JP2022500695A - オーディオ処理のための機械的発電装置 - Google Patents

Abstract

オーディオ処理のための機械的発電装置（１００）である。機械モジュール（１１０）は、ユーザから回転を受け取るように構成されるインターフェース（１１２）と永久磁石（１１６，１１８）が設けられる円板形状のフライホイール回転子（１１４）と回転の速度を向上させるように構成される歯車部（１２０）とを有する。電子モジュール（１３０）は、フライホイール回転子に隣接して配置され、フライホイール回転子の回転中に電子モジュールの電力供給用に電気エネルギを生成するためのコイル（１３４，１３６）が設けられる円板形状の固定子（１３２）を有する。電子モジュールは、マイクロホン（１３８）で音声（１８０）を不揮発性メモリ（１４０）に記録し、スピーカ（１４２）で不揮発性メモリから音声（１８２）を再生するように構成される。設計されたハウジング（１５０）は、機械モジュール及び電子モジュールを収容して保護するように構成される。【選択図】図１

Description

様々な例示的な実施形態は、オーディオ処理のための機械的発電装置に関する。

米国特許出願公開第２０１０／００７７７９７号明細書は、電池、充電式電池、使い捨て電池、太陽電池、動的な電源（kinetic power）、又は熱エネルギを電力に変換する電源の少なくとも１つの電源を有し得る装飾的な記録モジュールを開示している。米国特許第９３９８７９０号明細書は、電池を使用するネックレスペンダント型の個人用記録システムを開示している。国際公開第２０１５／１２１５２４号は、個人向けの音声メッセージを有する宝飾品の構成要素を開示しており、電池が電子機器に電力を供給することを開示する。

しかしながら、このような従来技術は、発電装置の長寿命化に関係しない。発電装置が貴重な宝飾品で、貴金属製の可能性があり、音声を保存及び再生できるならば、１００年以上経っても長持ちして機能し続けることが望ましい。発電装置がユーザ認証装置であれば、全ての状況において確実に動作する必要がある。電池の使用は、そのような解決策を提供しない。米国特許出願公開第２０１０／００７７７９７号明細書は、動的な電源について言及しているが、実装の詳細は開示されていないため、その寿命や信頼性は証明されていない。

一態様によれば、請求項１に記載の発電装置が提供される。

次に、いくつかの例示的な実施形態を、添付の図面を参照しながら説明する。
装置の例示的な実施形態を示す模式図である。 図１に示す装置の宝飾品としての更なる例示的な実施形態を示す図である。 図１に示す装置の宝飾品としての更なる例示的な実施形態を示す図である。 図１に示す装置の宝飾品としての更なる例示的な実施形態を示す図である。 図１に示す装置の宝飾品としての更なる例示的な実施形態を示す図である。 図１に示す装置の宝飾品としての更なる例示的な実施形態を示す図である。 図１に示す装置の宝飾品としての更なる例示的な実施形態を示す図である。 図１に示す装置の宝飾品としての更なる例示的な実施形態を示す図である。 図１に示す装置のオルゴールとしての更なる例示的な実施形態を示す斜視図である。 図１に示す装置のオルゴールとしての更なる例示的な実施形態を示す斜視図である。 図１に示す装置のユーザ識別装置としての更なる例示的な実施形態を示す模式図である。

以下の実施形態は単なる例示に過ぎない。本明細書は、いくつかの場面で「ある」実施形態を参照し得るが、これは必ずしも、そのような各参照が同じ実施形態を指すこと、又はその特徴が単一の実施形態にのみ適用されることを意味するものではない。異なる実施形態の単一の特徴を組み合わせて、他の実施形態を提供することもできる。更に、「含む（comprising）」及び「有する(including)」という言葉は、これらの言葉が記載された実施形態が言及された特徴のみで構成されるように限定するものではなく、そのような実施形態は、特に言及されていない特徴／構造も含むことができると理解されるべきである。

例示された実施形態の説明及び特許請求の範囲の両方における参照番号は、これらの例のみに限定することなく、図面を参照して例示された実施形態を説明するのに役立つ。

以下の説明において、独立請求項の範囲に該当しない実施形態及び特徴が開示されたとしても、本発明の様々な実施形態を理解するのに有用な例として解釈される。

図１は、オーディオ処理のための機械的発電装置１００を示している。

例示的な実施形態では、発電装置１００は、宝飾品である。宝飾品１００は、例えば、ペンダント、ブレスレット、ネックレス、ブローチ、或いは女性又は男性が身につける小さな装飾品の他のタイプであってもよい。

例示的な実施形態では、発電装置１００は、オルゴールである。オルゴール１００は、楽曲の演奏が可能な機械式オルゴールの電子版であってもよい。

例示的な実施形態では、発電装置１００は、記念品である。記念品１００は、土産物、像、又は別の種類の記念品であってもよく、典型的には、例えば、壁又は天井から吊されて、或いはマントルピース（mantelpiece）、本棚、又は机の上などに置かれて、自宅又はオフィスで視界に入るように保管される。

例示的な実施形態では、発電装置１００は、ユーザ識別装置である。ユーザ識別装置１００は、コンピュータシステム、銀行システム、物理的アクセス制御システム、又は強力なユーザ識別及び認証を必要とする別のタイプのシステムに対するユーザの同一性を確認するために、ユーザ認証装置と相互作用してもよい。

図２〜図８も同時に参照しながら、宝飾品１００の更なる例示的な実施形態を説明する。

発電装置１００は、３つの主要な構造、すなわち、機械モジュール１１０、電子モジュール１３０、及び設計されたハウジング１５０を備える。

機械モジュール１１０は、ユーザから回転１６０を受け取るように構成されたインターフェース（interface）１１２を有する。図２に示されるように、インターフェース１１２は、（着脱可能な）巻き鍵２００を収容するように構成されてもよい。インターフェース１１２は、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、ユーザから回転１６０を受け取るオルゴール１００の回転ノブ９００、又は他の種類の手動操作可能な機構であってもよい。

機械モジュール１１０は、複数の永久磁石１１６，１１８が埋め込まれるともに、円板形状の固定子１３２に隣接して回転するように構成された円板形状のフライホイール回転子１１４を有する。

円板形状のフライホイール回転子１１４は、回転子とフライホイールとを統合した一体構造である。円板形状のフライホイール回転子１１４は、例えば、鋳造又は機械加工などによって製造されてもよい。永久磁石１１６，１１８は、固定、接着、及び／又は締まり嵌めによって、円板形状のフライホイール回転子１１４に埋め込まれてもよい。フライホイールの機能は、回転エネルギを効率的に蓄えることである。これは、フライホイールが、フライホイールの慣性モーメントにより回転速度の変化に抵抗することによって達成される。フライホイールの機能は、例えば、１分未満の適度な長さのオーディオトラックを記録し、後で生成された電気エネルギ１７０で再生することができるように構成される。従って、フライホイールは、例えば、１分間回転してもよい。フライホイール回転子１１４は、ワンウェイクラッチベアリング５０２を備えてもよい。

円板形状のフライホイール回転子１１４は、鋼製のフライホイールと比較してより多くの回転エネルギを蓄えるために、タングステン（ウォルフラム）などの高密度金属で構成されてもよい。

円板形状のフライホイール回転子１１４は、複数の永久磁石１１６，１１８を収容する複数の空洞部６００，６０２を有してもよい。このようにすれば、回転子−固定子構造の総厚さを最小限に抑えることができる。

機械モジュール１１０は、インターフェース１１２及び円板形状のフライホイール回転子１１４に接続されるとともに、回転１６０の速度を増加させるように構成された歯車部１２０を有する。ユーザは、例えば、毎分１０回転から１００回転の間のような比較的低い速度で回転１６０を提供することができる。しかし、歯車部１２０は、例えば、毎分５０００回転など、回転１６０の速度をかなり増加させてもよい。歯車部１２０を保護するために、トルクリミッタ／クラッチを使用してもよい。円板形状のフライホイール回転子１１４及び歯車部１２０は、フレーム５００に組み込まれてもよい。

電子モジュール１３０は、複数のコイル１３４，１３６が埋め込まれた円板形状の固定子１３２を有する。電子モジュール１３０は、円板形状のフライホイール回転子１１４の回転の間に電子モジュール１３０に電力を供給するための電気エネルギ１７０を生成するように、円板形状のフライホイール回転子１１４に隣接して配置されて構成される。

複数の永久磁石１１６，１１８が埋め込まれた円板形状のフライホイール回転子１１４及び複数のコイル１３４，１３６が埋め込まれた円板形状の固定子１３２は、電気エネルギ１７０を生成するために電磁誘導を採用する発電装置を実現している。

図３に示されるように、円板形状のフライホイール回転子１１４及び円板形状の固定子１３２は、互いに重なるように構成及び配置されてもよい。複数のコイル１３４，１３６は、円板形状の固定子１３２の外周に直列及び／又は並列に配置されてもよく、永久磁石１１６，１１８は、円板形状のフライホイール回転子１１４の外周に同様に配置されてもよい。永久磁石１１６，１１８は、隣接する永久磁石１１６，１１８が常に反対の極を隣に並べるように配置してもよい。すなわち、第１の磁石１１６は、そのＳ極を外周に向けるのに対して、第２の磁石１１８は、Ｎ極を外周に向けてもよい。

永久磁石１１６，１１８は、永久磁石１１６，１１８の大きさに対して磁力が高くなるように、ネオジム磁石であってもよい。

電子モジュール１３０は、マイクロホン１３８、不揮発性メモリ１４０、及びスピーカ１４２を有する。

マイクロホン１３８は、ＭＥＭＳタイプであってもよく、その出力タイプは、デジタル（ＰＤＭ）であり、オーディオアンプのステージを回避するためにメインＭＣＵに直接接続してもよい。

スピーカ１４２は、（人の音声の周波数に）帯域幅が制限されるように構成され、その音声出力が１０ｃｍ以上１５ｃｍ以下の距離の範囲で容易に聞こえるように設計されてもよい。これにより、ユーザは、宝飾品１００を耳付近に配置することにより音声１８２を聞くことができる。このように使用することで、電子モジュール１３０は、少量の電気エネルギ１７０で機能することができる。高効率のオーディオコーデック／ヘッドホンアンプは、例えば、Ｃｉｒｒｕｓ Ｌｏｇｉｃ社製ＣＳ４２Ｌ４などのヘッドホンアンプの効率を高めるための内蔵チャージポンプを必要としてもよい。スピーカ１４２は、高インピーダンス／高感度のスピーカであってもよく、或いは、ＰＵＩ Ａｕｄｉｏ社製ＡＲ０１５３２ＭＳ−ＳＣ１５−ＷＰ−Ｒなどの携帯電話で一般的に使用されるタイプの「ＩＨＦ」（一体型ハンズフリー）であってもよい。スピーカ１４２の機械的設計は、最適な音声出力を得るために、前部及び後部の空洞を有することができる。

例示的な実施形態では、電子モジュール１３０は、記録及び再生された音声が人の可聴範囲内にあり、人の声、動物の音、エンジンの音、自然の音、人工の音、及び音楽のいずれか１つ又は２つ以上を備えるように構成される。この例示的な実施形態は、上述したように宝飾品１００で動作してもよいが、オルゴール１００又は記念品１００で動作してもよい。

図９Ａ及び９Ｂは、設計されたハウジング１５０及び回転ノブ９００を備えたオルゴール１００を示している。オルゴール１００は、開閉可能な蓋９０２を備えてもよい。スピーカ１４２は、凹状の空洞部９０４又は空洞部９０６内に配置され、再生された音声を増幅してもよい。

例示的な実施形態では、電子モジュール１３０は、記録及び再生された音声が人の可聴範囲外にあり、外部のユーザ認証装置１０００に出力される変更された周波数範囲の人の声を備えるように構成される。すなわち、スピーカ１４２は、人の声の周波数及び人の可聴範囲の外側に帯域幅が制限されるように構成されてもよい。この例示的な実施形態は、図１０に示したユーザ識別装置１００で動作してもよい。ユーザの識別及び認証は、受信された音声を、記憶された音声と比較することに基づく。両者が一致する場合は認証が成功し、一致しない場合は認証が失敗する。この例示的な実施形態は、ユーザ識別装置１００の不正使用を防ぐために、不揮発性メモリ１４０の厳重な暗号化などのセキュリティ機能を必要としてもよい。

不揮発性メモリ１４０は、記録された音声１８０を記憶するための長期持続型メモリとして使用される。不揮発性メモリ１４０は、パワーサイクル（電源オフ及びオン）を繰り返した後でも、記録された音声１８０を取り出すことができる。ＡＤＰＣＭ（適応差分パルス符号変調）アルゴリズムを使用して音声１８０をエンコードする場合、６０秒の録音で４［ｂｉｔ］×６０［秒］×１６０００［Ｈｚ］（サンプルレート）＝３．８４［Ｍｂｉｔ］のメモリ容量を消費する。

電子モジュール１３０は、音声１８０をマイクロホン１３８で不揮発性メモリ１４０に記録し、不揮発性メモリ１４０からの音声１８２をスピーカ１４２で再生するように構成される。

なお、電子モジュール１３０は、構成される動作を実行するために、必要な配線、１つ又は複数のマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）、適応型オーディオアンプなどの他の部品を備えてもよい。ただし、１００年の製品寿命を有するために、電池又は見込まれる寿命が１００年未満の他の電子部品は備えていない。これは、電子モジュール１３０に電力を供給するための電気エネルギを、回転１６０の間のみ生成し、使用することによって達成される。このように、電気エネルギ１７０は、回転１６０の間にリアルタイムで使用され、後の使用のために貯蔵されない。当然のことながら、電子モジュール１３０の特性により、円板形状のフライホイール回転子１１４の回転が停止又は減速した後、電気エネルギ１７０を短時間使用することが可能である。

ハードウェアの起動は、以下のように実行されてもよい。電子モジュール１３０は、２つのＭＣＵを有してもよい。いわゆるブートＭＣＵは、内部フラッシュメモリを有しておらず、ＲＯＭブートローダーのみを有する。ブートローダーは、外部のＦＲＡＭ（登録商標）（強磁性ＲＡＭ）からコードをロードする。ＦＲＡＭには、ブートＭＣＵのファームウェアとメインＭＣＵのファームウェアとが記憶されている。ブートＭＣＵが起動すると、メインＭＣＵがリセットされ、ＳＷＤインターフェースを使用してメインＭＣＵＲＡＭへのファームウェアのアップロードが開始される。メインＭＣＵが起動し、ＦＲＡＭが使用される。メインＭＣＵの内部フラッシュは、データ保持時間が短いため、使用されない。電子モジュール１３０が十分な電力を検出している場合、電子モジュール１３０は、ユーザインターフェースモードに応じて、記録の開始、又は既存の音声記録の再生のいずれかを開始する。

電子モジュール１３０は、音声１８０が満足な結果で記録されると、当該結果が書き込み保護されるように、すなわち、更なる記録が不可能になるように構成されてもよいが、ユーザは、記録された音声１８２を無数の回数だけ再生することができる。

図８に示すように、円板形状の固定子１３２がプリント配線板１４４の側面に形成され、電子モジュール１３０の他の部品１３８，１４０，１４２がプリント配線板１４４の別の側面に固定されてもよい。それにより、回転子１１４と固定子１３２との間の距離は、最小化されてもよい。

設計されたハウジング１５０は、機械モジュール１１０及び電子モジュール１３０を収容して保護するように構成される。ハウジング１５０は、貴金属、又は宝石などを有してもよいが、適切な緩衝材、又はシールなどを使用することで、耐衝撃性、防水性及び防塵性があるように構成される。ハウジング１５０は、装飾品１００の美的及び装飾的な機能が満たされるという意味で（芸術家又は工業デザイナーによって）「設計」されてもよい。宝飾品１００は、洗練されたメカニズムが、例えば、愛する人による音声の記録と再生とを可能にするにもかかわらず、美しいデザインを保持する。設計されたハウジング１５０の内部構造が、標準的な機械モジュール１１０及び電子モジュール１３０を収容するように寸法を設定されて構成される限り、設計されたハウジング１５０の外観は無限に変化してもよい。図３に示すように、ハウジング１５０は、電子モジュール１３０を収容して保護するための内部構造３００を有してもよい。

要約すると、発電装置１００は、音声１８０を記録して記憶することが可能で、後で、不揮発性メモリ１４０から音声１８２を再生することが可能である。

例示的な実施形態では、歯車部１２０は、ユーザから回転１６０を受け取る間のみ動作し、その後、円板形状のフライホイール回転子１１４のみが回転するように構成される。歯車部１２０は、ノイズを引き起こす可能性があるため、音声を記録又は再生する前に歯車部１２０の動作を停止することが望ましい。電子モジュール１３０は、円板形状のフライホイール回転子１１４のみが回転する間に音声１８０の記録を開始するように構成されてもよい。電子モジュール１３０は、円板形状のフライホイール回転子１１４のみが回転する間に音声１８２の再生を開始するように構成されてもよい。これには、回転１６０が停止したことを気付かせる機構が実装されてもよい。

例示的な実施形態では、インターフェース１１２は発電装置１００の一側部にあり、マイクロホン１３８及びスピーカ１４２は発電装置１００の他の側部にある。これは、別個の機能、エネルギ生成、及び記録／再生が異なる側面にあるため、設計及び使用を簡易化することができる。

例示的な実施形態では、歯車部１２０は、設計されたハウジング１５０の透明ガラス１５２に取り付けられている。透明ガラス１５２は、ユーザによる歯車部１２０及び円板形状のフライホイール回転子１１４の観察を可能にする。このような観察は、審美的に満足するものであると同時に、機械モジュール１１０の適切な使用及び機能に関するフィードバックをユーザに与えるものである。

例示的な実施形態では、機械モジュール１１０は、空所１９０によって電子モジュール１３０から分離される。空所１９０は、寿命の期待値を増加させるために、機械と電子部品とを分離するのに役立つ。事実上、機械モジュール１１０から電子モジュール１３０へのガルバニック（galvanic）接続はないが、最高の発電効率のために、フライホイール回転子１１４から固定子１３２までの距離は、できるだけ小さくする必要がある。

技術の進歩に伴い、本発明の概念を様々な方法で実施できることは、当業者にとって明らかである。本発明及びその実施形態は、上述した例示的な実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で変更することができるものである。

Claims (14)

1. 機械モジュール（１１０）と、
   マイクロホン（１３８）、不揮発性メモリ（１４０）、及びスピーカ（１４２）を有し、前記マイクロホンから前記不揮発性メモリ（１４０）に音声を記録するとともに、前記不揮発性メモリ（１４０）から前記スピーカ（１４２）で音声を再生する電子モジュール（１３０）と、
   設計されたハウジング（１５０）と、
   を備える発電装置（１００）であって、
   前記機械モジュール（１１０）は、ユーザから回転（１６０）を受け取るように構成されたインターフェース（１１２）と、複数の永久磁石（１１６，１１８）が埋め込まれるとともに、円板形状の固定子（１３２）に隣接して回転するように構成される円板形状のフライホイール回転子（１１４）と、前記インターフェース（１１２）及び前記フライホイール回転子（１１４）に接続され、前記回転（１６０）の速度を向上させるように構成される歯車部（１２０）と、を有し、
   前記電子モジュール（１３０）は、前記円板形状の固定子（１３２）を有し、
   前記円板形状の固定子（１３２）は、複数のコイル（１３４，１３６）が埋め込まれるとともに、前記フライホイール回転子（１１４）に隣接して配置されて、前記フライホイール回転子（１１４）の回転の間に前記電子モジュール（１３０）の電力供給のための電気エネルギ（１７０）を生成するように構成され、
   前記ハウジング（１５０）は、前記機械モジュール（１１０）及び前記電子モジュール（１３０）を収容して保護するように構成される、
   発電装置。
2. 前記円板形状のフライホイール回転子（１１４）と前記円板形状の固定子（１３２）とは、互いに重なるように構成及び配置される、請求項１に記載の発電装置。
3. 前記円板形状のフライホイール回転子（１１４）は、回転子とフライホイールとを統合した一体構造である、請求項１又は２に記載の発電装置。
4. 前記円板形状のフライホイール回転子（１１４）は、タングステンなどの高密度金属で構成され、前記複数の永久磁石（１１６，１１８）を収容する複数の空洞部（６００，６０２）を有する、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発電装置。
5. 前記円板形状の固定子（１３２）は、プリント配線板（１４４）の側面に形成され、前記電子モジュール（１３０）の他の部品（１３８，１４０，１４２）は、前記プリント配線板（１４４）の別の側面に固定される、請求項１〜４のいずれか１つに記載の発電装置。
6. 前記歯車部（１２０）は、ユーザからの回転（１６０）を受け取る間のみ動作し、その後、前記円板形状のフライホイール回転子（１１４）のみが回転するように構成される、請求項１〜５のいずれか１つに記載の発電装置。
7. 前記電子モジュール（１３０）は、前記円板形状のフライホイール回転子（１１４）のみが回転する間に音声（１８０）の記録を開始するように構成される、請求項６に記載の発電装置。
8. 前記電子モジュール（１３０）は、前記円板形状のフライホイール回転子（１１４）のみが回転する間に音声（１８２）の再生を開始するように構成される、請求項６に記載の発電装置。
9. 前記インターフェース（１１２）は、前記発電装置（１００）の一側部にあり、マイクロホン（１３８）及びスピーカ（１４２）は、前記発電装置（１００）の他の側部にある、請求項１〜８のいずれか１つに記載の発電装置。
10. 前記歯車部（１２０）は、前記設計されたハウジング（１５０）の透明ガラス（１５２）に取り付けられ、前記透明ガラス（１５２）は、ユーザによる前記歯車部（１２０）及び前記円板形状のフライホイール回転子（１１４）の観察を可能にし、前記機械モジュール（１１０）は、空所（１９０）によって前記電子モジュール（１３０）から分離される、請求項１〜９のいずれか１つに記載の発電装置。
11. 前記発電装置（１００）は、宝飾品、オルゴール、又は記念品である、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の発電装置。
12. 前記電子モジュール１３０は、記録及び再生された音声が人の可聴範囲内にあり、人の声、動物の音、エンジンの音、自然の音、人工の音、及び音楽のいずれか１つ又は２つ以上を備えるように構成される、請求項１１に記載の発電装置。
13. 前記発電装置（１００）は、ユーザ識別装置である、請求項１〜１０のいずれか１つに記載の発電装置。
14. 前記電子モジュール（１３０）は、記録及び再生された音声が人の可聴範囲外にあり、外部のユーザ認証装置（１０００）に出力される変更された周波数範囲の人の声を備えるように構成される、請求項１３に記載の発電装置。

Images