム、
−カム面の第1従動手段、
−第1レバーがレバーアームに取り付けられ、第1カムが回転しカム面により第1従動手段に機械的な力が加わったときに第1アクチュエータと協働して作動する、第1従動手段に接続された第1レバー。
−少なくとも以下を含む第2発電機アセンブリを備えている。
・前記第2発電機に加えられる機械的な力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合された第2圧電発電機、
・前記第2アクチュエータが作動しているときに第2発電機に機械的な力を加えるよう適合させた第2アクチュエータ、
・カム面を備えた第2回転カム、
・カム面の第2従動手段、
・第2レバーがレバーアームに取り付けられ、第2カムが回転しカム面により第2従動手段に機械的な力が加わったときに作動するよう第2アクチュエータと協働する、第2従動手段に接続された第2レバー、
−回転ホイール(ホイール)が動力源により回転し、その回転ホイールは、第1カムおよび第2カムに連結され、ある回転速度での前記回転ホイールの回転により前記回転ホイールの回転速度よりも大きな別の回転速度での前記カムの回転を引き起こすようになる。
−本装置には、それぞれに以下が含まれる整数N≧2基の発電機アセンブリ(EGi)を搭載することができる。−前記発電機に加えられる機械力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合させた少なくとも1基の圧電発電機、−前記アクチュエータが作動したときに前記発電機に機械力を加えるよう適合させたアクチュエータ、−カム面を備えた回転カム、−前記カム面の従動手段、−従動手段に連結したレバーで、そのレバーがレバーアームに取り付けられ、アクチュエータと協働しながら、カムが回転してカム面により前記従動手段に機械力が加わったときに作動する。回転ホイールがN個のカムに連結され、ある回転速度での前記回転ホイールにより、N個のカムが前記回転ホイールの回転速度よりも大きな別の回転速度で回転するようになる。
−N個のカムは、有利なことに回転ホイールの回転軸に対して角度的にずれており、この角度偏差は2p/Nである。
−各発電機アセンブリは、有利なことにカム面を有する回転カムにつながっており、各発電機アセンブリには、以下が搭載されている。− 以下を含む第1サブアセンブリ(部分組立体):圧電発電機、アクチュエータ、カム面付き従動手段、レバー。− 以下を含む第2サブアセンブリ:別の圧電発電機、別のアクチュエータ、別のカム面付き従動手段、別のレバー。第1サブアセンブリおよび第2サブアセンブリは、カム回転軸に対して対称的に配置される。
−カム面は、有利なことにカムの回転軸に対して対称的になっており、第1サブアセンブリのカム従動手段および第2サブアセンブリのカム従動手段が類似した同期運動を行うようになる。
−各圧電発電機は、有利なことに、軸方向に積み重ねられた圧電セラミックと電極とがそれぞれ交互に形成された2つの圧電橋という形態であり、2つの圧電橋脚は同軸で互いに対向して配置されている。
−アクチュエータは、有利なことに、圧電支柱の各々がレバーにより作動したときにその圧電支柱の各々に同時に作用するように構成されたジョー(顎部)の形態である。
−有利なことに、本装置には、それぞれに以下が含まれる整数N≧2基の発電機アセンブリ(EGi)を搭載している。−前記発電機に加えられる機械力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合させた少なくとも1基の圧電発電機、−前記アクチュエータが作動したときに前記発電機に機械力を加えるよう適合させたアクチュエータ、−カム面を備えた回転カム、−カム面の従動手段、−従動手段に連結したレバーで、そのレバーがレバーアームに取り付けられ、アクチュエータと協働しながら、カムが回転してカム面により前記従動手段に機械力が加わったときに作動する。M個のカムは共通の回転軸上に平行に取り付けられ、回転ホイールはこの共通回転軸と係合しており、前記共通回転軸の回転により、前記M個のカムの同時回転を引き起こすようになる。
−有利なことに、M個のカムが同一のカム面を備え、そのカム面は、窪みと突起の規則的な交互配置により構成されている。そしてM個のカムは共通回転軸上で角度的にずれており、この角度偏差は2p/(M.B)である。ここでBは前記カムの各カム面上に存在する突起の数である。
−代替実施形態では、M個のカムが同じカム面を備え、そのカム面は、窪みと突起の規則的な交互配置により構成されている。そして各発電機アセンブリのカム面の従動手段は共通の回転軸上で角度的にずれており、この角度偏差は2p/(MB)である。ここでBは前記カムそれぞれのカム面上に存在する突起の数である。
−従動手段には、有利なことに以下が含まれている。−つながっているレバー上で機械力を加えるよう適合させたロッドで、それに応じてそのレバーにより対応するアクチュエータが作動する、−ロッドと連動しカム面上で転がるように取り付けられるローラで、そのローラは、カムが回転し前記カム面が前記ローラに機械力を及ぼすように配置され、前記レバー上で前記ロッドにより加えられた機械力が増大する。
−前記アクチュエータが作動しているときに発電機に機械的な力を加えるよう適合させたアクチュエータ、
−カム面を備えた回転カム、
−カム面の従動手段、
−レバーがレバーアームに取り付けられ、カムが回転しカム面により前記従動手段に機械的な力が加わったときに作動するようアクチュエータと協働する、従動手段に接続された第1レバー、
−前記アクチュエータが作動しているときに発電機に機械的な力を加えるよう適合させたアクチュエータを取り付ける。
−カム面を備えた回転カムを取り付ける。
−カム面の従動手段を取り付ける。
−レバーアーム上にレバーを装着する。
−レバーを従動手段に接続し、前記レバーによりアクチュエータが作動できこの作動に応じて前記アクチュエータにより発電機に機械力が加わるよう前記レバーを前記アクチュエータと協働させる。
−カム面が従動手段に機械的な力を及ぼし、レバーによりアクチュエータが作動するようカムを回転駆動させる。
−制御高電圧スイッチ9、好ましくはサイリスタ、
−電圧整流ブリッジ10、
−支柱自体により設置される容量素子であり、支柱Pとの接続によりLC型の共振回路を構成するインダクタ11、
−並列に接続されているコンデンサまたは平滑コンデンサ12。
−貯蔵装置13により、この電気エネルギーを、送電網上で使用するために調整する前に保存できるようになる。この貯蔵装置13は、例えば、バッテリまたは超コンデンサの一群からなる。回路8は、それぞれP11−P12およびP21−P22である各支柱対に共通とすることができ、その前記一対の支柱のそれぞれに同時に接続できる。そうして、連続バスは、貯蔵装置13のそれぞれからパルスを収集する役割を果たすことができる。
実際には、WCa = WCb = WR x ZR/ZC、ここで:
ZR = ホイールRの歯数
ZC =歯車Ea、Ebの歯数
ただしZR > ZC
M=シャフトACiと連動するCi1〜CiMカムの数に対応する2以上の整数(例えば、2から20の間の整数)。
B= 前記カムCi1−CiMのそれぞれのカム面上に存在する突起の数。
−発電機アセンブリの数および/またはそれらの設計および/または寸法は、装置に望まれるエネルギー効率に応じて変化し得る。
−SCカム面は正弦波形状を有していてもよいが、突起の頂部と窪みの底部は平坦であり、この形状により、支柱Pの両端で蓄積された負荷の抽出を最適化できる。
−発電機アセンブリEGには、カムCと係合する単一のサブアセンブリSEG1またはSEG2を備えることができる。
−逆に、発電機アセンブリEGには、カムCの周囲に均等に分配された2つ以上のサブアセンブリを含めることができる(例えば、2p/Xだけ離したサブアセンブリの数X、ここでXは2より大きい整数、特に2から20の間)。すべての従動子手段に同時に加わらないよう力を分配できる構成を考えることもできる。一定の時間の間、従動子の一部は突起に移動し、その他は窪みに移動する。そうするためには、カムには、突起の数が従動手段の数よりも大きくなるように選択された好ましくは2に等しい整数のパラメータであるaX+1個の突起を含めるのが好ましい。このような数の突起では、従動手段によりカム上に及ぼされる接線力が、結果として生じる全体的な接線力の減少を補償する。しかしながら、異なる突起数を想定することもできる。例えば従動手段の数の倍数に等しい突起数を想定することができ、この特定の場合には、結果として従動手段の接線力の和に等しい力が得られる。
−発電機アセンブリEGには、カムCの周囲に奇数個の等間隔のサブアセンブリを含めることができる。
−発電機アセンブリEG、Ega、EGb、EG1を、回転ホイールR(図7〜図10)の外周の外側またはこの外周内に配置することができる。
−各圧電発電機G1、G2は、単一の圧電支柱、または逆に数が例えば3から40の間にある数個のその他の圧電支柱を含めることができる。
−セラミック2および電極3は、正方形断面、長方形、楕円形等であってもよい。これらの部材2、3は、整列を確実にするため軸方向に穿孔するのと類似したその他の配置とすることもできる。
−各支柱P11、P12、P21、P22には、それ自体のアクチュエータにより応力を加えることができる。
−アクチュエータA1、A2は必ずしもジョーで構成される必要はなく、他の形態、特に図1に概略的に示すばね46と同様のばねの形態としてもよい。
−レバーL1、L2の第1端部L11、L21は圧電支柱に直接作用することができ、アクチュエータとしての役割を果たすことができる。
−ローラGL12、GL22が従動手段を構成してもよく、その場合、このローラはカム面SC上を転がしながら直接取り付けることができる。そのような構成は、図1に概略的に示すものに相当する。
−カム面SCの突起ならびに従動手段MS1、MS2を、レバーL1、L2と接触することなく作動するよう磁石で置き換えてもよい。
−カムCの回転は、回転ホイールRの使用を省くことで、外部電源により直接実現することができ、そのような構成は、図1に概略的に示すものに相当する。
−チェーンまたはベルトは、回転ホイールRとカムCa、Cbとの間で噛み合うことができる。
Claims (13)
- 以下を含む少なくとも第1発電機アセンブリ(EGa)を備えた電気エネルギーを生成するための装置:
−前記第1発電機に加えられる機械力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合させた少なくとも1基の第1圧電発電機(Ga)、
−前記第1アクチュエータ(Aa)が作動しているときに前記第1発電機(Ga)に機械力を加えるよう適合させた第1アクチュエータ(Aa)、
−カム面(Sca)を備えた第1回転カム(Ca)、
−カム面(SCa)の第1従動手段(MSa)、
−第1レバーがレバーアームに取り付けられ、第1カム(Ca)が回転しカム面(SCa)により第1従動手段に機械力が加わっているときに作動するよう第1アクチュエータ(Aa)と協働している、第1従動手段(MSa)に接続された第1レバー(La)。
本装置は、少なくとも以下を含む第2発電機アセンブリ(EGb)を備えているという事実により特徴付けられる。
−前記第2発電機に加えられる機械力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合させた少なくとも1基の第2圧電発電機(Gb)、
−前記第2アクチュエータが作動しているときに前記第2発電機に機械的な力を加えるよう適合させた第2アクチュエータ、
−カム面(SCb)を備えた第2回転カム(Cb)、
−カム面(SCb)の第2従動手段(MSb)、
−第2レバーがレバーアームに取り付けられ、第2カム(Cb)が回転しカム面(SCb)により第2従動手段(MSb)に機械的な力が加わったときに作動するよう第2アクチュエータと協働する、第2従動手段(MSb)に接続された第2レバー(Lb)、
および回転ホイール(R)は第1カム(Ca)と第2カム(Cb)に連結された動力源により回転し、それによりある回転速度(WR)での前記回転ホイールの回転によい、前記回転ホイールの回転速度よりも大きな別の回転速度(WCa、WCb)で前記カムの回転を生じさせるという事実による。 - 請求項1に記載の装置で、N≧2という整数値の数の発電機アセンブリ(EGi)を搭載し、それぞれ以下を含む。
−前記発電機に加えられる機械力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合させた少なくとも1基の圧電発電機、
−前記アクチュエータが作動しているときに発電機に機械的な力を加えるよう適合させたアクチュエータ、
−カム面を備えた回転カム、
−カム面の従動手段、
−レバーがレバーアームに取り付けられ、カムが回転しカム面により前記従動手段に機械的な力が加わったときに作動するようアクチュエータと協働する、従動手段に接続されたレバー、
そしてその場合ホイール(R)はN個のカムに連結され、それによりある回転速度での前記回転ホイールの回転が、前記回転ホイールの回転速度よりも大きな別の回転速度でN個のカムの回転を引き起こす。 - N個のカムは、回転ホイール(R)の回転軸(AR)に対して角度的にずれており、この角度偏差が2p/Nである、請求項2に記載の装置。
- 以下のようなものである、前記請求項のうちのいずれかに記載の装置、
−各発電機アセンブリ(EG)は、カム面(SC)を有する回転カム(C)につながっており、各前記発電機アセンブリは、以下を含む。
・以下を含む第1サブアセンブリ(SEG1):圧電発電機(G1)、アクチュエータ(A1)、カム面(SC)の従動手段(MS1)およびレバーL1、
・以下を含む第1サブアセンブリ(SEG2):圧電発電機(G2)、アクチュエータ(A2)、カム面(SC)の従動手段(MS2)およびレバー(L2)、
−第1サブアセンブリ(SEG1)と第2サブアセンブリ(SEG2)は、カム(C)の回転軸(AC)に対して対称的に配置される。 - カム面(SC)が、カム(C)の回転軸線(AC)に対して対称であり、第1サブアセンブリ(SEG1)のカム従動手段と第2サブアセンブリ(SEG2)のカム従動手段(MS2)が類似の同期した運動を行うようになる、請求項4に記載の装置。
- 各圧電発電機(G1、G2)は、それぞれ軸方向に積み重ねられた圧電セラミック(2)と電極(3)の交互配置により形成された2つの圧電支柱(P11−P12、P21−P22)の形態となり、その2つの圧電支柱(P11−P12、P21−P22)はは互いに同軸であり、対向して配置されている前記請求項のいずれかに記載の装置。
- アクチュエータ(A1、A2)が、レバー(L1、L2)により作動しているときの圧電支柱(P11−P12、P21−P22)のそれぞれに同時に作用するように構成されたジョーの形態である、請求項6に記載の装置。
- M≧2という整数値の個数の発電機アセンブリ(EGi1−EGiM)を備え、それぞれ以下を含む、前記請求項のいずれかに記載の装置。
−前記発電機に加えられる機械力に応じて電気エネルギーを生成するよう適合させた少なくとも1基の圧電発電機、
−前記アクチュエータが作動しているときに発電機に機械的な力を加えるよう適合させたアクチュエータ、
−カム面を備えた回転カム(Ci1−CiM)、
−カム面の従動手段、
−レバーがレバーアームに取り付けられ、カムが回転しカム面により前記従動手段に機械的な力が加わったときに作動するようアクチュエータと協働する、従動手段に接続されたレバー、
その中で、M個のカム(Ci1−CiM)が共通軸(ACI)上に平行に取り付けられ、この回転ホイールはこの共通の回転軸と係合し、前記共通回転軸の回転により前記M個のカムの同時回転を引き起こすようになる。 - 以下のようなものである、請求項8に記載の装置:
−M個のカム(Ci1〜CiM)は同一のカム面を備え、そのカム面は、窪みと突起の規則的な交互配置で構成されている。
−M個のカム(Ci1−CiM)が共通回転軸上で角度がずれており、この角度偏差は2p/(M.B)である、ここでBは前記カムのぞれぞれのカム面上にある突起の数に相当する。 - 以下のようなものである、請求項8に記載の装置:
−M個のカム(Ci1〜CiM)は同一のカム面を備え、そのカム面は、窪みと突起の規則的な交互配置で構成されている。
−各発電機アセンブリ(EGi1−EGiM)のカム面の従動手段は共通の回転軸(ACi)上で角度的にずれており、この角度偏差は2p/(MB)である。ここでBは存在する前記カムのそれぞれのカム面上に存在する突起の数に相当する。 - 従動手段(MS1、MS2)に以下が含まれる、前記請求項のうちのいずれかに記載の装置。
−接続されているレバー(L1、L2)に機械力を加えるよう適合させたロッド(MT1、MT2)で、そのレバーがそれに応じて対応するアクチュエータ(A1、A2)を作動させるもの、
−ロッド(MT1、MT2)と連動するローラ(MG1、MG2)はカム面(SC)を転がりながら取り付けられ、カム(C)が回転し前記カム面により前記ローラに機械力を及ぼすとき前記ロッドにより前記レバー(L1、L2)に加えられた機械力が増大するよう前記ローラが配置される。 - 電気エネルギーを生成するよう圧電発電機(Ga、Gb)に機械力を加える装置であって、その装置には以下を含む。
−前記アクチュエータが作動しているときに発電機(Ga、Gb)に機械的な力を加えるよう適合させたアクチュエータ(Aa、Ab)、
−カム面(SCa、SCb)を備えた回転カム(Ca、Cb)、
−カム面(SCa、SCb)の従動手段(MSa、MSb)、
−レバー(La、Lb)がレバーアーム(MSa、MSb)に取り付けられ、カム(Ca、Cb)が回転しカム面(SCa、SCb)により前記従動手段(MSa、MSb)に機械的な力が加わったときに作動するようアクチュエータと協働する、従動手段(MSa、MSb)に接続されたレバー(La、Lb)、
−回転ホイール(R)が動力源により回転し、その回転ホイールはカム(Ca、Cb)に連結され、ある回転速度での前記回転ホイールの回転により前記回転ホイールの回転速度よりも大きな別の回転速度での前記カムの回転を引き起こすようになるという事実により特徴付けられる。 - 電気エネルギーを生成するため圧電発電機(Ga、Gb)に機械的な力を加える手順であって、その手順には、以下で構成される段階を含む。
−前記アクチュエータが作動しているときに発電機(Ga、Gb)に機械的な力を加えるよう適合させたアクチュエータ(Aa、Ab)を取り付ける、
−カム面(SCa、SCb)を備えた回転カム(Ca、Cb)を取り付ける、
−カム面(SCa、SCb)の従動手段(MSa、MSb)を取り付ける、
−レバーアーム上にレバー(La、Lb)を装着する。
−レバー(La、Lb)を従動手段(MSa、MSb)に接続し、前記レバーによりアクチュエータ(Aa、Ab)が作動できこの作動に応じて前記アクチュエータにより発電機に機械力が加わるよう前記レバーを前記アクチュエータと協働させる。
−カム面(SCa、SCb)が従動手段(MSa、MSb)に機械的な力を及ぼし、レバー(La、Lb)によりアクチュエータ(Aa、Ab)が作動するようカム(Ca、Cb)を回転駆動させる。
この手順には、カム(Ca、Cb)を回転ホイール(R)に連結する段階が含まれており、ある回転速度での前記回転ホイールの回転によりその回転ホイールの回転速度よりも大きな別の回転速度で前記カムを回転させるようになるという事実により特徴付けられる。
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