JP6271522B2 - 連続電流によるeap変換効率の向上 - Google Patents
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Description
前記方法は、
実質的に、隙間距離がほぼ最小であるおよび弾性変形体の面積がほぼ最大であるときの可変コンデンサの状態で、電源から可変コンデンサを電子的に充電するステップと、
実質的に、隙間距離がほぼ最大であるおよび弾性変形体の面積がほぼ最小であるときの可変コンデンサの状態で、可変コンデンサを電源に電子的に放電するステップと、
を備え、
電源が第1および第2の電極間の電圧(Uvc)よりも大きい電圧(UB)を有するDC電源である条件下で、可変コンデンサの電子的な充電がステップダウンコンバータによって行なわれるとともに、可変コンデンサの電子的な放電がステップアップコンバータによって行なわれ、
ステップダウンコンバータおよびステップアップコンバータが電源と可変コンデンサの電極との間に並列に配置される、
方法が提供される。
実質的に、隙間距離がほぼ最小で且つ弾性体の面積がほぼ最大であるときの可変コンデンサ10の状態で、電源HVから可変コンデンサ10を電子的に充電するステップと、
実質的に、隙間距離がほぼ最大で且つ弾性体の面積がほぼ最小であるときの可変コンデンサの状態で、可変コンデンサ10を電源HVに電子的に放電するステップと、
を備え、
電源が可変コンデンサ10の電極間の電圧(Uvc)よりも大きい電圧(UB)を有するDC電源である条件下で、可変コンデンサの電子的な充電がステップダウンコンバータL2,S2,D2;L12,S2,D2によって行なわれるとともに、可変コンデンサの電子的な放電がステップアップコンバータL1,S1,D1;L12,S1,D1によって行なわれ、
ステップダウンコンバータおよびステップアップコンバータが電源と可変コンデンサの電極との間に並列に配置される、
方法も提供する。
・EAP材料の高直列抵抗における損失の大幅な減少、したがって、EAP電気機械変換プロセスにおけるより高い効率。
・ケーブル、冷却システム、および、電極材料を含むがこれらに限定されない、主要な電源構成要素のサイズおよびコストの減少。
・材料中の疲労現象を減らす可能性が高い、電流波形における高周波成分の減少
・EAPデバイスにおける寄生インダクタンスを一次インダクタとして効果的に使用できる一方で、電圧をバッファリングするためにバスの寄生キャパシタンスを効果的に使用できる。
[発明の項目]
[項目1]
可変コンデンサと、電子充電/放電ユニットと、電源/シンクとを備える電気機械エネルギー変換システムであって、
前記電源/シンクが前記電子充電/放電ユニットに接続され、前記電子充電/放電ユニットが前記可変コンデンサに接続され、前記可変コンデンサが第1および第2の電極を備え、これらの電極が、前記第1および第2の電極間に隙間距離を与える中間媒体によって分離され、前記可変コンデンサの前記隙間距離が、外的に印加される機械力に応じて最小距離と最大距離との間で調節でき、
前記電子充電/放電ユニットが、実質的に、前記隙間距離が最小であるおよび/または弾性変形体の面積が最大であるときの前記可変コンデンサの状態で、前記電源/シンクから前記可変コンデンサを充電するとともに、実質的に、前記隙間距離が最大であるおよび/または前記弾性変形体の面積が最小であるときの前記可変コンデンサの状態で、前記可変コンデンサを前記電源/シンクに放電するようになっており、
前記電子充電/放電ユニットがステップダウンコンバータとステップアップコンバータとを備え、前記ステップダウンコンバータおよび前記ステップアップコンバータが前記電源/シンクと前記可変コンデンサの電極との間に並列に配置され、前記電子充電/放電ユニットは、前記電源/シンクが前記第1および第2の電極間の電圧(Uvc)よりも大きい電圧(UB)を有するDC電源である条件下で、前記可変コンデンサを前記ステップダウンコンバータによって充電するとともに前記可変コンデンサを前記ステップアップコンバータによって放電するようになっている、
電気機械エネルギー変換システム。
[項目2]
前記ステップダウンコンバータがバックコンバータであり、前記ステップダウンコンバータがブーストコンバータである、項目1に記載の電気機械エネルギー変換システム。
[項目3]
前記電子充電/放電ユニットが、連続電流モードで充電/放電するようになっている、項目1または2に記載の電気機械エネルギー変換システム。
[項目4]
前記可変コンデンサが、伸縮性合成材料の電気活性高分子の変形可能層を備え、前記第1および第2の電極が前記変形可能層の内面および外面にそれぞれ内側電極層および外側電極層としてそれぞれに形成される、項目1〜3のいずれか一項に記載の電気機械エネルギー変換システム。
[項目5]
前記変形可能層が弾性変形体の壁であり、前記弾性変形体が水中に浮くようになっている、項目4に記載の電気機械エネルギー変換システム。
[項目6]
外的に印加される前記機械力が水中の波によって生成される、項目5に記載の電気機械エネルギー変換システム。
[項目7]
可変コンデンサと、電子充電/放電ユニットと、電源/シンクとを備える電気機械エネルギー変換システムにおける電気機械エネルギー変換のための方法であって、
前記電源/シンクが前記電子充電/放電ユニットに接続され、前記電子充電/放電ユニットが前記可変コンデンサに接続され、前記可変コンデンサが第1および第2の電極を備え、これらの電極が、前記第1および第2の電極間に隙間距離を与える中間媒体によって分離され、前記可変コンデンサの前記隙間距離が、外的に印加される機械力に応じて最小距離と最大距離との間で調節でき、
前記方法が、
実質的に、前記隙間距離が最小であるおよび/または弾性変形体の面積が最大であるときの前記可変コンデンサの状態で、前記電源から前記可変コンデンサを電子的に充電するステップと、
実質的に、前記隙間距離が最大であるおよび/または前記弾性変形体の面積が最小であるときの前記可変コンデンサの状態で、前記可変コンデンサを前記電源に電子的に放電するステップと、
を備え、
前記電源/シンクが前記第1および第2の電極間の電圧(Uvc)よりも大きい電圧(UB)を有するDC電源である条件下で、前記可変コンデンサの電子的な充電がステップダウンコンバータによって行なわれるとともに、前記可変コンデンサの電子的な放電がステップアップコンバータによって行なわれる、
方法。
[項目8]
前記ステップダウンコンバータがバックコンバータであり、前記ステップダウンコンバータがブーストコンバータである、項目7に記載の方法。
[項目9]
電子的な充電および放電が連続電流モードで行なわれる、項目7または8に記載の方法。
[項目10]
前記ステップダウンコンバータおよび前記ステップアップコンバータが前記電源と前記可変コンデンサの電極との間に並列に配置される、項目7〜9のいずれか一項に記載の方法。
[項目11]
前記ステップダウンコンバータおよび前記ステップアップコンバータが、前記電源と前記可変コンデンサの電極との間に複合型バック/ブーストコンバータとして配置される、項目7〜9のいずれか一項に記載の方法。
Claims (11)
- EAP材料の弾性変形体に基づく可変コンデンサと、電子充電/放電ユニットと、電源/シンクとを備える電気機械エネルギー変換システムであって、
前記電源/シンクが前記電子充電/放電ユニットに接続され、前記電子充電/放電ユニットが前記可変コンデンサに接続され、前記可変コンデンサが第1および第2の電極を備え、これらの電極が、前記第1および第2の電極間に隙間距離を与える中間媒体によって分離され、前記可変コンデンサの前記隙間距離が、外的に印加される機械力に応じて最小距離と最大距離との間で調節でき、
前記電子充電/放電ユニットが、実質的に、前記隙間距離が最小であるおよび/または弾性変形体の面積が最大であるときの前記可変コンデンサの状態で、前記電源/シンクから前記可変コンデンサを充電するとともに、実質的に、前記隙間距離が最大であるおよび/または前記弾性変形体の面積が最小であるときの前記可変コンデンサの状態で、前記可変コンデンサを前記電源/シンクに放電するようになっており、
前記電子充電/放電ユニットがステップダウンコンバータとステップアップコンバータとを備え、前記ステップダウンコンバータおよび前記ステップアップコンバータが前記電源/シンクと前記可変コンデンサの電極との間に並列に配置され、前記電子充電/放電ユニットは、前記電源/シンクが前記第1および第2の電極間の電圧(Uvc)よりも大きい電圧(UB)を有するDC電源である条件下で、前記可変コンデンサを前記ステップダウンコンバータによって充電するとともに前記可変コンデンサを前記ステップアップコンバータによって放電するようになっており、前記電子充電/放電ユニットが、連続電流モードで充電/放電するようになっている、
電気機械エネルギー変換システム。 - 前記ステップダウンコンバータがバックコンバータであり、前記ステップアップコンバータがブーストコンバータである、請求項1に記載の電気機械エネルギー変換システム。
- 前記可変コンデンサが充電中に負荷側にあり放電中に電源側にある、請求項1または2に記載の電気機械エネルギー変換システム。
- 前記可変コンデンサが、伸縮性合成材料の電気活性高分子の変形可能層を備え、前記第1および第2の電極が前記変形可能層の内面および外面にそれぞれ内側電極層および外側電極層としてそれぞれに形成される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気機械エネルギー変換システム。
- 前記変形可能層が弾性変形体の壁であり、前記弾性変形体が水中に浮くようになっている、請求項4に記載の電気機械エネルギー変換システム。
- 外的に印加される前記機械力が水中の波によって生成される、請求項5に記載の電気機械エネルギー変換システム。
- EAP材料の弾性変形体に基づく可変コンデンサと、電子充電/放電ユニットと、電源/シンクとを備える電気機械エネルギー変換システムにおける電気機械エネルギー変換のための方法であって、
前記電源/シンクが前記電子充電/放電ユニットに接続され、前記電子充電/放電ユニットが前記可変コンデンサに接続され、前記可変コンデンサが第1および第2の電極を備え、これらの電極が、前記第1および第2の電極間に隙間距離を与える中間媒体によって分離され、前記可変コンデンサの前記隙間距離が、外的に印加される機械力に応じて最小距離と最大距離との間で調節でき、
前記方法が、
実質的に、前記隙間距離が最小であるおよび/または弾性変形体の面積が最大であるときの前記可変コンデンサの状態で、前記電源から前記可変コンデンサを電子的に充電するステップと、
実質的に、前記隙間距離が最大であるおよび/または前記弾性変形体の面積が最小であるときの前記可変コンデンサの状態で、前記可変コンデンサを前記電源に電子的に放電するステップと、
を備え、
前記電源/シンクが前記第1および第2の電極間の電圧(Uvc)よりも大きい電圧(UB)を有するDC電源である条件下で、前記可変コンデンサの電子的な充電がステップダウンコンバータによって行なわれるとともに、前記可変コンデンサの電子的な放電がステップアップコンバータによって行なわれ、前記電子的な充電および放電が連続電流モードで行なわれる、
方法。 - 前記ステップダウンコンバータがバックコンバータであり、前記ステップアップコンバータがブーストコンバータである、請求項7に記載の方法。
- 前記可変コンデンサが充電中に負荷側にあり放電中に電源側にある、請求項7または8に記載の方法。
- 前記ステップダウンコンバータおよび前記ステップアップコンバータが前記電源と前記可変コンデンサの電極との間に並列に配置される、請求項7〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記ステップダウンコンバータおよび前記ステップアップコンバータが、前記電源と前記可変コンデンサの電極との間に複合型バック/ブーストコンバータとして配置される、請求項7〜9のいずれか一項に記載の方法。
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