JP2023058450A - シューソールのためのシステム、システムを動作させるための方法、シューソール、およびシューズ - Google Patents

Abstract

【課題】電気エネルギーを発生させるための少なくとも１つの圧電素子を有するシューソールのためのシステムを提供すること。【解決手段】１つの実施形態では、シューソールのためのシステムは、（ａ．）少なくとも１つのピエゾ素子の機械的な変形が生じるときに電気信号を作り出すように適合される少なくとも１つのピエゾ素子と、（ｂ．）少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部および少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部であって、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部および少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部は、電気信号から取得される電気エネルギーを貯蔵するように適合される、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部および少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部と、（ｃ．）少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部と少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部との間のある量の電気エネルギーの転送を選択的に制御するように適合される少なくとも１つのコンバータユニットとを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電気エネルギーを発生させるための少なくとも１つの圧電素子を有するシューソールのためのシステムに関する。

スポーツは、日常生活に不可欠なものである。たとえば、人々は、フィットネスを改善するために、および、ストレスを低減させるためにランニングを行う。この目的のために、たとえば、ステップの数、走行距離、歩調、ペース、および速度など、アスリートのデータを取得するために、さまざまなデジタルアプローチが知られている。この観点から、トレーニングの間にまたはその後に、好ましくは、人またはスポーツアパレル（たとえば、シューズ）の上の一体化されたセンサー（たとえば、ＧＰＳセンサーおよび／またはモーションセンサーなど）を使用することによって、人の運動能力をモニタリングするための多くのシステムが存在している。練習の間にまたはその後に、測定されたパラメータは、次いで、モニタリングデバイス（たとえば、スマートフォンなど）に転送され得る。そのうえ、スポーツアパレルまたはスポーツ用品（たとえば、スポーツシューズなど）は、他の電子デバイス（たとえば、照明、アクチュエーターの給電、温度調整、安全機能、および、特性の適合など）を含むことも可能である。

これらのセンサーおよび電子デバイスは、典型的に、バッテリーのようなエネルギー供給源を必要とする。エネルギー供給源が空になり、交換する必要がある場合、重要なデータが失われる可能性があり、または、それぞれのデバイスがもはや機能しない。

他のセンサーまたは電子デバイスの１つの例は、運動実施の間に電気エネルギーを発生させるかまたは採取するための圧電素子を含み、この電気エネルギーは、次いで、それぞれのセンサーおよび全体的なシステムを動作させるために貯蔵または使用され得る。

本出願人は、欧州特許出願公開第３２３５３９５Ａ１号明細書において、少なくとも１つのモジュールを有するシューソールのためのシステムを開示し、モジュールは、少なくとも１つの圧電素子を含み、少なくとも１つの圧電素子は、少なくとも１つのピエゾ素子の機械的な変形が生じるときに電気信号を作り出すように適合される。電気信号は、シューソールの少なくとも１つのモーションパラメータを導出するための信号として使用されるように適合される。システムは、少なくとも第１のエネルギー貯蔵部および第２のエネルギー貯蔵部をさらに含み、少なくとも第１および第２のエネルギー貯蔵部は、電気信号から取得される電気エネルギーを貯蔵するように適合されており、第２のエネルギー貯蔵部は、第１のエネルギー貯蔵部が第１のエネルギー閾値に到達した後にのみロードされる。

さらなる先行技術は、米国特許出願公開第２０１３／００２８３６８Ａ１号明細書、米国特許出願公開第２０１４／００８８９１７Ａ１号明細書、および、Ishidaらによる「Insole Pedometer With Piezoelectric Energy Harvester and 2V Organic Circuits」に開示されている。

しかし、先行技術の共通の不利益は、公知のシステムがシューズの特定の機械的な変形に対応する予め記憶された入力電圧に依存するということである。たとえば、異なる表面の上を異なる速度で走っている異なる体重の２人のアスリートは、圧電素子に対して異なる入力電圧を発生させることとなり、システムがもはや機能しないかまたは効率的には機能しない可能性がある。

したがって、本発明の根底にある目的は、先行技術の前記不利益を克服し、電気エネルギーを採取するための圧電素子を有する改善されたシューソールを提供することである。

欧州特許出願公開第３２３５３９５Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１３／００２８３６８Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１４／００８８９１７Ａ１号明細書

Ishidaらによる「Insole Pedometer With Piezoelectric Energy Harvester and 2V Organic Circuits」

この目的は、独立請求項の教示によって達成される。有利な実施形態は、従属請求項の中に含有される。

１つの実施形態では、シューソールのためのシステムは、（ａ．）少なくとも１つのピエゾ素子の機械的な変形が生じるときに電気信号を作り出すように適合される少なくとも１つのピエゾ素子と、（ｂ．）少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部および少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部であって、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部および少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部は、電気信号から取得される電気エネルギーを貯蔵するように適合される、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部および少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部と、（ｃ．）少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部と少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部との間のある量の電気エネルギー（an amount of electrical energy）の転送を選択的に制御するように適合される少なくとも１つのコンバータユニットとを含む。

先行技術のシステムは、シューソールの中の圧電素子の特定の入力電圧に限定されているのに対し、本発明は、電力変換の効果を使用する少なくとも１つのコンバータユニットを提供することによって、改善されたアプローチに従う。このプロセスは、１つの形態から別の形態への電気エネルギーの変換（または、転換）（たとえば、電圧の変化など）を含む。この目的のために、少なくとも１つのコンバータユニットは、第１のエネルギー貯蔵部に印加される電圧の変化（たとえば、静電容量）を選択的に制御することを可能にし、ピエゾ素子の機械的な変形から発生される異なる量の電気エネルギーが、第２のエネルギー貯蔵部に転送され得る。このように、改善されたシステムが提供され得、それは、ピエゾ素子からの異なる入力電圧、および、そのコンポーネント（たとえば、センサーまたは電子デバイスなど）によって消費されるエネルギーの量に適合できる。したがって、システム全体は、電圧の適合された転送によって、より効率的に動作することが可能である。

本出願において使用されるような「電圧」、「エネルギー」、「電力」、「電荷」、および「電流」という用語は、電気回路における静電容量、電気エネルギー、および電力に関する公知の式：Ｃ＝Ｑ／Ｖ（ここで、Ｃは、静電容量であり、Ｑは、電荷であり、Ｖは、電圧である）；Ｗ＝０．５＊Ｃ＊Ｖ^２（ここで、Ｗは、電気エネルギーであり、Ｃは、静電容量であり、Ｖは、電圧である）；および、Ｐ＝Ｖ＊Ｉ（ここで、Ｐは、電力であり、Ｖは、電圧であり、Ｉは、電流である）によって結び付けられ得るということが留意されるべきである。

そのうえ、本出願において使用されるような「ピエゾ（ｐｉｅｚｏ）」および「圧電（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ）」という用語は、相互交換可能であり得る。「電気の（ｅｌｅｃｔｒｉｃ）」および「電気的な（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ）」という用語に関しても同様である。そのうえ、少なくとも１つのコンバータユニットによるある量の電気エネルギーの転送の制御は、特定の周期性を有するある種の規則的な（または、計算可能な）パターンに従う選択的な方式になっているということが留意されるべきである。人間による少なくとも１つのコンバータユニットの簡単な（不規則な）スイッチングオンおよびオフは、本発明による選択的な制御を指すものであってはならない。

少なくとも１つのコンバータユニットは、スイッチング周波数に少なくとも部分的に基づいて、ある量の電気エネルギーの転送を選択的に制御するように適合され得る。スイッチング周波数は、少なくとも１つのコンバータユニットの充電状態と放電状態との間のスイッチに対応することが可能である。このように、特定のスイッチング周波数を有するコンバータユニットの充電状態と放電状態との間の振動は使用することは、転送されることとなる電荷の量（ひいては、電気エネルギーの量）を精密に制御することを可能にするので、コンバータユニットによる選択的な制御が最適化され得るということを本発明者は見出した。たとえば、より高いスイッチング周波数では、充電状態がより頻繁に起こるので、より多くの電荷が、同じ量の時間で転送され得る。

スイッチング周波数は、少なくとも１つのピエゾ素子の電気信号、および／または、システムによって使用される全体的な電力に少なくとも部分的に基づくことが可能である。この実施形態は、２つのエネルギー貯蔵部の間での電気エネルギーの転送のより良好な制御をさらに可能にする。したがって、異なる入力電圧と、システムに必要とされる電力との間のより良好な適応性が提供され得る。１つの例において、２つのコンデンサが第１および第２のエネルギー貯蔵部として使用される場合には、それぞれのコンデンサの容量は、以下の通りであることが可能である：第１のコンデンサは、１５μＦから３０μＦの範囲にある容量を有することが可能であり、第２のコンデンサは、１００μＦから１５０μＦの範囲にある容量を有することが可能であり、その結果、動作しているシステムのパーツに対して必要とされる最適化された電気エネルギーの量が決定され得る。

システムは、スイッチング周波数を計算するように適合される制御ユニットをさらに含むことが可能である。たとえば、制御ユニットは、ピエゾ素子によって発生される入力電圧、および、システムによって使用される電力に応じて、最適なスイッチング周波数を計算または決定することを可能にし得るシステムの一部である、マイクロコントローラ、プログラマブルロジック、もしくは集積回路、または、別の適切な電気コンポーネントであることが可能である。代替的に、遠隔伝送のための他のコントローラが使用され得（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（ＢＴＬＥ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ Ｓｍａｒｔ、ＩｒＤＡ、近距離無線通信（ＮＦＣ）、セルラーネットワーク、ＺｉｇＢｅｅ、Ｗｉｆｉ、または、適切な規格を使用する他のコントローラ）、および、ピエゾ素子によって発生される入力電圧、ならびに、システムによって使用される電力に応じて、最適なスイッチング周波数を計算することを可能にすることができる。

充電状態は、２０ｎｓから１８０ｎｓの範囲にある、好ましくは、５０ｎｓから１５０ｎｓの範囲にある、より好ましくは、８０ｎｓから１２０ｎｓの範囲にある、最も好ましくは、約１００ｎｓまたは２００ｎｓから４００ｎｓの範囲にある、好ましくは、２５０ｎｓから３５０ｎｓの範囲にある、より好ましくは、２７５ｎｓから３２５ｎｓの範囲または２２５ｎｓから２７５ｎｓの範囲にある、最も好ましくは、約３００ｎｓの持続期間を有することが可能である。そのような持続期間は、少なくとも１つのコンバータユニットの充電状態の間に充電時間のパルス持続期間として認識され得る。スイッチング周波数（これらのパルスの数に対応する）とともに、転送されることとなる電気エネルギーの合計量が決定され得る。持続期間に関するこれらの数は、充電状態の間に転送されることとなる十分な量の電気エネルギーと、システム全体の信頼性の高い動作との間の合理的な妥協点を提供するということが見出された。この文脈および以下においても、「約」という用語は、本発明の技術分野における典型的な測定公差を指す。

少なくとも１つのコンバータユニットは、アクティブモードおよび非アクティブモードを有することが可能であり、アクティブモードと非アクティブモードとの間の移行は、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部において測定される電気エネルギーのための下側閾値および／または上側閾値に少なくとも部分的に基づくことが可能であり、少なくとも１つのコンバータユニットの選択的な制御は、アクティブモードにおいてのみ提供され得る。このように、コンバータユニットの不必要なエネルギー消費が回避され得る。それは、エネルギー貯蔵部の中の十分な電気エネルギーレベルが提供されるときにのみ、コンバータユニットがその選択的な制御を開始させることができ、ピエゾ素子によって提供される過剰なエネルギーが転送および貯蔵され得ることを可能にする。

少なくとも１つのコンバータユニットは、フライバックコンバータであることが可能であり、フライバックコンバータは、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部と接続される一次変圧器側と、少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部と接続される二次変圧器側とを有する。電気エネルギーは、充電状態において、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部から少なくとも１つのコンバータユニットへ転送され得、電気エネルギーは、放電状態において少なくとも１つのコンバータユニットから少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部へ転送される。

フライバックコンバータは、入力と任意の出力との間のガルバニック絶縁を伴って、直流電流（ＤＣ）変換（すなわち、ＤＣ／ＤＣ変換）のための変圧器として使用され得る。この目的のために、電圧の変換または変化は、安全で信頼性の高い様式で提供され得る。そのうえ、この電気コンポーネントは、上述のスイッチング周波数およびその計算に容易に適合され得る。たとえば、フライバックコンバータが充電状態にあるときに、電気エネルギーは、充電状態の持続期間の間に、第１のエネルギー貯蔵部（たとえば、入力コンデンサ）から一次変圧器側へロードされる。フライバックコンバータが放電状態に切り替わるとすぐに、電気エネルギーは、一次変圧器側からフライバックコンバータの二次変圧器側に、したがって、第２のエネルギー貯蔵部（たとえば、出力コンデンサ）へ転送される。

少なくとも１つのコンバータユニットは、充電状態と放電状態との間で少なくとも１つのコンバータユニットを切り替えるように適合される金属酸化膜半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチを含むことが可能である。このコンポーネントは、以下の特定の利点を提供することが可能である：より低い電圧において動作する間により高い効率を得るということ；ゲート電流の欠如は、高い入力インピーダンスが高いスイッチング周波数を作り出すことを結果として生じさせるということ；および、それは、より低い電力において動作し、電流（または電荷）を引き込まないということ。

システムは、電力管理ユニットをさらに含むことが可能であり、電力管理ユニットは、充電状態と放電状態との間で少なくとも１つのコンバータユニットを切り替えるための制御信号を発生させるように適合される。そのようなコンポーネントは、コンバータユニットのスイッチングをさらに制御するように、信頼性の高い様式で、上述の制御ユニットを制御または指示することが可能である。

システムは、少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部をさらに含むことが可能であり、少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部は、電気信号から取得される電気エネルギーを貯蔵することと、少なくとも１つのピエゾ素子からの電気信号が電気エネルギーのピエゾ閾値を下回るときに、少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部に電気エネルギーを提供することとを行うように適合される。

第３のエネルギー貯蔵部の容量は、第１および第２のエネルギー貯蔵部の容量よりも大きいことが可能であり、その結果、アスリートが少しの間休止しなければならないとき、または、活動の後にでも、データがシステムから外部およびリモートデバイス（たとえば、スマートフォン、スマートウォッチ、タブレットコンピューター、パーソナルコンピューター、または、別のデバイスなど）へ転送され得る。これは有利である。その理由は、システムを準備するために必要とされる時間が、その間に電気エネルギーが他のあまり必要でない態様（たとえば、リモートデバイスへのデータ伝送、および、ＬＥＤの動作など）のために使用されるというリスクを負わずに、第１のエネルギー貯蔵部を使用することによって低減され得るということが保証され得るからである。したがって、（たとえば、少なくとも１つのピエゾ素子からの電気信号が電気エネルギーのピエゾ閾値を下回るときに）別個に制御可能なエネルギー貯蔵部を有することがより良好である。第３のコンデンサのタイプは、スーパーキャパシター、薄膜リチウムバッテリー、または、それに類するものであることが可能である。第３のエネルギー貯蔵部の中の漏洩電流は、数時間／数日にわたって電荷を維持するために、可能な限り小さくなっているべきである。たとえば、これは、第１および第２の貯蔵部（たとえば、コンデンサ）の適切な選択によって実現され得る。たとえば、いくつかのコンデンサは、他のコンデンサよりも低い漏洩を有することが可能である。１つの例において、第３のエネルギー貯蔵部は、製造プロセスの間に工場において充電されてもよい。しかし、代替的にまたは追加的に、使用の間に充電されてもよい。１つの例において、第３のエネルギー貯蔵部は、第２のエネルギー貯蔵部が閾値電圧に到達した後にのみロードされる。

システムは、少なくとも１つの調整器ユニット、好ましくは、接合型電界効果トランジスター（ＪＦＥＴ）調整器をさらに含むことが可能であり、少なくとも１つの調整器ユニットは、電気エネルギーの調整閾値に少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つの調整器ユニットの調整モードと非調整モードとの間で切り替わるように適合される。そのうえ、調整モードは、少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部が１．０Ｖから４．０Ｖの間の、好ましくは、１．５Ｖから３．５Ｖの間の、より好ましくは、２．０Ｖから３．０Ｖの間、または、２．０Ｖから５．５Ｖの間、あるいは、３．０Ｖから４．２Ｖの間の調整された電圧範囲に留まることを引き起こすことが可能であり、その結果、電気エネルギーが少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部の中に蓄積し、および／または、好ましくは、制御ユニットおよび電力管理ユニットがこの調整された電圧範囲において動作する。このように、全体的なシステムのためのより良好なエネルギー供給、および、コンバータユニットの改善された制御は、調整されたモードによって提供され得る。そのうえ、示されている数値は、このモードを最適化することを見出されている。とりわけ、ＪＦＥＴは、有用である可能性がある。その理由は、それが高い入力インピーダンスを有しており、小さいサイズのエリアで製作され、電気回路の中でより少ないノイズを有しており、低い電力消費を有しており、負の抵抗の温度係数を有しており、その結果、より高い温度安定性が提供され得るからである。そのうえ、ＪＦＥＴは、空のエネルギー貯蔵部からの、または、完全なシャットダウンからのシステムの起動に役立つことも可能である。その理由は、電力管理ユニットが電圧を有していないので、第２のエネルギー貯蔵部がＪ－ＦＥＴによって充電され得、また、電力管理ユニットがオンになると、Ｊ－ＦＥＴは遮断され得、その結果、より効率的なコンバータユニットが第１のエネルギー貯蔵部から第２のエネルギー貯蔵部へエネルギーを引き継いで転送することができるからである。

システムは、電気エネルギーの調整閾値を測定するように適合される少なくとも１つのコンパレータユニットをさらに含むことが可能である。このように、上述の調整モードのより安定した動作が、このさらなるコンポーネントによって提供され得る。

そのうえ、システムは、電気信号を変換するように適合される少なくとも１つの整流ユニットをさらに含むことが可能である。圧電素子からの電気的な（電流）信号は、異なる機械的な変形に起因する交流電流（ＡＣ）である（たとえば、機械的な歪みが、圧電素子の上に働かされて解放される）。整流ユニットは、ＡＣ電流を、エネルギー貯蔵部にさらに提供されることとなるＤＣ電流に変換することが可能である。結果的に、整流ユニットは、異なる機械的な変形に対する圧電素子からの電流（ひいては、電気エネルギー）をより良好に使用することを可能にする。

システムは、以下のコンポーネント：信号処理ユニット、第１のコンパレータユニット、第２のコンパレータユニット、第１のスイッチングユニット、第２のスイッチングユニット、第３のスイッチングユニット、またはバッテリーユニットのうちの少なくとも１つをさらに含むことが可能である。そのうえ、システムは、以下の配置のうちの少なくとも１つを含むことが可能である：少なくとも１つのピエゾ素子が、信号処理ユニットに接続される；少なくとも１つの整流ユニットが、少なくとも１つのピエゾ素子と少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部との間に接続される；少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部が、少なくとも１つの調整器ユニット、少なくとも１つのコンバータユニット、または電力管理ユニットのうちの少なくとも１つに接続される；少なくとも１つの調整器ユニットが、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部と少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部との間に接続されており、第１のコンパレータユニットに接続される；少なくとも１つのコンバータユニットが、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部、少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部、または電力管理ユニットのうちの少なくとも１つに接続される；少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部が、少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部、第１のコンパレータユニット、または第２のコンパレータユニットのうちの少なくとも１つに接続されており、好ましくは、第１のスイッチングユニットによって少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部に接続される；第１のコンパレータユニットが、第１のスイッチングユニットと接続される；少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部が、バッテリーユニット、制御ユニット、および電力管理ユニットのうちの少なくとも１つに接続されており、好ましくは、第２のスイッチングユニットによってバッテリーユニットに接続されており、好ましくは、第３のスイッチングユニットによって制御ユニットに接続される；制御ユニットが、電力管理ユニットに接続される；および、電力管理ユニットが、信号処理ユニット、第２のスイッチングユニット、または第３のスイッチングユニットのうちの少なくとも１つに接続される。すべてのこれらの実施形態は、本発明による全体的なシステムのエネルギー貯蔵部および消費の最適化を行うという思想に従う。

システムは、シューズのインソール、ミッドソール、またはアウトソールのキャビティーの中へ一体化され得る。ここで、システムの１つまたは複数のパーツは、アスリートの使用、状況、またはスポーツ（たとえば、トレイルランニングまたはサッカーをプレーすること）のうちの１つまたは複数に応じて、シューズまたはシューソールの異なるパーツの中に一体化され得、その結果、システムの信頼性の高い動作が取得され得る。たとえば、ランニングシューズは、より厚いミッドソールを有しており、その結果、システムを一体化するためにより多くのスペースが存在するようになっており、一方では、サッカーシューズは、ミッドソールを有しておらず、その結果、システム（または、その一部）がインソールおよび／またはアウトソールの中へ一体化されなければならない。

少なくとも２つのピエゾ素子が、シューソールのヒールエリアおよび／またはフォアフットエリアの中に配置され得る。シューズおよびシューソールのそれぞれの使用の間に、より多くの機械的な変形（たとえば、シューソールへの（垂直方向の）圧力、または、シューソールの曲げなど）を伴うシューソールのいくつかのパーツが存在する可能性がある。たとえば、ヒールエリアおよび／またはフォアフットエリアは、ミッドフットエリアよりも高い圧力を受ける可能性がある。そのうえ、フォアフットエリアは、シューソールの他のエリアよりも高い曲げを受ける可能性がある。このように、より高い圧力またはより高い曲げを伴うエリアは、特定の活動に依存する可能性があり、たとえば、着用者が長いスプリントを必要とするサッカーをしているか、または、迅速な横方向の移動を必要とするバスケットボールをしているかが、違いを生じさせる可能性がある。したがって、シューソールの特定のエリアの中に複数のピエゾ素子を設置することによって、および、これらの態様を考慮することによって、全体的なシステムのエネルギー効率の改善が取得され得る。

本発明の別の態様は、本発明によるシステムの上述の実施形態のうちの１つを含むシューソールに関する。本発明のさらに別の態様は、このシューソールを含むシューズ、とりわけ、スポーツシューズに関する。システムに関して述べられているものと同じ利点が、ここでも適用される。

本発明のさらに別の態様は、上記に述べられているようなシステムを動作させるための方法に関し、方法は、（ａ．）少なくとも１つのピエゾ素子の機械的な変形が生じるときに電気信号を発生させるステップと；（ｂ．）少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部と少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部との間のある量の電気エネルギーの転送を選択的に制御するステップとを含む。選択的に制御するステップは、スイッチング周波数を使用することによって、充電状態と放電状態との間で少なくとも１つのコンバータユニットを切り替えるステップを含むことが可能であり、電気エネルギーは、充電状態において少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部から少なくとも１つのコンバータユニットへ転送され、電気エネルギーは、放電状態において少なくとも１つのコンバータユニットから少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部へ転送される。方法は、スイッチング周波数を計算するステップをさらに含むことが可能である。方法は、アクティブモードと非アクティブモードとの間で、および／または、調整モードと非調整モードとの間で、システムを切り替えるステップをさらに含むことが可能である。ここで、システムに関して述べられているものと同じ利点が、同様に適用される。

以下では、本発明の例示的な実施形態が、図を参照して説明されている。

本発明によるシューソールのためのシステムの例示的な概略ダイアグラムである。 本発明によるシューソールのためのシステムの中のコンバータユニットの回路を示す図である。 本発明によるシューソールのためのシステムの中のコンバータユニットの動作を示す図である。

以下では、本発明のいくつかの実施形態が、少なくとも１つの圧電素子および他の電子的なコンポーネント（たとえば、エネルギー貯蔵部および少なくとも１つのコンバータユニットなど）を含むシューソールのためのシステムを特に参照して、詳細に説明されている。しかし、本発明の概念は、シューアッパーのように、シューズの他のパーツにも同一にまたは同様に適用され、圧電素子の機械的な変形から電気エネルギーを発生させて貯蔵することが可能である。そのうえ、この概念は、圧電体のための十分な機械的な変形を伴う任意のスポーツ用具または機能的なスポーツウェア（たとえば、ボール（たとえば、サッカー、ラグビー、アメリカンフットボール、バスケットボール、野球などのためのもの）など、もしくは、たとえば、シャツ、衣服、ソックス、下着など）に、または、スポーツ用具（たとえば、テニスラケット、ゴルフクラブ、野球バット、バドミントンラケット、クリケットバット、アイスホッケースティック、ホッケースティック、アイススケーティングブレード、ソリ用アタッチメント、ジャンプアタッチメント、ホイール付きのアタッチメント、スプリング付きのアタッチメント、フィン状のアタッチメント、ホバリングを可能にするアタッチメント、飛行（flying）、スカッシュラケット、卓球バット、ボクシンググローブ、スキー、スノーボード、およびカイトなど）にもまた、同一にまたは同様に適用され得る。

これらの例示的な実施形態は、いくつかの方式で修正され、適合可能なときはいつでも互いに組み合わせられ得るということ、および、特定の機能は、それらが不要と思われる限り省略され得るということが理解されよう。

本出願において使用されているような「電圧」、「エネルギー」、「電力」、「電荷、」および「電流」という用語は、電気回路における静電容量、電気エネルギー、および電力に関する公知の式：Ｃ＝Ｑ／Ｖ（ここで、Ｃは、静電容量であり、Ｑは、電荷であり、Ｖは、電圧である）；Ｗ＝０．５＊Ｃ＊Ｖ^２（ここで、Ｗは、電気エネルギーであり、Ｃは、静電容量であり、Ｖは、電圧である）；および、Ｐ＝Ｖ＊Ｉ（ここで、Ｐは、電力であり、Ｖは、電圧であり、Ｉは、電流である）によって接続され得るということが留意されるべきである。

そのうえ、本出願において使用されているような「ピエゾ」および「圧電」という用語は、相互交換可能であり得る。「電気の」および「電気的な」という用語に関しても同様である。

図１は、本発明によるピエゾ素子１０５（たとえば、ピエゾ発電機）を含むシューソールのためのシステム１００の例示的な概略ダイアグラムを示している。以下では、システム１００の動作が、より詳細に説明されることとなる。

はじめに、システム１００は、電荷／電流／電圧が空になっており、電気エネルギーは貯蔵されておらず、電気エネルギーを必要とするユニット（または、電気コンポーネント）は、ＯＦＦに設定されている。

前述されたように、ピエゾ素子１０５（たとえば、ピエゾ発電機）は、機械的な変形の結果として電気信号または電流を生成させる。また、機械的な歪みから電流を生成させることができる他のタイプの素子も、本発明を現実化するために使用され得るということが留意される。

ピエゾ素子１０５において生成される電流（または、入力電圧）についての情報は、信号処理ユニット１０７によって取得され、後に電力管理ユニット１１０（たとえば、制御ロジック）に提供され得る。

次いで、ピエゾ素子１０５からの電流は、整流器ユニット１１２に搬送され、整流器ユニット１１２は、ピエゾ素子１０５の交流電流（ＡＣ）信号を直流電流（ＤＣ）信号に変換する。

そのうえ、さまざまなセンサーがシステム１００に関連して使用され得るということが指摘される。たとえば、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、圧力センサー、および位置センサーのうちの任意の１つまたは組み合わせが、システム１００とともに使用され得る。１つの例において、これらのセンサーは、電力管理ユニット１１０によって制御され得、電力管理ユニット１１０は、システム１００の残りの部分を制御するように適合されており、センサーは、本明細書で説明されているように、それらを動作させるために必要とされる電気エネルギーをエネルギー貯蔵部から取得することが可能である。したがって、１つまたは複数のセンサー（たとえば、加速度計、ジャイロスコープ、磁力計、および／または位置センサー）を有する自立型システム１００は（生成された電気エネルギーは、システム１００を動作させるためのセンサー信号およびエネルギーの両方として使用される）、他のタイプの素子（たとえば、コイルの中で移動するように構成された永久磁化を伴う本体部を含む電磁タイプのもの（移動は、素子に圧力を働かせることによって生成される））によっても現実化され得る。

第１のエネルギー貯蔵部１１５（たとえば、第１のコンデンサ）が、電気信号によって最初にロードされ、第１のコンデンサの中の対応する電圧が上昇することとなり（Ｖ＝Ｑ／Ｃ）、ここで、Ｃは、静電容量であり、Ｑは、電荷であり、Ｖは、電圧である。

次いで、電流が、調整器ユニット１２０を通過する。調整器ユニット１２０は、好ましくは、接合型電界効果トランジスター（ＪＦＥＴ）調整器である。動作の始まりにおいて、調整器ユニット１２０は、非調整モードになっており、その結果、電流が第２のエネルギー貯蔵部１２５（たとえば、第２のコンデンサ）の中へ直接的に流れる。

第２のエネルギー貯蔵部１２５の中の電圧が、特定の電圧レベルを超えるときに、第１のコンパレータユニット１３０は、第１のスイッチングユニット１３５を制御し、その結果、電流が第３のエネルギー貯蔵部１４０（たとえば、第３のコンデンサ）の中へ搬送される。同時に、電力管理ユニット１１０は給電され、ＯＮに設定される。

第１のコンパレータユニット１３０の電圧レベル検出方法は、抵抗器ブリッジによって使用され得、抵抗器ブリッジは、ロードスイッチコンポーネントと直列になっており、ロードスイッチコンポーネントは、コンデンサに接続される。直接的な電圧測定方法も使用され得る。

第１のエネルギー貯蔵部１１５、第２のエネルギー貯蔵部１２５、および第３のエネルギー貯蔵部１４０は、コンデンサ、スーパーキャパシター、薄膜リチウムバッテリー、または、他のタイプの適切なエネルギー貯蔵部（たとえば、任意のバッテリー）であることが可能である。当然のことながら、これらのタイプのいずれかのさまざまな組み合わせが使用され得る。たとえば、第１のエネルギー貯蔵部１１５は、コンデンサであることが可能であり、第２のエネルギー貯蔵部１２５は、薄膜リチウムバッテリーであることが可能である。このように、それぞれのタイプのエネルギー貯蔵部の異なる特性および利点が、最適に使用され得る。例として、第１のタイプのエネルギー貯蔵部は、迅速に充電することが可能であるが、より長い時間期間にわたって、貯蔵されたエネルギーを保持することができない。別のエネルギー貯蔵部は、充電するのにより長い時間を必要とする可能性があるが、より長い時間期間にわたってエネルギーを貯蔵することができる可能性がある。

第２のエネルギー貯蔵部１２５の中の電圧が、第２のコンパレータユニット１４７によって測定される電気エネルギーの調整閾値を超える場合、調整器ユニット１２０は、調整モードに切り替わり、その結果、第２のエネルギー貯蔵部１２５および／または第３のエネルギー貯蔵部１４０が、１．０Ｖから４．０Ｖの間の、好ましくは、１．５Ｖから３．５Ｖの間の、より好ましくは、２．０Ｖから３．０Ｖの間の調整された電圧範囲の中に留まることができる。この調整された電圧範囲において、第１のエネルギー貯蔵部１１５の中の電圧は上昇し得、電気エネルギーが蓄積することが可能であり（Ｗ＝０．５＊Ｃ＊Ｖ^２）、ここで、Ｗは、電気エネルギーであり、Ｃは、静電容量であり、Ｖは、電圧である。

第１のエネルギー貯蔵部１１５の中の電圧が上側コンバータ閾値を超えるとすぐに、コンバータユニット１５０（たとえば、後に説明されることとなるようなフライバックコンバータ）は、非アクティブモードからアクティブモードに入り、第１のエネルギー貯蔵部１１５と第２のエネルギー貯蔵部１２５との間のある量の電気エネルギーの転送を選択的に制御することとなる。

アクティブモードにおいて、コンバータユニット１２０は、上記に説明されているように、電力変換によって第１のエネルギー貯蔵部１１５から第２のエネルギー貯蔵部１２５へ電荷（または、電気エネルギー）を転送する。このように、協定（convention）にしたがって第１のエネルギー貯蔵部１１５と第２のエネルギー貯蔵部１２５との間を選択的に制御することが取得され得る。

この電気エネルギーの転送は、（図２Ａおよび図２Ｂに関して後に説明されることとなるように）コンバータユニット１２０が充電状態と放電状態との間で切り替わることを引き起こす特定の（スイッチング）周波数で行われる。このコンバータユニット１５０のスイッチングは、転送されることとなる電荷の量（ひいては、電気エネルギーの量）が選択的に制御され得るように適合され得る。より高いスイッチング周波数において、アクティブモードの間に同じ量の時間で、より多くの電荷が転送され得る。その理由は、充電状態がより頻繁に起こる可能性があるからである。

コンバータユニット１５０のアクティブモードまたは非アクティブモードは、ピエゾ素子１１０からの第１のエネルギー貯蔵部１２５の入力電圧に基づく（すなわち、上側コンバータ閾値および下側コンバータ閾値）。１つの例において、電力管理ユニット１１０は、第１のエネルギー貯蔵部１２５の中の電圧レベルを２００ｍｓごとにチェックすることが可能である。特定の特性に応じて、たとえば、５０ｍｓごと、１００ｍｓごと、３００ｍｓごと、または５００ｍｓごとなどのような、電圧レベルをチェックするための他の時間間隔も適用可能である可能性がある。

アクティブモードにあるときに、電力管理ユニット１１０は、制御（スイッチング）信号を発生させ、それをコンバータユニット１５０に送る。この制御（スイッチング）信号は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチ（図示せず）を使用することによって、コンバータユニットの充電状態および放電状態を管理する。他のＦＥＴベースのスイッチも考えることができる。

コンバータユニット１５０（たとえば、フライバックコンバータ）が充電状態にある（たとえば、ＭＯＳＦＥＴスイッチが導通している）ときに、電気エネルギーが、第１のエネルギー貯蔵部１１５からフライバックコンバータ１５０の一次変圧器側にロードされる。充電状態の持続期間は、（たとえば、２０ｎｓから１８０ｎｓの範囲において、好ましくは、５０ｎｓから１５０ｎｓの範囲において、より好ましくは、８０ｎｓから１２０ｎｓの範囲において、最も好ましくは、約１００ｎｓまたは２００ｎｓから４００ｎｓの範囲において、好ましくは、２５０ｎｓから３５０ｎｓの範囲において、より好ましくは、２７５ｎｓから３２５ｎｓの範囲または２２５ｎｓから２７５ｎｓの範囲において、最も好ましくは、約３００ｎｓにおいて）電力管理ユニット１１０において定義され得る。

コンバータユニット１５０が放電状態に切り替わるとすぐに（たとえば、ＭＯＳＦＥＴスイッチが導通していない）、電気エネルギーは、一次変圧器側からコンバータユニット１５０の二次変圧器側の中へ転送され、次いで、第２のエネルギー貯蔵部１２５に転送される。これらの充電－放電－スイッチは、コンバータユニット１５０がアクティブモードである間に定期的にスケジューリングされ得、本出願による選択的な制御に委ねられ得る。このスケジューリングの周波数は、上述のスイッチング周波数であり、上記に説明されているように、電力管理ユニット１１０によって適合され得る。

電荷（または、電気エネルギー）がコンバータユニット１５０の一次変圧器側の中へ移動するとき、第１のエネルギー貯蔵部１１５の中の電圧が降下することとなる。第１のエネルギー貯蔵部１１５の中の電圧が下側コンバータ閾値を下回るとすぐに、コンバータユニット１５０は、非アクティブモードに入ることとなり、電力管理ユニット１１０は、上述の制御信号スイッチングを停止させることが可能である。

アクティブモードになっているコンバータユニット１５０の持続期間が測定され得、スイッチング周波数を調節するために使用され得、最適なスイッチング周波数は、ピエゾ素子１１０の中に生成される電荷、および／または、システム１００によって使用される全体的な電力に依存する可能性があるということが指摘される。このように、最適なスイッチング周波数は、制御ユニット１５５（たとえば、マイクロコントローラ）の中の計算、および／または、電力管理ユニット１１０の中の計算によって決定されるかのいずれかであることが可能である。一旦決定されると、このスイッチング周波数は、コンバータユニット１５０の充電状態および放電状態を切り替えるために、電力管理ユニット１１０の中で使用され得る。したがって、コンバータユニット１５０は、最適なモードで動作することが可能である。

電力管理ユニット１１０は、特定の電圧レベルが十分になると、第２のスイッチングユニット１６０および／または第３のスイッチングユニット１７０がスイッチオンすること、スーパーキャパシター貯蔵部１６５および／または制御ユニット１５５が立ち上がることのうちの少なくとも１つを引き起こすことが可能である。

ピエゾ素子１１０からの電気信号が少な過ぎるかまたは停止される場合には、第２のエネルギー貯蔵部１２５および／または第３のエネルギー貯蔵部１４０は、スーパーキャパシター貯蔵部１６５（または、バッテリー）から供給され得る。

加えて、第３のエネルギー貯蔵部１４０からの電気エネルギーが、また、システム１００の高速スタートアップのような他の目的のために使用され得る。このように、システム１００は、自己採取されたエネルギーに基づいて、自分自身を管理することが可能である。それにもかかわらず、システム１００は、非常に低い電力消費を有するように設計され得る。

上記に述べられているエネルギー貯蔵部は、コンデンサ、スーパーキャパシター、薄膜リチウムバッテリー、または、より低い電力漏洩および小さな寸法を有する他の適切なタイプのエネルギー貯蔵部（たとえば、任意のバッテリー）のうちの１つまたは複数であることが可能である。制御ユニット１５５のファームウェアは、それが使用されていないときにスリープモードになる方式で設計され得る。これは、より低い電力消費およびより効率的なエネルギーの使用を可能にする。

図２Ａおよび図２Ｂは、本発明によるシューソールのためのシステムの中のコンバータユニット（たとえば、図１に関して説明されているようなシステム１００の中のコンバータユニット１５０）の回路および動作を図示している。

図２Ａは、コンバータユニットの例示的な回路ダイアグラムを示しており、コンバータユニットは、図１におけるコンバータユニット１５０と同様のアクティブモードにおけるフライバックコンバータ２００である。以下では、アクティブモードにおけるフライバックコンバータ２００の動作が、より詳細に説明されることとなる。

述べられているように、変圧器２０５としてのフライバックコンバータ２００は、（たとえば、ピエゾ素子（示されていないが、ピエゾ素子１１０と同様である）からの）入力電圧２１０と出力電圧２３０との間のガルバニック絶縁を伴って、直流電流変換、ＤＣ／ＤＣ変換のために使用され得る。入力電圧２１０（および、対応する電気エネルギー）は、第１のコンデンサ２１５（第１のエネルギー貯蔵部１１５と同様）に印加され、出力電圧２３０（および、対応する電気エネルギー）は、第２のコンデンサ２３５（第２のエネルギー貯蔵部１２５と同様）に印加される。

アクティブモードになっているときに、電力管理ユニット（電力管理ユニット１１０と同様）は、制御（スイッチング）信号２４０を発生させ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチ２４７を使用することによって、制御（スイッチング）信号２４０をフライバックコンバータ２００に送る。述べられているように、この制御（スイッチング）信号２４０は、ＭＯＳＦＥＴスイッチ２４７とともに、第１のコンデンサ２１５と第２のコンデンサ２３５との間のある量の電気エネルギーの転送の選択的な制御のために、フライバックコンバータ２００の充電状態および放電状態を管理することが可能である。

ＭＯＳＦＥＴスイッチ２４７が導通しているときに、フライバックコンバータ２００は充電状態にある。次いで、電気エネルギーが、第１のコンデンサ２１５からフライバックコンバータ２００の一次変圧器側２４２にロードされる。充電状態の持続期間は、上記に説明されているように、電力管理ユニットにおいて定義され得る（たとえば、２０ｎｓから１８０ｎｓの範囲において、好ましくは、５０ｎｓから１５０ｎｓの範囲において、より好ましくは、８０ｎｓから１２０ｎｓの範囲において、最も好ましくは、約１００ｎｓまたは２００ｎｓから４００ｎの範囲において、好ましくは、２５０ｎｓから３５０ｎｓの範囲において、より好ましくは、２７５ｎｓから３２５ｎｓまたは２２５ｎｓから２７５ｎｓの範囲において）。

ＭＯＳＦＥＴスイッチ２４７が導通していないときには、フライバックコンバータ２００は放電状態にある。次いで、電気エネルギーは、一次変圧器側２４２からフライバックコンバータ２００の二次変圧器側２４５に転送される。

この電気エネルギーは、整流器ユニット２５０（たとえば、整流ダイオード）を介して第２のコンデンサ２３５にさらに転送される。フライバックコンバータ２００の充電状態と放電状態との間の移行（または、スイッチ）は、電力管理ユニットおよびＭＯＳＦＥＴスイッチ２４７の組み合わせによって適用される上述のスイッチング周波数によって、定期的にスケジューリングされ得る。

図２Ｂは、時間とともに（左から右へ）、および、（たとえば、ピエゾ素子（示されていないが、ピエゾ素子１１０と同様）からの）入力電圧２１０に応じて、変化するフライバックコンバータ２００の異なるモードおよび異なる状態を図示している。フライバックコンバータ２００のアクティブモード２５５または非アクティブモード２６５は、第１のコンデンサ２１５における２つの特定の入力電圧２１０、すなわち、（非アクティブモード２６５に関する）下側コンバータ閾値２７０および（アクティブモード２５５に関する）上側コンバータ閾値２７５に基づいている。

第１のコンデンサ２１５における入力電圧２１０が上側コンバータ閾値２７５を超えるときには、フライバックコンバータ２００は、上記に説明されているように、アクティブモード２５５に入ることとなる。

このモードの間に、フライバックコンバータ２００は、スイッチング周波数２８０によって充電状態２８５と放電状態２９０との間で切り替わる。

充電状態２８５では、電気エネルギーは、第１のコンデンサ２１５からフライバックコンバータ２００の一次変圧器側２４２へロードされる。放電状態２９０にあるときには、電気エネルギーは、次いで、一次変圧器側２４２からフライバックコンバータ２００の二次変圧器側２４５に転送される。

充電状態２８５の持続期間は、充電時間のパルス持続期間として認識され得る。図２Ｂでは、４つの充電状態２８５の間に４つの個別の（エネルギーまたは電荷）パルスが存在している。より高いスイッチング周波数２８０では、アクティブモード２５５においてより多くのパルス（または、充電状態２８５）が起こることが可能であり、その結果、より多くの合計電荷（および、結果的に、より高い量の電気エネルギー）が、同じ量の時間の中で転送され得る。

第１のコンデンサ２１５における入力電圧２１０が下側コンバータ閾値２７０の下方に降下するときには、フライバックコンバータ２００は、非アクティブモード２６５に入ることとなり、充電状態２８５と放電状態２９０との間のスイッチングが停止する。

第１のコンデンサ２１５における入力電圧２１０が上側コンバータ閾値２７５を再び超えるとすぐに、フライバックコンバータ２００は、アクティブモード２５５に戻ることとなり、充電状態２８５と放電状態２９０との間のスイッチングが継続することとなる。

１００ システム
１０５ ピエゾ素子
１０７ 信号処理ユニット
１１０ 電力管理ユニット
１１２ 整流器ユニット
１１５ 第１のエネルギー貯蔵部
１２０ 調整器ユニット
１２５ 第２のエネルギー貯蔵部
１３０ 第１のコンパレータユニット
１３５ 第１のスイッチングユニット
１４０ 第３のエネルギー貯蔵部
１４７ 第２のコンパレータユニット
１５０ コンバータユニット
１５５ 制御ユニット
１６０ 第２のスイッチングユニット
１６５ スーパーキャパシター貯蔵部。バッテリーユニット
１７０ 第３のスイッチングユニット
２００ フライバックコンバータ
２０５ 変圧器
２１０ 入力電圧
２１５ 第１のコンデンサ
２３０ 出力電圧
２３５ 第２のコンデンサ
２４０ 制御（スイッチング）信号
２４２ 一次変圧器側
２４５ 二次変圧器側
２４７ ＭＯＳＦＥＴスイッチ
２５０ 整流器ユニット
２５５ アクティブモード
２６５ 非アクティブモード
２７０ 下側コンバータ閾値
２７５ 上側コンバータ閾値
２８０ スイッチング周波数
２８５ 充電状態
２９０ 放電状態

Claims (24)

1. シューソールのためのシステム（１００）であって、
   ａ． 少なくとも１つのピエゾ素子（１１０）の機械的な変形が生じるときに電気信号（２１０）を作り出すように適合される少なくとも１つのピエゾ素子（１１０）と、
   ｂ． 少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）および少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）であって、前記電気信号（２１０）から取得される電気エネルギーを貯蔵するように適合される、少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）および少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）と、
   ｃ． 前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）と前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部との間のある量の電気エネルギーの転送を選択的に制御するように適合される少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）と
   を含む、システム（１００）。
2. 前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）は、前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）の充電状態（２８５）と放電状態（２９０）との間のスイッチング周波数（２８０）に少なくとも部分的に基づいて、ある量の電気エネルギーの前記転送を選択的に制御するように適合される、請求項１に記載のシステム（１００）。
3. 前記スイッチング周波数（２８０）は、前記少なくとも１つのピエゾ素子（１１０）の前記電気信号（２１０）、および／または、前記システム（１００）によって使用される全体的な電力に少なくとも部分的に基づいている、請求項２に記載のシステム（１００）。
4. 前記スイッチング周波数（２８０）を計算するように適合される制御ユニット（１５５）をさらに含む、請求項２または３に記載のシステム（１００）。
5. 前記充電状態（２８５）は、２０ｎｓから１８０ｎｓの範囲にある、好ましくは、５０ｎｓから１５０ｎｓの範囲にある、より好ましくは、８０ｎｓから１２０ｎｓの範囲にある、最も好ましくは、約１００ｎｓまたは２００ｎｓから４００ｎｓの範囲にある、好ましくは、２５０ｎｓから３５０ｎｓの範囲にある、より好ましくは、２７５ｎｓから３２５ｎｓの範囲または２２５ｎｓから２７５ｎｓの範囲にある、最も好ましくは、約３００ｎｓの持続期間を有する、請求項２から４のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
6. 前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）は、アクティブモード（２５５）および非アクティブモード（２６５）を有しており、前記アクティブモード（２５５）と前記非アクティブモード（２６５）との間の移行は、前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）において測定される前記電気エネルギーのための下側コンバータ閾値（２７０）および／または上側コンバータ閾値（２７５）に少なくとも部分的に基づいており、前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）の前記選択的な制御は、前記アクティブモード（２５５）においてのみ提供される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
7. 前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）は、フライバックコンバータ（２００）であり、前記フライバックコンバータ（２００）は、前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）と接続される一次変圧器側（２４２）と、前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）と接続される二次変圧器側（２４５）とを有する、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
8. 前記電気エネルギーは、前記充電状態（２８５）において、前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）から前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）へ転送され、前記電気エネルギーは、前記放電状態（２９０）において前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）から前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）へ転送される、請求項２から７のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
9. 前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）は、前記充電状態（２８５）と前記放電状態（２９０）との間で前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）を切り替えるように適合される金属酸化膜半導体電界効果トランジスター（ＭＯＳＦＥＴ）スイッチ（２４７）を含む、請求項２から８のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
10. 前記充電状態（２８５）と前記放電状態（２９０）との間で前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）を切り替えるための制御信号（２４０）を発生させるように適合される電力管理ユニット（１１０）をさらに含む、請求項２から９のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
11. 前記電気信号（２１０）から取得される電気エネルギーを貯蔵することと、前記少なくとも１つのピエゾ素子からの前記電気信号（２１０）が電気エネルギーのピエゾ閾値を下回るときに、前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）に電気エネルギーを提供することとを行うように適合される少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部（１４０）をさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
12. 電気エネルギーの調整閾値に少なくとも部分的に基づいて、前記少なくとも１つの調整器ユニット（１２０）の調整モードと非調整モードとの間で切り替わるように適合される前記少なくとも１つの調整器ユニット（１２０）、好ましくは、接合型電界効果トランジスター（ＪＦＥＴ）調整器をさらに含む、請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
13. 前記調整モードは、前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）が１．０Ｖから４．０Ｖの間の、好ましくは、１．５Ｖから３．５Ｖの間の、より好ましくは、２．０Ｖから３．０Ｖの間、または、２．０Ｖから５．５Ｖの間、もしくは、３．０Ｖから４．２Ｖの間の調整された電圧範囲に留まることを引き起こし、その結果、電気エネルギーが前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）の中に蓄積する、請求項１２に記載のシステム（１００）。
14. 電気エネルギーの前記調整閾値を測定するように適合される少なくとも１つのコンパレータユニット（１４７）をさらに含む、請求項１２または１３に記載のシステム（１００）。
15. 前記電気信号（２１０）を変換するように適合される少なくとも１つの整流ユニット（１１２）をさらに含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
16. 信号処理ユニット（１０７）、第１のコンパレータユニット（１３０）、第２のコンパレータユニット（１４７）、第１のスイッチングユニット（１３５）、第２のスイッチングユニット（１６０）、第３のスイッチングユニット（１７０）、またはバッテリーユニット（１６５）のうちの少なくとも１つをさらに含み、以下の配置、すなわち、
    － 前記少なくとも１つのピエゾ素子（１０５）が、前記信号処理ユニット（１０７）に接続される、
    － 前記少なくとも１つの整流ユニット（１１２）が、前記少なくとも１つのピエゾ素子（１０５）と前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）との間に接続される、
    － 前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）が、前記少なくとも１つの調整器ユニット（１２０）、前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）、または前記電力管理ユニット（１１０）のうちの少なくとも１つに接続される、
    － 前記少なくとも１つの調整器ユニット（１２０）が、前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）と前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）との間に接続されており、前記第２のコンパレータユニット（１４７）に接続される、
    － 前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）が、前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）、前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）、または前記電力管理ユニット（１１０）のうちの少なくとも１つに接続される、
    － 前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）が、前記少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部（１４０）、前記第１のコンパレータユニット（１３０）、または前記第２のコンパレータユニット（１４７）のうちの少なくとも１つに接続されており、好ましくは、前記第１のスイッチングユニット（１３５）によって前記少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部（１４０）に接続される、
    － 前記第１のコンパレータユニット（１３０）が、前記第１のスイッチングユニット（１３５）と接続される、
    － 前記少なくとも１つの第３のエネルギー貯蔵部（１４０）が、前記バッテリーユニット（１６５）、前記制御ユニット（１５５）、および前記電力管理ユニット（１１０）のうちの少なくとも１つに接続されており、好ましくは、前記第２のスイッチングユニット（１６０）によって前記バッテリーユニット（１６５）に接続されており、好ましくは、前記第３のスイッチングユニット（１７０）によって前記制御ユニット（１５５）に接続される、
    － 前記制御ユニット（１５５）が、前記電力管理ユニット（１１０）に接続される、および
    － 前記電力管理ユニット（１１０）が、前記信号処理ユニット（１０７）、前記第２のスイッチングユニット（１６０）、または前記第３のスイッチングユニット（１７０）のうちの少なくとも１つに接続される、
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項１５に記載のシステム（１００）。
17. シューズのインソール、ミッドソール、またはアウトソールのキャビティーの中へ一体化される、請求項１から１６のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
18. 少なくとも２つのピエゾ素子（１０５）が、前記シューソールのヒールエリアおよび／またはフォアフットエリアの中に配置される、請求項１から１７のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
19. 請求項１から１８のいずれか一項に記載のシステム（１００）を含むシューソール。
20. 請求項１９に記載のシューソールを含むシューズ、とりわけ、スポーツシューズ。
21. 請求項１から１８のいずれか一項に記載のシステム（１００）を動作させるための方法であって、
    ａ． 前記少なくとも１つのピエゾ素子（１０５）の機械的な変形が生じるときに前記電気信号（２１０）を発生させるステップと、
    ｂ． 前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）と前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）との間のある量の電気エネルギーの前記転送を選択的に制御するステップと、
    を含む、方法。
22. 選択的に制御するステップは、前記スイッチング周波数（２８０）を使用することによって、前記充電状態（２８５）と前記放電状態（２９０）との間で前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）を切り替えるステップを含み、前記電気エネルギーは、前記充電状態（２８５）において前記少なくとも１つの第１のエネルギー貯蔵部（１１５、２１５）から前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）へ転送され、前記電気エネルギーは、前記放電状態（２９０）において前記少なくとも１つのコンバータユニット（１５０、２００）から前記少なくとも１つの第２のエネルギー貯蔵部（１２５、２３５）へ転送される、請求項２１に記載の方法。
23. 前記スイッチング周波数（２８０）を計算するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記アクティブモード（２５５）と前記非アクティブモード（２６５）との間で、および／または、前記調整モードと前記非調整モードとの間で、前記システム（１００）を切り替えるステップをさらに含む、請求項２１から２３のいずれか一項に記載の方法。
    

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