特許 6289484 発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6289484

(24)【登録日】2018年2月16日

(45)【発行日】2018年3月7日

(54)【発明の名称】発電機

(51)【国際特許分類】

   H02N 2/18 20060101AFI20180226BHJP

   H01L 41/12 20060101ALI20180226BHJP

   H01L 41/113 20060101ALI20180226BHJP

   H01L 41/04 20060101ALI20180226BHJP

【ＦＩ】

   H02N2/18

   H01L41/12

   H01L41/113

   H01L41/04

【請求項の数】14

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-538370(P2015-538370)

(86)(22)【出願日】2013年10月15日

(65)【公表番号】特表2016-502386(P2016-502386A)

(43)【公表日】2016年1月21日

(86)【国際出願番号】EP2013071479

(87)【国際公開番号】WO2014063951

(87)【国際公開日】20140501

【審査請求日】2016年9月23日

(31)【優先権主張番号】1260047

(32)【優先日】2012年10月22日

(33)【優先権主張国】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】510132347

【氏名又は名称】コミサリア ア レネルジ アトミク エ オウ エネルジ アルタナティヴ

(73)【特許権者】

【識別番号】515111048

【氏名又は名称】アンスティテュー ポリテクニック ドゥ グルノーブル

(73)【特許権者】

【識別番号】502205846

【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(72)【発明者】

【氏名】ヴィアラ ベルナール

(72)【発明者】

【氏名】レヴェデヴ ゴル

(72)【発明者】

【氏名】デラマーレ ジェローム

(72)【発明者】

【氏名】ガルブイオ ローリック

(72)【発明者】

【氏名】ラフォン トーマス

(72)【発明者】

【氏名】キュガ オルフェ

【審査官】 小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０９５１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００５−５００７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６５２２０４８（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００３−１６１６３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５６１８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５２４９３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３４４７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−０４０８５３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／００８８０５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０８−００９６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４９−０６３１３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｎ ２／１８

Ｈ０１Ｌ ４１／０４

Ｈ０１Ｌ ４１／１１３

Ｈ０１Ｌ ４１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電機は以下を備える。
‐第１、第２の接続端子（２２、２４、１８８）を備える第１のコンバータ（２０、１８６）であって、採取されるエネルギーの変化を、前記第２の端子に対する前記第１の接続端子上の対応する過剰電荷に変換するのに適した第１のコンバータ、
‐前記第１の接続端子上の過剰電荷を回収する回収回路（３０、１１４、１７０、１７４）。
当該回路は、以下を備える。
・回収した電荷を伝送する出力端子（４４、４６）、
・前記第１の接続端子に接続された制御可能な第１のスイッチ（４８、１２２）。
この第１のスイッチは、前記第１の接続端子から電荷の放電を妨げる開状態と、前記第１の接続端子から電荷を放電させる閉状態とを切り替えるのに適しており、
前記第１のスイッチの前記閉状態は、電気的導通を確立するように電気接点を他の電気接点に直接接触させることにより得られ、開状態は、これら２つの電気接点の機械的な分離、及び、電気的絶縁媒体のこれら２つの電気接点間への介在によって得られる。
‐前記第１の接続端子上に存在する過剰電荷が第１の所定の閾値を超えたときに、当該第１のスイッチを閉状態に切り替える制御を行うよう設計された前記第１スイッチの制御装置（３４、１８４）。
以下を特徴とする。
‐前記第１のスイッチ（４８、１２２）は磁気スイッチであり、
前記磁気スイッチは、磁気材料からなり、当該磁気スイッチ中の磁場が作動構成であるときに開状態から閉状態へと前記電気接点を変位させるのに適し、
前記磁気スイッチは、当該磁気スイッチ中の磁場の作動構成の外側ではその電気接点を閉状態に維持することが不可能である、
少なくとも一つのブレード（８４、８６）と、
前記制御装置（３４、１８４）は可変磁場源からなり、前記第１のスイッチは、この発生源に対して、前記第１の接続端子上に存在する過剰電荷が前記第１の所定の閾値を超えたときのみに、この第１のスイッチに生成する可変磁場が前記第１のスイッチの前記動作構造に近づくように配置される。

【請求項2】

前記第１のコンバータ（２０）は、磁場の変化を、前記第２の端子に対する前記第１の接続端子上の対応する過剰電荷へと変換するのに適しており、
前記第１のコンバータは、前記可変磁場源の磁力線内に配置され、これらの磁場の変化を対応する前記第１接続端子上の過剰電荷へと変換し、
採取されるエネルギーの発生源は前記可変磁場源である、
請求項１に記載の発電機。

【請求項3】

‐前記可変磁場源（４）は、第１と第２の状態の間で、時間とともに、磁気モーメントが変化する可変磁場を生成するのに適しており、
‐前記第１のコンバータ（２０）は、前記可変磁場を、
当該磁気モーメントの前記第１の状態の前記第１の所定の閾値を超える前記第１の接続端子上の過剰電荷へと、
当該磁気モーメントの前記第２の状態の第２の所定の閾値を超える前記第２の接続端子上の過剰電荷へと、
変換するのに適しており、
‐前記回収回路（３０）は、前記第２の接続端子に接続された第２の制御可能な磁気スイッチ（５２、１２６）を備え、
当該第２のスイッチは、前記第１の接続端子から電荷の放電を妨げる開状態と、前記第２の接続端子から電荷を放電させる閉状態とを切り替えるのに適しており、
前記第２のスイッチは、前記第２の接続端子上に存在する過剰電荷が前記第２の所定の閾値を超えたときのみに、この第２のスイッチに生成する前記可変磁場が前記第２のスイッチの作動構造に近づくように、この発生源に対して配置され、
前記第１及び第２のスイッチの作動構造は異なる、
請求項２に記載の発電機。

【請求項4】

前記第１のコンバータ（２０）は、
‐電気機械トランスデューサに与えられる機械的応力を、電気的な前記回収回路によって回収される過剰電荷へと直接変換するのに適した電気機械トランスデューサ（７２、７４）と、
前記電気機械トランスデューサに自由度なしで固定された磁気トランスデューサ（７０）であって、可変磁場の変化を前記電気機械トランスデューサに与えられる機械的応力に変換するのに適した磁歪材料からなる磁気トランスデューサと、
を備える、
請求項２又は３に記載の発電機。

【請求項5】

前記可変磁場源は、以下を備える、さらなる第２のコンバータを備える。
・少なくとも一つの永久磁石（２１０）、
・回収されるエネルギーの変化をトランスデューサの機械的変形へと変換するのに適したトランスデューサ（２００）、
・前記第１の磁石に対する前記永久磁石の相対的位置を変化させるのに適した、前記永久磁石と当該トランスデューサとの間の機械的結合部、
‐前記第１のスイッチにおいて、前記永久磁石によって生成される磁場の第１の状態は、当該第１のスイッチの作動構造に対応し、
‐前記第１のスイッチにおいて、前記永久磁石によって生成される磁場の第２の状態は、前記第１のスイッチの作動構造に対応する、
請求項１に記載の発電機。

【請求項6】

‐前記第１のコンバータ（１８６）は、採取されるエネルギーを、
前記永久磁石が前記第１の状態にあるときに前記第１の所定の閾値を超え、前記第１の接続端子上の過剰電荷へと、
前記永久磁石が前記第２の状態にあるときに第２の所定の閾値を超え、前記第２の接続端子上の過剰電荷へと、
変換するのに適し、
‐前記回収回路（３０）は、前記第２の接続端子に接続された第２の制御可能な磁気スイッチ（５２、１２６）を備え、
当該第２のスイッチは、
前記第２の接続端子から電荷の放電を妨げる開状態と、前記第２の接続端子から電荷を放電させる閉状態とを切り替えるのに適しており、
前記第２のスイッチは、前記永久磁石に対して以下のように配置される。
・前記第１の状態において、前記第２のスイッチ中の、前記永久磁石によって生成された磁場は、当該第２のスイッチの作動構造に対応せず、
・前記第２の状態において、前記第２のスイッチ中の、前記永久磁石によって生成された磁場は、当該第２のスイッチの作動構造に対応し、
前記第１及び第２のスイッチの作動構造は、異なる、
請求項５に記載の発電機。

【請求項7】

前記第１のコンバータは、 ‐この電気機械トランスデューサに与えられる機械的応力を電気的な前記回収回路によって回収される過剰電荷の生成に変換するのに適した第１の電気機械トランスデューサ（７２、７４、１９６）と、
前記第１の電気機械トランスデューサに自由度なしで固定された第２のトランスデューサ（７０、２００）であって、採取されるエネルギーの変化を前記電気機械トランスデューサに与えられる機械的応力へと変換するのに適している第２のトランスデューサと、
を備える、
請求項５又は６に記載の発電機。

【請求項8】

前記第２のトランスデューサは、温度変化を当該第２のトランスデューサの機械的な変形へと変換するのに適した熱機械トランスデューサ（２００）である、
請求項７に記載の発電機。

【請求項9】

前記熱機械トランスデューサ（２００）は、形状記憶材料からなる、
請求項８に記載の発電機。

【請求項10】

前記第１のコンバータ（１８６）の第２のトランスデューサと、前記制御装置の前記トランスデューサとは、同一のトランスデューサ（２００）で形成されている、
請求項５又は７に記載の発電機。

【請求項11】

前記第１のスイッチ（４８）は、交互に、絶縁し、前記第１の接続端子を前記出力端子に電気的に接続するために、前記第１の接続端子と前記出力端子との間に直列に接続されており、
前記第２のスイッチ（５２）は、交互に、絶縁し、前記第２の接続端子を前記出力端子に電気的に接続するために、前記第２の接続端子と前記出力端子との間に直列に接続されており、
請求項３又は６に記載の発電機。

【請求項12】

‐キャパシタである、前記第１のコンバータ（２０、１８６）は、前記接続端子のいずれかがいずれの電気回路からも電気的に絶縁されている場合、少なくとも１ｍｓの間、この端子に予めもたらされた過剰電荷の少なくとも５０％を保持するのに適しており、
‐前記回収回路は、以下を備える。
・前記第１及び第２の接続端子間に互いに並列に接続された第１及び第２のブランチ（１１６、１１８）であって、前記第１のブランチは、第１のスイッチ（１２２）を備え、前記第２のブランチは前記第２のスイッチ（１２６）、
・一方の前記接続端子と、前記出力端子との間に直列に接続された制御可能な解放スイッチ（１３４）。
このスイッチは、以下の間で切り替えが可能である。
‐前記出力端子から当該接続端子を電気的に絶縁する非導通状態、
‐前記出力端子に当該接続端子を電気的に接続する導通状態。
‐前記制御装置（３４）は、前記接続端子上に存在する過剰電荷が、前記第１及び第２の所定の閾値よりも完全に大きい第３の所定の閾値を超えたときのみに、該導通状態へと
前記解放スイッチを切替える制御を行うのに適している。
請求項３又は６に記載の発電機。

【請求項13】

‐前記回収回路は、前記第１のスイッチが閉状態の時に、前記第１のコンバータによって生成された過剰電荷が流れるように、前記第１のスイッチに直列に接続されたコイル（１３２）を備え、当該コイルは、前記過剰電荷が流れた時に磁場を生成し、
‐前記解放スイッチ（１３４）は、前記コイルによって生成された磁場が、当該スイッチにおいて、過剰電荷が前記第３の所定の閾値を超えたときのみに、前記解放スイッチの作動構造に対応するように、前記コイルに対して配置された磁気スイッチである、
請求項１２に記載の発電機。

【請求項14】

前記第１のコンバータの前記電気機械トランスデューサ（７２、７４、１９６）は、圧電材料である、
請求項４又は７に記載の発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、無線スタンドアロンセンサのアレイ等の電源内蔵システムは、インサイチュの発電機を必要とする。このようなシステムは、多くの場合複雑であり、時には手の届かない場所に設置される多数の構成要素を含む。このような状況では、システムのメンテナンスは困難であり、例えば、放電したバッテリの交換が必要となるとコストがかる。このため、保守コストを削減し、関連する廃棄物を排除するために、システムの寿命にわたってバッテリを交換しないことが望ましい。

【0003】

これに関連して、エネルギーハーベスタを備える発電機が提案されている。エネルギーハーベスティングは、光、温度変化、振動等の環境中で自由に利用可能なエネルギー源の使用に基づいている。この変換のために、エネルギーコンバータが用いられる。

【0004】

エネルギーコンバータの出力では、多くのエネルギーを浪費することなく、この発電機によって駆動される負荷によって容易にフォーマットされる高い有用性の電圧でエネルギーを採取することが望ましい。

【0005】

そこで、国際公開第２００７／０６３１９４号では、コンバータによって生成されたエネルギーを、このエネルギーが十分な閾値に達したときのみに駆動される負荷へ転送することを可能にする回収回路と、この回収回路の制御装置を用いることが提案されている。

【0006】

既知の発電機は、以下を含む。
‐第１、第２の接続端子を備える第１のコンバータであって、採取されるエネルギーの変化を、前記第２の端子に対する前記第１の接続端子上の対応する過剰電荷へ変換するのに適した第１コンバータ、
‐前記第１接続端子上の前記過剰電荷を回収する回収回路。
・回収した電荷が伝送される出力端子、
・前記第１の接続端子に接続された第１の制御可能な機械スイッチ、
この第１のスイッチは、前記第１の接続端子から電荷の放電を妨げる開状態と、前記第１の接続端子から電荷を放電させる閉状態とを切り替えるのに適しており、
前記機械スイッチの前記閉状態は、電気的導通を確立するように電気接点を他の電気接点に直接接触させることにより得られ、前記開状態は、これら２つの電気接点の機械的な分離、及び、電気的絶縁媒体のこれら２つの電気接点間への介在によって得られる。
‐前記第１の接続端子上に存在する過剰電荷が第１の所定の閾値を超えたときに、当該スイッチを閉状態に切り替える制御を行うよう設計された前記第１スイッチの制御装置。

【0007】

国際公開第２００７／０６３１９４号に記載されているように、回収回路の固体スイッチは、典型的には、トランジスタ又はサイリスタである。エネルギーハーベスタのスタンドアロン動作を可能とするように、第１のコンバータによって生成された電荷から、すなわち、採取されたエネルギーのみを用いることによって、これらのスイッチに電力を供給することが知られている。

【0008】

先行技術は、また、米国特許第６５２２０４８号明細書、欧州特許出願公開１４２６９９５号明細書、Dimitry Zakharovら著の論文「Thermal energy conversion by coupled shape memory and piezoelectric effects」（Journal of Micromechanics & Microengineering, volume 22, No. 9, 2012/8/24, page 99005）から知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】国際公開第２００７／０６３１９４号

【特許文献2】米国特許第６５２２０４８号明細書

【特許文献3】欧州特許出願公開１４２６９９５号明細書

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】「Thermal energy conversion by coupled shape memory and piezoelectric effects」、Dimitry Zakharovら著、（Journal of Micromechanics & Microengineering, volume 22, No. 9, 2012/8/24, page 99005）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は、このようなエネルギー発生機の効率を改善することを目的とする。ここで、効率は、電力が供給される負荷に実際に伝達されるエネルギーの量と、第１のコンバータによって生成されるエネルギーの量との比として定義される。

【課題を解決するための手段】

【0012】

従って、その主題は、請求項１に記載のエネルギー発生機である。

【0013】

出願人は、採取できるエネルギーの量が少なく、採取するのに要する時間が長い場合、効率の低下は、一つは回収回路中の固体スイッチの使用に起因することを見出した。実際、トランジスタ及びサイリスタ等は、閉状態と開状態とを切り替えるときに電気を消費する。回収回路のスイッチによって消費される電力は、発電機によって電力が供給される負荷に伝達されない。また、開状態であっても、トランジスタやサイリスタでは常にリーク電流が存在する。このリーク電流が、第１のコンバータが計画された切替えの瞬間以外での放電を可能にする。リーク電流による第１のコンバータの放電の問題は、採取されるエネルギーの変化が遅く、スイッチのスイッチング周波数が低いときにますます大きくなる。このように、既知のエネルギーハーベスタ内のトランジスタ又はサイリスタの存在は、その効率を低下させる。

【0014】

上記発電機では、制御可能なスイッチは機械スイッチであり、既知の回収回路内のトランジスタやサイリスタのような固体スイッチではない。従って、このスイッチの開、閉状態の切替えは、第１のコンバータによって生成される電気エネルギーを消費しない。さらに、機械スイッチではリーク電流が存在しない。このため、回収回路は、採取されるエネルギーの変化が非常に遅い場合であっても、高い有用電圧で電荷を採取するために用いることができる。

【0015】

最終的に、用いられる機械スイッチが磁気スイッチであるという事実は、このスイッチと、発電機の自立性を高めるその制御回路とによって消費される電気エネルギーの量を制限することを可能にする。

【0016】

この発電機の実施形態は、従属項の特徴の一以上を含みうる。

【0017】

発電機のこれらの実施形態は、以下の利点を提供する。
‐第１のスイッチを制御するために採取されるエネルギー源によって直接生成された可変磁場を用いることで、第１のコンバータによって生成された電荷を消費しないスタンドアロン制御措置を製造し、発電機の効率を向上させることを可能にする。
‐可変磁場源の磁場中に異なるように磁気スイッチを配置することにより、生成された電荷を消費することなく、生成された電荷の量に同期した異なる時点で、スイッチの閉鎖を制御することができる。
‐第１の電気機械トランスデューサと第２の磁気トランスデューサを備える第１のコンバータを用いることで、磁場の非常に遅い変化からでも電気を生成することができ、第１のコンバータのバルクを制限することを可能にする。
‐採取されるエネルギーの変化を可変磁場に変換する第２のコンバータを用いることで、可変磁場以外から採取されるエネルギー源から電気を生成することが可能となる。
‐可変磁場中に異なるように磁気スイッチを配置することにより、生成された電荷を消費することなく、生成された過剰電荷に同期した異なる時点で、これらのスイッチの閉鎖を制御することが可能となる。
−第１の電気機械トランスデューサを備える第１のコンバータと、この第１のトランスデューサに応力を与えるのに適した第２のトランスデューサを用いることにより、採取されたエネルギーの非常に遅い変化からでも電気を生成することができ、第１のコンバータのバルクを制限することが可能となる。
‐第１のコンバータの第２トランスデューサとして熱機械トランスデューサを用いることで、温度変化から電気エネルギーを採取することができ、温度勾配を与えるラジエータに頼ることを回避することができる。
‐形状記憶材料を用いることにより、電気機械トランスデューサにより大きな応力を与えることができる。
‐第１のコンバータと制御装置とに同じ熱機械トランスデューサを用いることにより、エネルギーハーベスタのバルクを制限することが可能となる。
‐出力端子と第１及び第２の接続端子との間にそれぞれ接続された第１及び第２の磁気スイッチの使用は、用いられるダイオードの数を制限し、回収回路の消費を制限することによって、第１のコンバータの第１及び第２の接続端子間の電位差を修正することを可能とする。
‐一方の接続端子から他方へ交互に、コンバータからの過剰電荷を伝送する第１及び第２の磁気スイッチの使用は、コンバータの接続端子上の過剰電荷を増幅し、１つの操作で、電力が供給される負荷へより多くの電荷を伝送することを可能にする。
‐第１のコンバータによって生成された電流が通過するコイル及びこのコイルの磁場中に配置される磁気スイッチを用いることにより、第１のコイルによって生成された電荷をあまり消費することなく、第３の所定の閾値を超えて生成された電流に応じて、この磁気スイッチの閉鎖を制御することができる。
‐第１のコンバータの第１のトランスデューサとして圧電材料を用いることにより、単純に応力変化を電気に変換することが可能となる。

【0018】

本発明は、図面を参照して、単に非限定的な例として与えられる以下の説明を読めば理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】発電機の一般的な図である。

【図2】図１の発電機の第１の実施の形態の模式図である。

【図3】図２の発電機に用いられるエネルギーコンバータの模式図である。

【図4】図２の発電機に用いられる磁気スイッチの模式図である。

【図5】図２の発電機を用いた発電方法のフロー図である。

【図6】図２の発電機の２つの異なる動作状態の模式図である。

【図7】図２の発電機の２つの異なる動作状態の模式図である。

【図8】図１の発電機の第２の実施の形態の模式図である。

【図9】図８の発電機に用いられる磁気スイッチの模式図である。

【図10】図８の発電機を用いた発電方法のフロー図である。

【図11】図８の発電機の３つの異なる動作状態の模式図である。

【図12】図８の発電機の３つの異なる動作状態の模式図である。

【図13】図８の発電機の３つの異なる動作状態の模式図である。

【図14】図２又は８の発電機において好ましく用いられる回収回路の２つの他の実施の形態の模式図である。

【図15】図２又は８の発電機において好ましく用いられる回収回路の２つの他の実施の形態の模式図である。

【図16】図１の発電機の第３の実施の形態の模式図である。

【図17】図１６の発電機で用いられるエネルギーコンバータの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

これらの図面において、同じ参照符号は同じ構成要素を示すのに用いられる。

【0021】

以下、この明細書において当業者に公知の特徴及び機能は詳細には説明しない。

【0022】

図１は、電気負荷に電力を供給する発電機２を示す。この具体例では、電気負荷は、電気エネルギーを蓄積可能な負荷である。例えば、それはキャパシタ３である。

【0023】

発電機２は、採取されるエネルギーの発生源４及びこのエネルギーのハーベスタ６を備える。ハーベスタ６は、採取されたエネルギーからキャパシタ３に電力を供給する。

【0024】

発生源４は、ハーベスタ６の環境において自由に利用可能なエネルギー源である。

【0025】

ハーベスタ６は、コンバータ２０、回収回路３０、回収回路３０の制御装置３４を備える。

【0026】

コンバータ２０は、採取されるエネルギーの変化を、他の接続端子２２又は２４に対する一の接続端子２２又は２４上の、対応する過剰電荷に変換する。

【0027】

回収回路３０は、端子２２又は２４の過剰電荷を回収し、回収した電荷をキャパシタ３へ伝送する。このため、これは、一以上の制御可能な機械スイッチＩｃに接続されている。

【0028】

装置３４は、コンバータ２０によって生成された過剰電荷を、この過剰が十分な閾値に達した時のみにキャパシタ３へ伝送するように機械スイッチＩｃを制御する。

【0029】

以下の図面は、採取されるエネルギーの異なるタイプに適したエネルギーハーベスタの異なる可能な実施の形態を詳細に説明する。

【0030】

図２は、発生源４が可変磁場源である場合の、発電機２の第１の実施の形態を詳細に示す。それぞれＸ、Ｙ方向に平行である可変磁場の成分Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙの振幅は、時間とともに変化する。ここで、Ｘ、Ｙ方向は、互いに直交し、水平である。この具体的な実施の形態では、成分Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙの変化は、時間的に所定の値だけ他方に対して位相シフトしている。この例では、この位相シフトは９０°であり、成分Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙは位相対立しているといわれる。

【0031】

例えば、発生源４は、その磁気モーメントが水平な永久磁石８と、Ｚ方向に平行な垂直軸に対して、磁石８を回転駆動するモータ１０とを備える。Ｚ方向は、Ｘ、Ｙ方向に垂直である。

【0032】

ここで、コンバータ２０は、成分Ｂ_Ｘの振幅の絶対値に比例する端子２２上の過剰電荷を生成する。また、それは、成分Ｂ_Ｙの振幅の絶対値に比例する端子２４上の過剰電荷を生成する。成分Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙの振幅は位相対立であるため、端子２２上で過剰電荷が最大であるとき端子２４上では最少であり、逆もまた同様である。

【0033】

好ましくは、コンバータ２０は、発生源４に近接して配置されている。例えば、コンバータ２０と発生源４間の最少の距離は１０ｃｍ未満であり、好ましくは１ｃｍ未満である。

【0034】

コンバータ２０は、また、これらの端子がそれを放電させうる他の外部電気回路から絶縁されているときに、端子２２、２４上に生成された電荷を蓄積するのに適している。従って、コンバータ２０はキャパシタとしても動作する。例えば、外部電気回路への接続がない場合、端子２２又は２４上に存在する過剰電荷は、１ｍｓ以上、好ましくは１ｓ、１ｍｉｎ、又は１ｈ以上で５０％未満だけしか変化しない。

【0035】

コンバータ２０は、図３を参照してより詳細に説明される。

【0036】

回収回路３０は、それぞれ端子２２、２４に直接接続される２つの入力端子４０、４２を備える。また、回収回路３０は、キャパシタ３の端子４９Ａ、４９Ｂにそれぞれ直接接続される２つの出力端子４４、４６を備える。

【0037】

ここで、他のスイッチ、他のダイオード又はインダクタンス等の他の電気部品を介さず、これらの要素Ａ、Ｂを接続する電気的結合が存在するときに、要素Ａ、Ｂは「直接接続」であると言われる。さらに、この明細書において、具体的に記載した場合を除き、「接続」は、「電気的接続」を意味する。

【0038】

回収回路３０は、端子２２、２４上に蓄積された電荷を出力端子４４に伝送するように設計されている。この目的を達成するために、これは以下を備える。
‐一方側が端子４０に、他方側がダイオード５０のアノードに直接接続された機械スイッチ４８、
‐一方側が端子４２に、他方側がダイオード５０のアノードに直接接続された機械スイッチ５２、
‐一方側が端子４０に、他方側が端子４６に直接接続された機械スイッチ５４、
‐一方側が端子４２に、他方側が端子４６に直接接続された機械スイッチ５６。

【0039】

ダイオード５０のカソードは、インダクタンス５８を介して端子４４に電気的に接続されている。

【0040】

回収回路３０は、ダイオード６０をさらに備える。そのカソードは、ダイオード５０のカソードとインダクタンス５８との間に直接接続されている。そのアノードは、端子４６に直接接続されている。スイッチ４８、５２、５４、５６は、導電する閉状態と導電しない開状態とを切り替えるのに適している。これらのスイッチの閉、開状態の切替えは、制御装置３４により制御される。これらのスイッチの実施の形態は、図４を参照してより詳細に説明される。

【0041】

制御装置３４は、回収回路３０のスイッチを以下の状態に交互に切替える制御を行う。
‐図６に示された、端子２２上に蓄積された過剰電荷が端子４４に伝送される放電の第１の状態、
‐図７に示された、端子２４上に蓄積された過剰電荷が端子４４に伝送される放電の第２の状態、
‐端子２２、２４が他の電気回路から電気的に絶縁され、これらの端子間に電荷が蓄積される、図２に示されたレスト（rest）状態。

【0042】

詳細には、制御装置３４は以下のように設計されている。
‐端子２２上に蓄積された過剰電荷が第１の所定の閾値Ｓ_１を超えたときにのみ、放電の第１の状態に切り替える制御を行い、
‐端子２４上に蓄積された過剰電荷が第２の所定の閾値Ｓ_２を超えたときにのみ、放電の第２の状態に切り替える制御を行い、
‐端子２２上に蓄積された過剰電荷が閾値Ｓ_１未満であり、端子２４上に蓄積された過剰電荷が第２の閾値Ｓ_２未満であるならば、レスト状態に切り替える制御を行う。

【0043】

この目的を達成するために、ここでは、制御装置３４は採取されるエネルギーの発生源４のみからなる。換言すると、この具体的な実施の形態では、採取されるエネルギーの発生源４及び制御装置３４は、単純に同一の構成要素である。

【0044】

図３は、コンバータ２０をより詳細に示す。このコンバータ２０は、採取されるエネルギーの非常に遅い変化を電気に変換することが可能である。「遅い変化」とは、１Ｈｚ又は１００Ｈｚより低い基本周波数の変化を示す。この目的を達成するために、コンバータ２０は、所定の方向の可変磁場の振幅変化を、交互に端子２２上と端子２４上の過剰電荷の発生に変換する。この変換は、端子２２、２４間の電圧が同時に、所定の方向の可変磁場の振幅につれて変化するように、ほとんど瞬間的に行われる。

【0045】

この実施の形態において、コンバータ２０は、電気機械トランスデューサに接続された磁気トランスデューサを備える。磁気トランスデューサは、磁歪材料からなる層７０である。ここで、電気機械トランスデューサは、圧電材料からなる上層７２と下層７４を備える。層７２、７４は、それぞれ層７０の上下に自由度なく直接固定されている。ここで、層７０、７２、７４は、Ｘ方向に平行な長手方向に沿って延在している。

【0046】

層７０は、磁歪材料で製造されており、その磁歪係数λ_ｓの絶対値は１０ｐｐｍ（parts per million）よりも大きく、好ましくは、１００又は１０００ｐｐｍよりも大きい。係数λ_ｓは、次の関係により規定される。
λ_ｓ＝ΔＬ／Ｌ
‐ΔＬは、所定の方向の磁歪材料の伸度
‐Ｌは、外部磁場がない場合のこの方向におけるこの材料の長さ

【0047】

ここで、係数λ_ｓは、正数であるとする。例えば、磁歪材料は、Terfenol-D又はFeSiBである。

【0048】

圧電層は、層７０の両側に直接接着されている。例えば、これらの圧電層の結合係数ｋは、５％又は１０％よりも大きい。この結合係数は、規格ANSI/IEEE 176-1987 「ANSI/IEEE standard on piezoelectricity」、又は、対応規格EN50324に規定されている。例えば、用いられる圧電材料は、PZT(PbZt_xTi_1-xO₃)等である。

【0049】

コンバータ２０の詳細については、以下の論文Ａ１を参照できる。
T. Lafont, J. Delamare, G. A. Lebedev, D. I. Zakharov, B. Viala, O. Cugat, L. Gimeno, N. Galopin, L. Garbuio and O. Geoffroy著、「Magnetostrictive-piezoelectric composite structures for energy harvesting」、（Journal of micromechanics and microengineering No. 22）、2012年

【0050】

層７０は、端子２２、２４間の数十ボルトの電圧に対応して生成される圧電層７２、７４上の数十ＭＰａの応力を生成することを可能にする。典型的には、端子２２、２４間に生成される最大電圧は、２００Ｖｄｃを超える。磁石８の１／４回転に応じて、このようなコンバータによって生成されるエネルギーは、５０μＪよりも大きく、好ましくは、１００μＪよりも大きいことが測定されている。

【0051】

図４は、スイッチ４８の可能な実施の形態をより詳細に示す。ここで、スイッチ４８は、磁気スイッチである。さらに詳しくは、示される具体例において、スイッチ４８は、「リード（Reed）」スイッチとして知られるスイッチである。それは、それぞれの移動ブレード８４、８６にそれぞれ電気的に接続された２つの電気バンプコンタクト８０、８２を備える。ブレード８４、８６は、それぞれ電気接点８４Ａ、８６Ａで終端化されている。ブレード８４、８６は、以下の状態に接点８４Ａ、８６Ａを変位させるのに適している。
‐絶縁媒体によって、これらが互いに機械的に分離され、バンプコンタクト８０、８２を電気的に絶縁する開状態
‐これらが互いに直接機械的に支えあい、バンプコンタクト８０、８２を電気的に接続させる閉状態

【0052】

絶縁媒体は、例えば、電気絶縁ガス又は液体、又は非常に低圧、すなわち、１０^５Ｐａ、１００Ｐａ又は０．１Ｐａより低い圧力のガスである。

【0053】

バンプコンタクト８０、８２は、回収回路３０の他の部分に接続されている。

【0054】

ブレード８４、８６は、磁性材料により製造されている。例えば、磁性材料は、磁場のゼロ周波数に対して１００又は１０００より大きい比誘電率（relative permeability）を示す。これらは、原則的に、図４の矢印Ｆ_ａによって示される作動の共通の方向に平行に延びている。

【0055】

スイッチ４８中の磁場が作動の構成に近づいたとき、この磁場によってもたらされる力は、開状態から閉状態へと接点８４Ａ、８６Ａを変位させることができる。逆に、作動の構成以外では、スイッチ中の磁場は、閉状態に接点８４Ａ、８６Ａを保持するには不十分である。

【0056】

当業者は、磁石の周囲の磁場マッピングが単一の方向に限定されず、磁気スイッチの感度は、とりわけ振幅、方向、可逆性（又は、ヒステリシス）の観点から複雑であることを理解している。しかしながら、彼又は彼女は、磁石とそれに応じたスイッチの位置を適合させることを知っている。従って、以下、本明細書では、簡単にするために、スイッチ４８の磁場の振幅がＦ_ａ方向の切替閾値Ｓ_ｃを超えたときに、作動構成に達するものとする。逆に、簡単にするため、Ｆ_ａ方向に平行な磁場の振幅がこの閾値Ｓ_ｃより低い場合、接点８４Ａ、８６Ａはブレード８４、８６の弾性変形により、閉状態から開状態へ変位し、開状態を維持するものとする。従って、スイッチ４８は、通常開スイッチである。スイッチ４８がその開状態からその閉状態となる閾値Ｓ_ｃの値は、スイッチ４８の磁場への感度を決定する。スイッチ４８は、発生源４に対して自由度なしで固定されている。スイッチ４８の場合、作動の方向は、Ｘ方向に平行である。さらに、その感度は、成分Ｂ_Ｘの振幅が閾値Ｓ_１を超える端子２２上の過剰電荷に対応する振幅に達した瞬間にのみ、接点８４Ａ、８６Ａが開状態から閉状態へと変位するように選択される。従って、スイッチ４８の切替えは、発生源４に直接制御される。具体的には、発生源４及びコンバータ２０について、端子２２上の過剰電荷は、磁石８の磁気モーメントがＸ方向に平行であるときに最大となる。従って、スイッチ４８の感度は、磁石８の磁気モーメントがＸ方向に並ぶとき、プラスマイナス３０°、好ましくはプラスマイナス５°までの範囲内のときのみに後者が閉状態となるように選択される。スイッチ５６は、スイッチ４８と同一である。スイッチ５２、５４は、その作動方向がＸ方向に平行ではなくＹ方向に平行であることを除いて、スイッチ４８と同一である。

【0057】

ここで、スイッチ４８及び５６、スイッチ５２及び５４の作動方向間の角度オフセットは、端子２２及び２４上の過剰電荷の変動間の角位相シフトの値と等しい。

【0058】

発電機２の動作について、図５の方法を用いて、図６、７を参照して説明する。

【0059】

ステップ９０において、恒久的に、発生源４は可変磁界を発生する。ここで、磁場の方向のみが、成分Ｂ_Ｘ及びＢ_Ｙの振幅が９０°の角度だけ位相シフトするように、経時変化する。

【0060】

並行して、ステップ９２において、コンバータ２０は、恒久的に可変磁場の変化をその端子２２及び２４上の、対応する電荷の量の変化に変換する。

【0061】

これらのステップ９０及び９２に並行して、回収回路３０の制御が行われる。このため、具体的には、回収回路３０は、過剰が最大値となるときのみに、端子２２と２４に交互に蓄積された過剰電荷を回収するように制御される。

【0062】

最初に、磁石８の磁気モーメントがＸ、Ｙ方向の中間の方向にある、すなわち、Ｘ方向にも並行でなく、Ｙ方向にも並行でなく、Ｘ方向に向かって回転する。成分Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙの振幅は、スイッチの切替閾値Ｓ_ｃを下回る。この状態において、ステップ９６では、発生源４は、スイッチ４８、５２、５４、５６を開状態に制御し、そしてこれらのスイッチを開状態に維持する。従って、回収回路は、図２に示されるレスト状態となる。このレスト状態では、端子２２、２４は端子４４、４６から電気的に絶縁されている。このため、コンバータ２０によって生成された電荷は、端子２２に蓄積される。

【0063】

そして、磁石８の方向は、Ｘ方向に平行になる。端子２２に蓄積された過剰電荷は最大となる。実質的に、磁石８のモーメントがＸ方向に平行となるとき、これはＸ方向における層７０の最大変形に対応する。このとき、成分ＢＸの振幅は、スイッチ４８、５６の切替閾値Ｓｃを超える。ステップ９８において、発生源４は、その後これらのスイッチ４８、５６を閉状態に切り替える制御を行う。回収回路３０は、図６に示される、放電の第１状態へと切り替わる。端子２２に存在する電荷は、これらを蓄積するキャパシタ３に転送される。図６、７において、電荷のこの転送に対応する電流の流れる方向は矢印Ｉで示される。これらの同じ図において、磁石８の磁気モーメントの方向は矢印Ｂで示される。

【0064】

その後、磁石８は、今回はＹ方向に向かって回転を続ける。これにより、磁石８の磁気モーメントの方向は中間位置に戻る。成分ＢＸ、ＢＹの振幅は、スイッチ４８、５２、５４、５６の閾値Ｓｃを下回る。ステップ１００では、発生源４は、その後、スイッチを開状態へと切り替える制御を行う。回収回路３０は、図２に示されるそのレスト状態に戻る。

【0065】

最後に、磁石８の磁気モーメントがＹ方向に平行になるとき、これはＹ方向における層７０の最大変形に対応し、端子２４上の最大過剰電荷に対応する。

【0066】

同時に、成分ＢＹの振幅がスイッチ５２、５４のみの閾値Ｓｃを超える。そして、ステップ１０２において、発生源４はこれらのスイッチの閉鎖を制御する。回収回路３０は、図７に示される放電の第２の状態へと切り替わる。この状態では、端子２４上に蓄積された電荷は、これらを蓄積するキャパシタ３の端子４９Ａへと転送される。

【0067】

磁石８の磁気モーメントの方向は、再びＸ方向へと近づくように回転を続ける。その後、ステップ９６へと戻る。

【0068】

図８は、ハーベスタ６がエネルギーハーベスタ１１２によって置き換えられている以外は発電機２と同一の発電機１１０を示す。ハーベスタ１１２は、回収回路３０が回収回路１１４によって置き換えられている以外はハーベスタ６と同一である。

【0069】

回収回路１１４は、同じ入力端子４０、４２、同じ出力端子４４、４６を備えている。また、これは、入力端子４０と接続点１２０との間に並列に接続された２つのブランチ１１６、１１８を備えている。ブランチ１１６は、ダイオード１２４と直列に直接接続されたスイッチ１２２を備える。スイッチ１２２は、例えば、スイッチ４８と同一のものである。ダイオード１２４のアノードがスイッチ１２２に直接接続されている。

【0070】

ブランチ１１８は、ダイオード１２８と磁気スイッチ１３０に直列に接続されたスイッチ１２６を備える。スイッチ１２６は、例えば、スイッチ５２と同一である。ダイオード１２８のカソードが、スイッチ１２６に直接接続されている。ダイオード１２８のアノードは、磁気スイッチ１３０に直接接続されている。磁気スイッチ１３０は、通常閉磁気スイッチであり、すなわち、このスイッチ１３０は、その作動方向に沿った磁場の振幅がその切替閾値Ｓ_ｃを下回る限り開状態である。

【0071】

点１２０は、コイル１３２を介して端子４２、４６に電気的に接続されている。この点１２０は、また、蓄積された電荷を開放するため、スイッチ１３４を介して出力端子４４へ接続されている。

【0072】

コイル１３２は、それを流れる電流の強度、及びその巻数に比例する磁場を生成する。スイッチ１３４は通常開磁気スイッチであり、系統的にスイッチ１３０が開状態の時に閉状態に切り替わり、逆もまた同様である。この目的のために、例えば、磁気スイッチ１３０、１３４は共通の磁気ブレードを有する。

【0073】

ここで、これらのスイッチ１３０、１３４の切替えがこのコイルによって生成された磁場のみにより制御されるように、スイッチ１３０、１３４はコイル１３２によって生成される磁場中に配置される。これらスイッチのコイルに対する配置の例について、図９を参照して詳細に説明する。

【0074】

ここで、作動の方向、コイル１３２の巻数、スイッチ１３０、１３４の感度は、コイル１３２を流れる電流の強度が所定の閾値Ｓｂを超えた時のみにこれらの磁気スイッチ１３０、１３４を切り替えるために、例えば、トライアンドエラーによって決定される。この閾値Ｓｂは、閾値Ｓ_１よりも数倍大きい、端子２２上に存在する過剰電荷の閾値Ｓ_３に対応して決定される。実際には、コイル１３２中の電流の強度は、端子２２、２４間に蓄積された過剰電荷に正比例する。

【0075】

図９は、コイル１３２とこのコイルに対するスイッチ１３４の配置を詳細に示す。ここで、コイル１３２は、巻軸１４０に巻かれている。スイッチ１３４は、その作動の方向が、この巻軸に結合されるようにコイル１３２の巻線内に配置される。図９の簡略化のため、スイッチ１３０の位置は示されていない。スイッチ１３０は、スイッチ１３４について説明したのと同様に配置される。図９において、コイル１３２の外側の磁力線は、線ＣＭによって表されている。

【0076】

発電機１１０の動作について図１０の方法及び図１１〜１３を参照して説明する。図１０の方法は図５の方法と同じステップ９０、９２を含む。

【0077】

回収回路の制御は、以下のように行われる。

【0078】

最初に、コンバータ２０が完全に放電され、発生源４によって生成された磁場のＢ方向はＸ、Ｙ方向間の中間位置であり、Ｘ方向に向かって回転するものとする。これらの条件では、成分ＢＸ、ＢＹの振幅はスイッチ１２２、１２６の閾値Ｓｃを下回っている。ステップ１５０において、発生源４は、これらのスイッチをその開状態へと制御する。そして、回収回路１１４は、図８に示されるレスト状態となる。図５の方法で前述したのと同じように、このレスト状態において、コンバータ２０は、接続端子２２上に生成する過剰電荷を蓄積する。

【0079】

そして、磁場のＢ方向は、Ｘ方向に平行となる。これに応じて、ステップ１５２では、発生源４は、スイッチ１２２の閉鎖を制御する。回収回路１１４は、その後、図１１に示される放電の第１の状態へ切り替える。端子２２に蓄積された電荷は、コイル１３２を介して端子２４へと転送される。これは、コイル１３２を流れる電流を生成する。回収回路１１４を流れる電流の方向は、図１１〜１３において矢印Ｉで示される。磁石８の磁気モーメントの方向は、これら同じ図において矢印Ｂで示される。

【0080】

その後、磁石８の磁気モーメントの方向は回転を続け、再度Ｘ方向を離れ、Ｙ方向へと近づく。成分ＢＸ、ＢＹの振幅は、スイッチ１２２、１２６の閾値Ｓｃを下回る。従って、発生源４は、ステップ１５４において、スイッチ１２２を開状態へ切り替え、スイッチ１２２、１２６を開状態で維持する。このため、図８に示される回収回路１１４のレスト状態へと戻る。端子２４に蓄積された過剰電荷は、Ｂ方向がＹ方向に近づくのに応じて増加する。しかしながら、この実施の形態において、生成された新たな過剰電荷は、ステップ１５２で転送された過剰とともに蓄積される。

【0081】

その後、Ｂ方向は、Ｙ方向に平行となる。成分ＢＹの振幅は、スイッチ１２６の閾値Ｓｃを超える。発生源４は、ステップ１５６において、スイッチ１２６を閉状態へと切り替える制御を行う。回収回路１１４は、図１２に示される放電の第２の状態へと切り替える。端子２４に蓄積された電荷は、コイル１３２を介して端子２２へと転送される。

【0082】

そして、Ｂ方向は再度Ｙ方向を離れ、Ｘ方向に近づく。そして、ステップ１５０へと戻る。

【0083】

ステップ１５０から１５６は、端子２２、２４に交互に蓄積された過剰電荷を増加させ、ステップ１５２、１５６でコイル１３２に流れる電流の強度を増大させるために、何度も繰り返される。

【0084】

並行して、ステップ１５８では、コイル１３２を通過する電流の強度が閾値Ｓｂに近づいたとき、コイル１３２はスイッチ１３０、１３４をそれぞれ開、閉状態へと切り替える制御を行う。回収回路１１４は、その後、図１３に示されるように、キャパシタ３へ蓄積された過剰電荷を開放する状態へと切り替えられる。コンバータ２０によって蓄積された電荷は、キャパシタ３へと転送される。

【0085】

図１４は、スイッチ５２、５４、５６が省略されている点を除き、回収回路３０と同様の回収回路１７０を示す。この回収回路１７０は製造が容易であるが、その横方向の変形（transverse deformation）ではなく、コンバータ２０の最大の縦方向の変形（longitudinal deformation）によって生成された過剰電荷の転送のみが可能である。さらに、好ましくは、このダイオードにより生じる電圧降下を避けるために、制御可能なスイッチ１７２がダイオード６０に並列に接続されている。この目的のために、スイッチ１７２は、以下のように制御される。
‐ダイオード６０が流れるのと同時に閉じ、そして交互に
‐ダイオード６０が流れないときに開く

【0086】

例えば、スイッチ１７２は、通常開磁気スイッチであり、その閉鎖は制御コイルによって制御される。制御コイルとスイッチ１７２は、図９を参照して説明したように配置されうる。ここで、制御コイルはコイル５８である。

【0087】

図１５は、スイッチ５２、５４、５６及びダイオード６０が、コンバータ２０の放電によって生成される電流を整流可能なダイオードブリッジ１７６により置き換えられた点を除いて、回収回路３０と同様な回収回路１７４を示す。

【0088】

ダイオードブリッジ１７６は、端子４４、４６間に並列に電気的に接続された第１及び第２のブランチを備える。第１のブランチは、中間点１７８Ａを介して直列に接続された２つのダイオードを備えている。第２のブランチは、中間点１７８Ｂを介して直列に接続された２つのダイオードを備えている。中間点１７８Ａは、恒久的にスイッチ４８の一つの電気接点に直接接続されている。中間点１７８Ｂは、例えば、図１５においては示されていないインダクタンスを介して、恒久的に回収回路の端子４２に接続されている。

【0089】

図１６は、以下の点を除き、発電機２と同様な発電機１８０を示す。
‐発生源４は、採取されるエネルギーの発生源１８２に置換されている
‐制御装置３４は、制御装置１８４に置換されている
‐コンバータ２０はコンバータ１８６に置換されている

【0090】

ここで、採取されるエネルギーの発生源１８２は、コンバータ１８６が浸漬される周囲媒質の温度変化を生成する発生源である。例えば、それは、コンバータ１８６に交互に近づき、離れる熱い物体、又は、物体の温度変化でありうる。従って、この実施の形態では、発生源１８２は、回収回路３０のスイッチを制御するのに必要な可変磁場を直接生成しない。この実施の形態では、発生源１８２及び制御装置１８４は２つの別個の要素である。

【0091】

コンバータ１８６は、温度変化を、端子１８８、１８９上に交互に、対応する過剰電荷へと変換する。これらの端子１８８、１８９は、それぞれ回収回路３０の端子４０、４２に直接接続されている。

【0092】

図１７は、装置１８４とコンバータ１８６の詳細な実施の形態を示す。

【0093】

コンバータ１８６は、フレーム１９０を備える。はり１９４の近接端１９２は、このフレーム１９０に自由度なしで固定されている。このはり１９４は、圧電材料からなるプレート１９６を備えている。はり１９４の遠心端１９８は、ワイヤ２００の端部に自由度なしで結合されている。はり１９４は、湾曲しているアクティブ状態とＹ、Ｚ平面で水平に延びるレスト状態との間で変位可能である。アクティブ状態は、図１７において実線で示されており、レスト状態は破線で示されている。

【0094】

ワイヤ２００の他端は、フレーム１９０に自由度なしで固定されている。これら２つの端部の間で、ワイヤ２００は、２つのプーリ２０２、２０４の溝に支えられている。これらの回転軸は、Ｘ、Ｙ方向に直交し、フレーム１９０に固定されている。ワイヤ２００は、形状記憶材料により製造されている。ここで、形状記憶材料は、１０℃又は２０℃の温度変化に応じて少なくとも１％より大きい伸度を示す。形状記憶材料の組成は、ワイヤが、ＴｍｉｎとＴｍａｘの間にある、好ましくは、（Ｔｍｉｎ＋Ｔｍａｘ）／２±１５又は２５％以内に等しい、遷移温度Ｔｆ前後で、展開状態から収縮状態へと切り替えるように選択される。Ｔｍｉｎ、Ｔｍａｘは、それぞれ発生源１８２の温度が変化する最低、最大温度である。プレート１９６のワイヤ２００との組立は、温度Ｔｆで、ほとんど応力がプレート１９６にかからないように製造される。したがって、コンバータ１８６は、そのアクティブ状態において端子１８８上に過剰電荷を、レスト状態の時に端子１８９上に逆の過剰電荷を生成する。

【0095】

このはりのレスト状態に対して圧力を与えるために、ばね２０６もまた、はり１９４とプレート１９６との間に収容されている。このようなコンバータは、以下の文献Ａ２に詳細に記載されている。
D. Zakharov, G. Lebedev, O. Cugat, J. Delamare, B. Viala, T. Lafont, L. Gimeno and A. Shelyakov著, 「Thermal energy conversion by coupled shape memory and piezoelectric effects」、PowerMEMS ’11、Seoul、Korea、JMM 2012

【0096】

制御装置１８４は、はり１９４がアクティブ状態の時にＸ方向に平行であり、はり１９４がレスト状態の時にＹ方向に平行な磁場を生成する可変磁場源を備える。コンバータ１８６によって生成された電荷を消費することなくこれを実行するために、制御装置１８４の磁場源は、採取されるエネルギーから直接可変磁場を生成するのに適した第２のコンバータを備える。この第２のコンバータは、以下を備える。
‐発生源１８２の温度変化をこのトランスデューサの変形へと変換するのに適した熱機械トランスデューサ
‐このトランスデューサに機械的連結部を介して固定され、後者の変形と同時に変位する永久磁石２１０。

【0097】

この具体的な実施の形態においては、熱機械トランスデューサはワイヤ２００である。従って、同じ熱機械トランスデューサがコンバータ１８６と制御装置１８４とに用いられる。

【0098】

ここでは、例として、磁石２１０がプーリ２０２に直接固定され、このプーリによって、磁気モーメントがＸ方向に平行な状態と磁気モーメントがＹ方向に平行な逆状態と交互に駆動される。例えば、プーリ２０２の直径は、はりがそのレスト状態からアクティブ状態へと変位した時に、１／４回転するように選択される。また、磁石２１０は、このプーリの角変位を増幅するように、機械的連結部によってプーリ２０２に機械的に接続されうる。

【0099】

回収回路３０の動作は前述と同様である。従って、発電機１８０の動作に特有の詳細のみについて説明する。温度が増加すると、ワイヤ２００は収縮する。はり１９４は、湾曲し、アクティブ状態となる。これに応じて、プレート１９６は、端子１８８上に過剰電荷を生成する。はり１９４がアクティブ状態に近づくと、磁石２１０の磁気モーメントの方向はＸ方向に並ぶ。このため、コンバータ１８６によって生成される電荷は、端子１８８上に生成された過剰電荷が最大値に近づいたときのみにキャパシタ３へと転送される。

【0100】

温度が減少すると、ワイヤ２００が緩み、同時に、磁石２１０が逆方向に回転する。同時に、コンバータ１８６は、端子１８９上に過剰電荷を生成する。磁石２１０の磁気モーメントの方向がＹ方向に近づいたときに、端子１８９上に生成された過剰電荷は自動的にキャパシタ３へと転送される。

【0101】

他の多くの実施の形態が可能である。例えば、キャパシタ３は、バッテリに置き換えることができる。キャパシタ３は、また、電気エネルギーを蓄積する容量を有してない電気素子に置き換えることも可能である。例えば、キャパシタ３は、受け取った電気エネルギーを消費する負荷に置き換えられる。それは、抵抗負荷でありうる。後者の場合、インダクタンス５８、１３２は省略可能である。

【0102】

採取されるエネルギーの発生源の変形例

【0103】

採取されるエネルギーの発生源は、押しボタンのような部分の機械的変位であってもよい。この場合、第１のコンバータは、この部分の変位がこの電気機械トランスデューサにかかる機械的応力を変化させるように、この部分に直接結合された電気機械トランスデューサのみを含むことができる。この場合、制御装置のトランスデューサは、例えば、この部分の変位がこの永久磁石の変位を駆動し、磁気スイッチの切替えを制御する可変磁場を生成するように配置された部分に、永久磁石を機械的に連結することによって製造される。前述の他の制御装置もまた実現可能である。

【0104】

発生源により生成された可変磁場は、軸上で回転するように取付けられた永久磁石により生成される磁場である必要はない。例えば、前述のものは、成分Ｂ_Ｘ、Ｂ_Ｙの一方の振幅のみが時間とともに変化する場合にも適用される。例えば、永久磁石がＸ方向に平行な移動のみ変位する部分に取付けられる場合も取りうる。可変磁場を生成する採取されるエネルギーの発生源は、時折電流により電力が供給されるコイルや、時間とともに強度が変化する電流が流れる単純な電気コンダクタでもありうる。

【0105】

コンバータの変形例

【0106】

コンバータ２０の他の可能な実施の形態は、前に参照した文献Ａ１や、米国特許出願公開２００４/０１２６６２０号明細書に記載されている。

【0107】

コンバータ２０の電気機械トランスデューサは、必ずしも圧電材料からなる必要はない。例えば、変形例として、電気機械トランスデューサはキャパシタや機械的変位に応じて変化するキャパシタンスから製造されてもよい。典型的に、キャパシタは、誘電材料によって他方から分離された２つの移動電極を備える。電極が変位するとき、キャパシタのキャパシタンスは変化する。電極の変位は、以下によって動作する。
‐磁場の変化を電荷の変化に変換する磁歪材料
‐温度変化を電荷の変化に変換する熱機械トランスデューサ
‐機械的変位を電荷の変化に変換するボタンの機械的変位

【0108】

具体的な実施の形態において、キャパシタの電極は磁歪材料により製造される。この場合、所定の方向の磁場の振幅の変化は、電極の表面領域、ひいてはこのキャパシタのキャパシタンスの変化となる。

【0109】

他の変形例では、標準電極と、誘電率が磁場に応じて変化する誘電体とがキャパシタとして選択される。誘電体は、例えば、BiFeO₃でありうる。この場合、磁場の変化は、キャパシタのキャパシタンスの変化となる。

【0110】

キャパシタのキャパシタンスの変化は、例えば、エレクトレットを備える装置などの電子デバイスによって電荷の生成へと変換される。キャパシタンスの変化からの電気の生成及びエレクトレットの使用は、例えば、以下の文献に記載されている。
S. Boisseau、G. Despesse、A. Sylvestre著、「Optimization of an electret-based energy harvester」、Smart Material and Structures、2010、19 075015、IOP Publishing Ltd.

【0111】

コンバータ２０の磁歪材料は、負の磁歪係数を有する材料であってもよい。また、等方性又は異方性の磁歪係数を有する材料であってもよい。

【0112】

コンバータ２０は、このコンバータの接続端子間に並列に接続されたトランスデューサの複数のアセンブリを備えることができる。例えば、コンバータ２０は、図３を参照して説明されるものと同一であるが、第１のアセンブリの長手方向に対して水平面において角度オフセットされた長手方向を有する第２のアセンブリを含みうる。これらのアセンブリの長手方向が９０°オフセットされている場合、回収回路と制御装置は前述したように動作する。長手方向が９０°以外の角度αだけオフセットされている場合、スイッチ５２、５４の作動方向は、ＸＹ平面において、スイッチ４８、５６の作動方向に対して同じ角度αだけオフセットされなければならない。このため、この例から、磁気スイッチの作動方向間の角度αは、コンバータによって生成される過剰電荷の変化間の位相シフトに応じで選択されることが理解されるであろう。

【0113】

コンバータ１８６の他の実施の形態が可能である。例えば、他の実施の形態は、前述した文献Ａ２に記載されている。他の実施の形態は、また、米国特許公開第２０１１／００８３７１４号明細書、又は、米国特許第７３９７１６９号明細書でも見られる。コンバータ１８６は、熱機械トランスデューサとして銅‐アルミニウムバイメタル板のようなバイメタル板を用いることも可能である。

【0114】

［制御装置の回収回路の変形例］

【0115】

上述の回収回路と制御装置は、磁石８の磁気モーメントの方向がスイッチ４８の作動方向に平行になった時のみに接続端子２２上に電荷が収集される具体例で説明された。変形例として、回収回路と制御装置は、好ましくは１８０°の角度部分にわたって均一に分散された、磁石８の磁気モーメントの複数の異なる方向で、端子２２上に電荷を収集するのに適用される。このため、追加の磁気スイッチは、それぞれスイッチ４８、５６に並列に接続される。これらの追加の磁気スイッチは、その作動方向がスイッチ４８、５６の作動方向に対して角度βだけ角度オフセットされている点を除き、それぞれスイッチ４８、５６と同一である。例えば、Ｘ方向に対して４５°だけオフセットされた作動方向を有する磁気スイッチがスイッチ４８、５６に並列に接続されている場合、端子２２上に蓄積される電荷は、以下の場合にキャパシタ３に放電される。
‐スイッチ内の磁石８が生成する磁場がＸ方向に対して４５°の角度を形成する場合、
‐スイッチ内の磁石８が生成する磁場が、Ｘ方向に平行な場合。

【0116】

回収回路を改良することなく、上述と同様の機能を得るための他の方案は、磁石８を、複数の異なる方向の磁気モーメントを示すマルチポール磁石に置き換えることからなる。この場合、スイッチ４８は、０°から１８０°の間にある複数のマルチポール磁石の回転角度で閉鎖される。同じ動作は、制御装置のトランスデューサが常に同じ方向に変形する間に、複数回完全に回転するシングルポール磁石でも得られる。例えば、プーリ２０２の直径は、はり１９４のアクティブ状態からレスト状態への単一の変位で、磁石２１０自身が１以上の完全な回転を行うように選択することができる。スイッチ１３０、１３４は、必ずしもコイル１３２の内部にある必要はない。変形例として、これらはこのコイル１３２の磁場中に配置され、このコイルを形成する巻線の外側に配置される。

【0117】

回収回路１７０では、ダイオード５０は省略可能である。

【0118】

装置１８４は、永久磁石を変位させる熱機械トランスデューサの具体的な例で説明された。変形例として、熱機械トランスデューサは、永久磁石ではなく、回収回路３０のスイッチを変位させる。

【0119】

コンバータ２０の例において説明した回収回路の他の実施の形態はまた、コンバータ１８６や接続端子間に蓄積された電荷の変化として採取されるエネルギーの他のコンバータに関連付けることができる。

【0120】

装置１８４は、コンバータによって用いられる、同じ磁石又は熱機械トランスデューサを用いる具体的な例について説明された。変形例として、制御装置は、採取されるエネルギーのコンバータによって使用されるものと機械的に独立した自身の磁気又は熱機械トランスデューサを備える。この場合、制御装置は、電荷を生成するのに適した任意の電気機械トランスデューサを有する必要はない。例えば、このコンバータは、形状記憶材料又は磁歪材料のみを含む。

【0121】

コンバータと制御装置を製造するための図１７の実施の形態で用いられた形状記憶材料は、圧電材料の層を有するバイメタル板を形成するための強い膨張係数を有する材料で置き換えることができる。他の変形例では、形状記憶材料は、電荷を生成し、磁場変化から回収回路のスイッチを制御する磁歪材料によって置換される。

【0122】

［スイッチの変形例］

【0123】

多数の実施の形態が、磁気スイッチに対して可能である。例えば、磁気スイッチは、仏国特許第２９１２１２８号明細書に記載されているように製造することもできる。他の実施形態において、ブレード８４又は８６の一方のみが可動性であってもよい。好ましくは、これらのスイッチは、同一基板上に製造される。

【0124】

磁気シールドは、特に、スイッチ１３０及び１３４の周囲に設けることができる。同様に、採取されるエネルギーの発生源によって生成されたもの以外の磁場から、それらを絶縁するために、磁気シールドをすべてのスイッチの周囲に設けることができる。

【0125】

また、磁場源から磁気スイッチへ磁束をガイドし、集中させる、磁束ガイドを設けることも可能である。例えば、磁束ガイドは、磁気コアである。

【0126】

スイッチ１３０、１３４、１７２又はダイオード６０は、トランジスタやサイリスタなどの電子スイッチに置きかることも可能である。

【0127】

どのような機械スイッチであっても、このスイッチの電気接点は必ずしも突出した電気バンプコンタクトによって実現されている必要はない。例えば、電気接点は、変形又は変位し、電気的導通を確立するため、他の電気接点に機械的に当接する素子の領域でありえる。

【0128】

ここで説明した回収回路は、磁気スイッチだけでなく、いかなる種類の制御可能なスイッチでも製造することができる。スイッチが磁気スイッチではない場合、これらのスイッチの制御は、上述のように動作する従来の方法で行うことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】