JP5990158B2 - 収集された振動エネルギーをバッテリに効率的に転送するシステム及びそれを用いる電子装置 - Google Patents
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Description
Several Vibration-Powered Piezo Electric Generators for Stand- Alone systems)」、E. Lefeuvere, A. Badel,
C. Richard, L. Petit, 及び D. Guyomar著、2005年、サイエンスダイレクト誌、センサ及びアクチュエータA 126 (d006) 405〜416。特に図6及び7を参照されたい。
ここで、IL0(average)はDC−DCコンバータ4のインダクタL0を通る平均電流である。これはVhrvの振幅が振動振幅に比例すべきであり、従って、一層小さいVhrvを選択することによる回収エネルギーからの浪費量の低減が可能ではないことを意味している(理由は浪費されたエネルギーCV2/2の量がキャパシタンスの電圧の二乗に比例するからである)。
Claims (10)
- 収集された振動エネルギーをエネルギー貯蔵装置に効率的に転送するシステムであって、
振動エネルギーを受け取ってAC出力電圧とAC出力電流とを発生する圧電収集器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とが一緒に前記収集された振動エネルギーを構成する、前記圧電収集器手段と、
前記AC出力電圧と前記AC出力電流とに結合されるアクティブ整流器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とを整流して収集されたDC出力電圧と収集されたDC出力電流とを生成する、前記アクティブ整流器手段と、
キャパシタを前記収集されたDC出力電流に結合する手段であって、前記AC出力電流の向きが反転するレベルに前記収集されたDC出力電圧が達するまで前記キャパシタを充電する、前記結合する手段と、
前記向きの反転を検出する比較器手段と、
前記比較器手段の出力に応答してDC−DCコンバータを活性化する論理手段であって、前記向きの反転に応答して前記DC−DCコンバータのインダクタへの前記キャパシタの放電を生じさせる、前記論理手段と、
を含み、
前記収集されたDC出力電圧と第1の基準電圧との比較が、前記収集されたDC出力電圧が前記第1の基準電圧より小さいと判定するときに、前記論理手段が前記DC−DCコンバータを非活性化し、
前記アクティブ整流器手段が、収集器出力導体と第2の基準電圧との間に直列に結合される第1及び第2のスイッチと、前記収集器出力導体と前記第2の基準電圧との間に直列に結合される第3及び第4のスイッチとを含み、
前記比較器手段が、前記第3及び第4のスイッチを制御する第1の比較器と、前記第1及び第2のスイッチを制御する第2の比較器とを含み、
前記圧電収集器手段の第1の端子が、前記第1及び第2のスイッチと前記第1の比較器の第1の入力との間の接合ノードに結合され、前記圧電収集器手段の第2の端子が、前記第3及び第4のスイッチと前記第2の比較器の第1の入力との間の接合ノードに結合され、前記第1及び第2の比較器の第2の入力が前記第2の基準電圧に結合され、
前記第1及び第2の比較器が、前記AC出力電流の前記整流を制御して、前記収集器出力導体と前記第2の基準電圧との間に結合される前記キャパシタを充電し、
前記第1及び第2の比較器が、また、前記圧電収集器手段の前記AC出力電流の向きの反転を示す出力信号を発生する、システム。 - 収集された振動エネルギーをエネルギー貯蔵装置に効率的に転送するシステムであって、
振動エネルギーを受け取ってAC出力電圧とAC出力電流とを発生する圧電収集器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とが一緒に前記収集された振動エネルギーを構成する、前記圧電収集器手段と、
前記AC出力電圧と前記AC出力電流とに結合されるアクティブ整流器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とを整流して収集されたDC出力電圧と収集されたDC出力電流とを生成する、前記アクティブ整流器手段と、
キャパシタを前記収集されたDC出力電流に結合する手段であって、前記AC出力電流の向きが反転するレベルに前記収集されたDC出力電圧が達するまで前記キャパシタを充電する、前記結合する手段と、
前記向きの反転を検出する比較器手段と、
前記比較器手段に応答してDC−DCコンバータを活性化する論理手段であって、前記向きの反転に応答して前記DC−DCコンバータのインダクタへの前記キャパシタの放電を生じさせ、前記収集されたDC出力電圧が第1の基準電圧より小さい前記収集されたDC出力電圧と前記第1の基準電圧との比較に応答して、前記DC−DCコンバータを非活性化する、前記論理手段と、
を含み、
前記DC−DCコンバータが、前記収集器出力導体に結合される第1の入力と、第2の基準電圧に結合される第2の入力と、前記エネルギー貯蔵装置に電流を供給する出力と、前記収集器出力導体に結合される前記インダクタと、前記インダクタに結合される第5のスイッチと、前記インダクタに結合される整流装置とを含む、システム。 - 収集された振動エネルギーをエネルギー貯蔵装置に効率的に転送するシステムであって、
振動エネルギーを受け取ってAC出力電圧とAC出力電流とを発生する圧電収集器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とが一緒に前記収集された振動エネルギーを構成する、前記圧電収集器手段と、
前記AC出力電圧と前記AC出力電流とに結合されるアクティブ整流器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とを整流して収集されたDC出力電圧と収集されたDC出力電流とを生成する、前記アクティブ整流器手段と、
キャパシタを前記収集されたDC出力電流に結合する手段であって、前記AC出力電流の向きが反転するレベルに前記収集されたDC出力電圧が達するまで前記キャパシタを充電する、前記結合する手段と、
前記向きの反転を検出する比較器手段と、
前記比較器手段に応答してDC−DCコンバータを活性化する論理手段であって、前記向きの反転に応答して前記DC−DCコンバータのインダクタへの前記キャパシタの放電を生じさせ、前記収集されたDC出力電圧が第1の基準電圧より小さい前記収集されたDC出力電圧と前記第1の基準電圧との比較に応答して、前記DC−DCコンバータを非活性化する、前記論理手段と、
を含み、
前記論理手段が、前記収集器出力導体上の電圧を前記第1の基準電圧と比較し、前記インダクタへの前記キャパシタの放電が何時終了するかを決定する、第3の比較器を含む、システム。 - 収集された振動エネルギーをエネルギー貯蔵装置に効率的に転送するシステムであって、
振動エネルギーを受け取ってAC出力電圧とAC出力電流とを発生する圧電収集器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とが一緒に前記収集された振動エネルギーを構成する、前記圧電収集器手段と、
前記AC出力電圧と前記AC出力電流とに結合されるアクティブ整流器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とを整流して収集されたDC出力電圧と収集されたDC出力電流とを生成する、前記アクティブ整流器手段と、
キャパシタに前記収集されたDC出力電流を結合する手段であって、前記AC出力電流の向きが反転するレベルに前記収集されたDC出力電圧が達するまで前記キャパシタを充電する、前記結合する手段と、
前記向きの反転を検出する比較器手段と、
前記比較器手段に応答してDC−DCコンバータを活性化する論理手段であって、前記向きの反転に応答して前記DC−DCコンバータのインダクタへの前記キャパシタの放電を生じさせ、前記収集されたDC出力電圧が第1の基準電圧より小さい前記収集されたDC出力電圧と前記第1の基準電圧との第3の比較器による比較に応答して、前記DC−DCコンバータを非活性化する、前記論理手段と、
を含み、
前記論理手段が、それぞれ前記圧電収集器手段の何れかの側の電圧を第2の基準電圧と比較する第1及び第2の比較器の出力に結合される回路要素を含み、前記回路要素が、前記インダクタへの前記キャパシタの前記放電を開始し、そして前記向きの反転に応答して前記エネルギー貯蔵装置へ前記インダクタ内の電流を導くように前記インダクタに結合される第5のスイッチのスイッチング動作をさせて、前記圧電収集器手段のキャパシタンスを再充電する電力の浪費を実質的に取り除き、
前記回路要素が状態マシーンとして動作し、前記状態マシーンが、前記回路要素により発生される活性信号が前記DC−DCコンバータを活性化する論理「1」レベルである第1の状態と、前記活性信号が前記DC−DCコンバータを非活性化する論理「0」レベルである第2の状態とを有し、
前記回路要素が、前記第3の比較器の出力が論理「1」レベルから論理「0」レベルになることに応答して前記第1の状態から前記第2の状態に切り替わり、
前記回路要素が、前記第1の比較器の前記出力が論理「1」レベルから論理「0」レベルになることか又は前記第2の比較器の前記出力が論理「1」レベルから論理「0」レベルになることの何れかに応答して前記第2の状態から前記第1の状態に切り替わる、システム。 - 収集された振動エネルギーをバッテリに効率的に転送するシステムであって、
振動エネルギーを受け取ってAC出力電圧とAC出力電流とを発生する圧電収集器手段であって、前記AC出力電圧と前記AC出力電流とが一緒に前記収集された振動エネルギーを構成する、前記圧電収集器手段と、
前記AC出力電圧と前記AC出力電流とをアクティブ整流器に結合する手段であって、前記アクティブ整流器が前記AC出力電圧と前記AC出力電流とを整流して収集されたDC出力電圧と収集されたDC出力電流とを生成し、前記アクティブ整流器が、収集器出力導体と第1の基準電圧との間に直列に結合された第1及び第2のスイッチと前記収集器出力導体と前記第1の基準電圧との間に直列に結合された第3及び第4のスイッチと前記第3及び第4のスイッチを制御する第1の比較器と前記第1及び第2のスイッチを制御する第2の比較器とを含み、前記圧電収集器手段の第1の端子が前記第1及び第2のスイッチと前記第1の比較器の第1の入力との間の接合ノードに結合され、前記圧電収集器手段の第2の端子が前記第3及び第4のスイッチと前記第2の比較器の第1の入力との間の接合ノードに結合され、前記第1及び第2の比較器の第2の入力が前記第1の基準電圧に結合され、前記第1及び第2の比較器が前記AC出力電流の整流を制御して前記収集器出力導体と前記第1の基準電圧との間に結合されるキャパシタンスを充電し、前記第1及び第2の比較器がまた前記圧電収集器手段の前記AC出力電流の向きの反転を示す出力信号を発生する、前記結合する手段と、
前記収集されたDC出力電流を前記キャパシタンスへ伝導する手段であって、前記AC出力電流の向きが反転するレベルに前記収集されたDC出力電圧が達するまで前記キャパシタンスを充電し、前記伝導する手段が、前記収集器出力導体に結合された第1の入力と前記第1の基準電圧に結合された第2の入力とバッテリに電流を供給する出力とを有するDC−DCコンバータを含み、前記DC−DCコンバータが前記収集器出力導体に結合されたインダクタと前記インダクタに結合された第5のスイッチと前記インダクタに結合された整流装置とを含む、前記伝導する手段と、
前記インダクタへの前記キャパシタンスの放電が何時終了するかを検出する手段であって、前記検出する手段が、前記収集器出力導体上の電圧と第2の基準電圧とを比較する第3の比較器を含む、前記検出する手段と、
前記向きの反転に応答して前記DC−DCコンバータを活性化する手段であって、前記向きの反転に応答して前記DC−DCコンバータの前記インダクタへの前記キャパシタンスの放電を生じさせ、前記活性化する手段が、前記第1及び第2の比較器の出力に結合される回路要素を含み、前記回路要素が、前記インダクタへの前記キャパシタンスの前記放電を開始し、そして前記向きの反転に応答して前記バッテリへ前記インダクタ内の電流を導くように前記第5のスイッチのスイッチング動作をさせて、前記圧電収集器手段の前記キャパシタンスを再充電する電力の浪費を実質的に取り除き、前記回路要素が状態マシーンとして動作し、前記状態マシーンが、前記回路要素により発生される活性化信号が前記DC−DCコンバータを活性化する論理「1」レベルである第1の状態と、前記活性化信号が前記DC−DCコンバータを非活性化する論理「0」レベルである第2の状態とを有し、前記回路要素が、前記第3の比較器の出力が論理「1」レベルから論理「0」レベルになることに応答して前記第1の状態から前記第2の状態に切り替わり、前記回路要素が、前記第1の比較器の前記出力が論理「1」レベルから論理「0」レベルになることか又は前記第2の比較器の前記出力が論理「1」レベルから論理「0」レベルになることの何れかに応答して前記第2の状態から前記第1の状態に切り替わる、前記活性化する手段と、
を含む、システム。 - 請求項1に記載の収集された振動エネルギーをエネルギー貯蔵装置に効率的に転送する前記システムを利用する電子装置であって、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの入力に結合された電気出力を発生する圧電性エネルギー収集器と、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの出力に結合されたエネルギー貯蔵装置と、
前記圧電性エネルギー収集器で発生された電気出力を消費する電子回路と、
を含む、電子装置。 - 請求項2に記載の収集された振動エネルギーをエネルギー貯蔵装置に効率的に転送する前記システムを利用する電子装置であって、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの入力に結合された電気出力を発生する圧電性エネルギー収集器と、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの出力に結合されたエネルギー貯蔵装置と、
前記圧電性エネルギー収集器で発生された電気出力を消費する電子回路と、
を含む、電子装置。 - 請求項3に記載の収集された振動エネルギーをエネルギー貯蔵装置に効率的に転送する前記システムを利用する電子装置であって、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの入力に結合された電気出力を発生する圧電性エネルギー収集器と、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの出力に結合されたエネルギー貯蔵装置と、
前記圧電性エネルギー収集器で発生された電気出力を消費する電子回路と、
を含む、電子装置。 - 請求項4に記載の収集された振動エネルギーをエネルギー貯蔵装置に効率的に転送する前記システムを利用する電子装置であって、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの入力に結合された電気出力を発生する圧電性エネルギー収集器と、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの出力に結合されたエネルギー貯蔵装置と、
前記圧電性エネルギー収集器で発生された電気出力を消費する電子回路と、
を含む、電子装置。 - 請求項5に記載の収集された振動エネルギーをバッテリに効率的に転送する前記システムを利用する電子装置であって、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの入力に結合された電気出力を発生する圧電性エネルギー収集器と、
収集された振動エネルギーを効率的に転送する前記システムの出力に結合されたバッテリと、
前記圧電性エネルギー収集器で発生された電気出力を消費する電子回路と、
を含む、電子装置。
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