磁性構造体
【課題】不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体を提供する。
【解決手段】この磁性構造体は、電気機械装置及び電磁装置において使用されると有利になる。
【解決手段】この磁性構造体は、電気機械装置及び電磁装置において使用されると有利になる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ね磁性構造体に関し、特に、電磁装置と用途及び電気機械装置と用途において使用するのに適した磁性構造体に関する。
［政府権益に関する記述］
本発明は米国エネルギー省との契約第DE-AC07-05-1D14517の下に米国政府支援を受けてなされた。米国政府は本発明に権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
モーター、発電機、交流発電機等の電磁装置と用途及び電気機械装置と用途は、通常、コイル及び／又は磁石を使用する。従来の磁性構造体は、１つの磁界を生成するために単一の磁石又は配列された複数の磁石を使用する。これらの磁石は通常、永久磁石又は電磁石である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
出力又は性能を増加させたい場合は、従来は、コイルのサイズ又は数を増加させるか、又は磁石のサイズ又は強さを増加させていた。これらの手法は重量、コスト、サイズ、及び耐久性の問題を引き起こし、多くの用途にとって実用的でない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様では、電気機械システムは、第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素とを備える磁性構造体と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを周囲距離より近い距離隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成された支持構造体とを備える。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記第２磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記第１、第２磁性要素を、大きな勾配の磁界領域を含む不均衡な磁界を生成する位置に保持するよう構成されている。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記磁性構造体とコイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記磁性構造体が前記コイルシステムに対して移動する時、前記磁界領域が該コイルシステムを通過する。１つの実施形態では、該システムは機械力を受け取り、該機械力の受け取りに応答して電気信号を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは電気信号を受け取り、該電気信号の受け取りに応答して機械力を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは複数のコイルを備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルは軸の周りに第１方向に巻かれた第１コイルと、該軸の周りに該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、該システムは機械動力伝達システムを更に備える。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対直線移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対回転運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性構造体の相対円運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記第１磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える。１つの実施形態では、前記磁性構造体は前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を備える。
【０００５】
１つの態様では、電力を生成する方法は、第１磁性要素と第２磁性要素とを間隔を隔てて同じ極が互いにほぼ対向するよう配置することで、該第１、第２磁性要素に関して不均衡で、該第１、第２磁性要素に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させることと、コイルシステムと該磁界の間の相対移動を可能にすることとを含む。１つの実施形態では、該磁性要素はそれぞれ永久磁石からなる。１つの実施形態では、この方法は前記コイルシステムに発生する電流を整流することを更に含む。１つの実施形態では、この方法はエネルギー蓄積システムにエネルギーを蓄えることを更に含む。１つの実施形態では、前記相対移動を可能することは、前記コイルシステムに対して前記永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね直線経路に沿って該永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね円形の経路に沿って該永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を回転させることである。１つの実施形態では、該方法は前記不均衡な磁界の圧縮された磁界領域における勾配を最適化することを更に含む。１つの実施形態では、前記コイルシステムは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを備える。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を概ね円形の経路に沿って移動させることである。１つの実施形態では、前記第１磁性要素はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える。
【０００６】
１つの態様では、機械力を生成する方法は、第１磁性要素と第２磁性要素とを間隔を隔てて同じ極が互いにほぼ対向するよう配置することで、該第１、第２磁性要素に関して不均衡で、該第１、第２磁性要素に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させることと、該第１、第２磁性要素の近傍にあるコイルシステムに電流を伝導することとを含む。１つの実施形態では、前記電流は交流である。１つの実施形態では、該磁性要素はそれぞれ永久磁石からなる。１つの実施形態では、該方法は該磁性要素と該コイルシステムの間の相対移動を可能にすることを更に含む。１つの実施形態では、前記相対移動を可能することは、前記コイルシステムに対して前記永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね直線経路に沿って該永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね円形の経路に沿って該永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を回転させることである。１つの実施形態では、該方法は前記不均衡な磁界の圧縮された磁界領域における勾配を最適化することを更に含む。１つの実施形態では、前記コイルシステムは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを備える。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を概ね円形の経路に沿って移動させることである。１つの実施形態では、前記第１磁性要素はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える。
【０００７】
１つの態様では、システムはケースと、該ケース内に収容された電気機械システムであって、コイルシステムと、磁性構造体であって、第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素とを備える磁性構造体と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを間隔を隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するよう配置して、該第１、第２磁性要素に関して不均衡な磁界を発生させるように構成された支持構造体とを備える電気機械システムと、該ケース内に収容されたエネルギー蓄積装置とを備える。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記第２磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい。１つの実施形態では、前記不均衡な磁界は、該磁界が圧縮された領域を含む。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記磁性構造体と前記コイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記磁性構造体が前記コイルシステムに対して移動する時、前記領域が該コイルシステムを通過する。１つの実施形態では、前記コイルシステムは複数のコイルを備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記物理的特性は強さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい。１つの実施形態では、該コイルシステムは絶縁シート上の配線からなる。１つの実施形態では、該コイルシステムは複数の絶縁シート上の複数の配線からなる。１つの実施形態では、該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性構造体の相対円運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記第１磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える。
【０００８】
１つの態様では、電気機械システムは、磁界を生成する第１手段と、磁界を生成する第２手段と、磁界を生成する該第１と第２手段を互いに対して配置して、不均衡で該第１と第２手段に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させる手段と、電流を伝導する手段と、該圧縮された磁界領域と電流を伝導する該手段の間の相対移動を可能にする手段とを備える。１つの実施形態では、磁界を生成する前記第１と第２手段はそれぞれ永久磁石からなる。１つの実施形態では、電流を伝導する前記手段はコイル対を備え、該コイル対の第１コイルは、第１の外周長を有し第１の巻数第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１の外周長と異なる第２の外周長を有し第２の巻数第２方向に巻かれた第２ワイヤからなり、該第２の巻数は該第１の巻数と異なり、該第２方向は該第１方向と異なる。１つの実施形態では、前記第１の巻数は前記第２の巻数より大きく、前記第１の外周長は前記第２の外周長より小さい。１つの実施形態では、電流を伝導する前記手段は、その出力の電位差への前記第１コイルの寄与が、該電位差への前記第２コイルの寄与と同じ極性を有するよう該第１コイルを該第２コイルに結合する結合構成を更に備える。１つの実施形態では、該システムは、電流を伝導する該手段に対する前記領域の相対円運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、磁界を生成する前記第１手段はほぼ半円環状の面を有し、磁界を生成する前記第２手段はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、磁界を生成する前記第１と第２手段の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、電流を伝導する前記手段は、ほぼ円環状のコイルを備える。
【０００９】
１つの態様では、システムは、ほぼ半円環状の面を有する第１磁性要素と、ほぼ半円環状の面を有する第２磁性要素と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを隔て、該第１と第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するように保持するよう構成された支持構造体とを備える。１つの実施形態では、該システムはコイルシステムを更に備える。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は前記第２磁性要素とほぼ同一である。１つの実施形態では、前記第１磁性要素の長さは前記第２磁性要素の長さより長い。１つの実施形態では、前記第１磁性要素はほぼ円筒形の永久磁石からなる。１つの実施形態では、該第１磁性要素は第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有し、該第２磁性要素は該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有し、該支持構造体は該第１磁性要素と該第２磁性要素とを周囲距離より近い距離隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成されている。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記第２磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記第１、第２磁性要素を、大きな勾配の磁界領域を含む不均衡な磁界を生成する位置に保持するよう構成されている。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記磁性要素とコイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記磁性要素が前記コイルシステムに対して移動する時、前記磁界領域が該コイルシステムを通過する。１つの実施形態では、該システムは機械力を受け取り、該機械力の受け取りに応答して電気信号を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは電気信号を受け取り、該電気信号の受け取りに応答して機械力を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは複数のコイルを備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルは軸の周りに第１方向に巻かれた第１コイルと、該軸の周りに該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、該システムは機械動力伝達システムを更に備える。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性要素と前記コイルシステムの間の相対直線移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性要素と前記コイルシステムの間の相対回転運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性要素の相対円運動を可能にするよう構成されている。
【００１０】
１つの態様では、電気機械システムは、第１の強さと、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、該第１の強さとほぼ等しい第２の強さと、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを距離を隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成された支持構造体とを備える磁性構造体と、コイルシステムと、前記コイルシステムに対する該磁性構造体の相対移動を容易にするよう構成された吊り下げシステムとを備える。該磁性構造体は、該磁性構造体に隣接する領域において、該第１の強さの５倍の強さを有する単一の磁石の勾配と少なくとも同程度の大きさの勾配を持つ磁界を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該磁性構造体に隣接する領域の磁界勾配は、該第１の強さの７倍の強さを有する単一の磁石の勾配と少なくとも同程度の大きさである。
【００１１】
１つの態様では、電気機械システムは、第１コイルと、該第１コイルと結合され該第１コイルと不整合の第２コイルとを有するコイルシステムと、該コイルシステムに対して動くよう構成された磁性構造体とを備える。１つの実施形態では、該システムは機械力を受け取り、該機械力の受け取りに応答して電気信号を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは電気信号を受け取り、該電気信号の受け取りに応答して機械力を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該第１コイルは第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該第２コイルは該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の等価直径を有し、前記第２コイルは、該第１の等価直径と異なる第２の等価直径を有する。１つの実施形態では、該磁性構造体は、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを周囲距離より近い距離隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成された支持構造体とを備える。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素は異なる長さを有する。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記第１、第２磁性要素を、大きな勾配の磁界領域を含む該磁性構造体に関して不均衡な磁界を生成する位置に保持するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは機械動力伝達システムを更に備える。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対直線移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対回転運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記第１コイルと前記第２コイルは異なる長さを有する。１つの実施形態では、前記第１コイルと前記第２コイルは異なる幅を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルと前記第２コイルはベクトルに対する異なる断面積を有する。１つの実施形態では、該第１コイルは第１の直径を有する第１ワイヤからなり、該第２コイルは該第１の直径と異なる第２の直径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、該第１コイルは絶縁体層上の配線からなる。１つの実施形態では、該コイルシステムの出力の電位差への前記第１コイルの寄与は、該電位差への前記第２コイルの寄与と同じ極性を有する。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数の不整合のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイル枠を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ半円環状の面を持つ永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ円環状の空洞を備える。
【００１２】
１つの態様では、電力を生成する方法は、不整合のコイル対を結合することと、磁性構造体を該コイル対に対して動かすこととを含む。１つの実施形態では、前記コイル対を結合することは、該コイル対を直列並列構成で結合することである。１つの実施形態では、この方法は前記コイルシステムに発生する電流を整流することを更に含む。１つの実施形態では、この方法はエネルギー蓄積システムにエネルギーを蓄えることを更に含む。１つの実施形態では、この方法は該磁性構造体を用いて圧縮された磁界を生成することを更に含む。１つの実施形態では、前記コイル対は軸の周りに第１方向に巻かれた第１コイルと、該軸の周りに該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、該不整合のコイル対はほぼ円環状のコイル枠に巻かれている。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ半円環状の面を持つ永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ円環状の空洞を備える。
【００１３】
１つの態様では、システムはケースと、該ケース内に収容された電気機械システムであって、磁性構造体と；第１コイルと、該第１コイルに結合され該第１コイルと不整合の第２コイルとを有するコイルシステムと；該磁性構造体と該コイルシステムの相対移動を可能にするよう構成された支持構造体とを備える電気機械システムと、該ケース内に収容され該コイルシステムに結合されたエネルギー蓄積装置とを備える。１つの実施形態では、該磁性構造体は圧縮された磁界を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該圧縮された磁界は該磁性構造体に関して不均衡である。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記第１コイルは第１方向に巻かれ、前記第２コイルは該第１方向と異なる第２方向に巻かれている。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイル枠を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ半円環状の面を持つ永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ円環状の空洞を備える。
【００１４】
１つの態様では、電気機械システムは、磁界を生成する手段と、電流を伝導する第１手段と、該電流伝導第１手段に結合されこれと不整合の電流伝導第２手段とを備えるコイルシステムと、該磁界生成手段と該電流伝導第１、第２手段の間の相対移動を可能にする手段とを備える。１つの実施形態では、該磁界生成手段は複数の永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁界生成手段は圧縮された磁界を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該コイルシステムの出力の電位差への該電流伝導第１手段の寄与は、該電位差への該電流伝導第２手段の寄与と同じ極性を有する。１つの実施形態では、該電流伝導第１手段は絶縁層上の伝導性配線からなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイル枠を備える。１つの実施形態では、該磁界生成手段はほぼ半円環状の面を持つ永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁界生成手段はほぼ円環状の空洞を備える。
【００１５】
１つの態様では、電気機械システムは、ケースと、該ケース内に収容されたコイルシステムと、該ケース内に収容されたエネルギー蓄積システムと、該ケース内に収容され同じ極が対向するよう互いに隔てられた複数の磁性要素を備える磁性構造体と、該磁性構造体と該コイルシステムの相対移動を容易にするよう構成された吊り下げシステムとを備える。１つの実施形態では、該電気機械システムは、該コイルシステムと該エネルギー蓄積システムとに結合されたエネルギー移送制御システムを更に備える。１つの実施形態では、該ケースは３．２立方インチ未満の内容積を有する。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の正弦波励振に応答して、該エネルギー蓄積システムに約１８．２４ジュールのエネルギーを蓄えるよう構成されている。１つの実施形態では、該エネルギー蓄積システムはスーパーコンデンサを備える。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の正弦波励振に応答して、該エネルギー蓄積システムに１８ジュール以上のエネルギーを蓄えるよう構成されている。１つの実施形態では、該エネルギー蓄積システムの電圧レベルは約３Ｖである。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の方形波励振に応答して、該エネルギー蓄積システムに１６ジュール以上のエネルギーを蓄えるよう構成されている。１つの実施形態では、該エネルギー蓄積システムの電圧レベルは約２．８３Ｖである。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の正弦波励振に応答して、１４ジュール以上のエネルギーを１８０オームの負荷に約２．７Ｖの電圧レベルで提供するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の正弦波励振に応答して、１１ジュール以上のエネルギーを９０オームの負荷に約２．４Ｖの電圧レベルで提供するよう構成されている。
【００１６】
図面内の要素のサイズ及び相対的位置は必ずしも一様な倍率で描かれていない。例えば、様々な要素の形及び角度は一様な倍率で描かれておらず、幾つかの要素は図面の見易さを改善するために拡大され配置されている。また、これらの要素の描かれた特定の形は、必ずしも実際の形についての情報を伝えることを意図されておらず、理解のし易さのためだけに選択されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】バイメタルコイルの実施形態の直径に沿った断面図である。
【図２】本発明に係る多コイルシステムの実施形態の側平面図である。
【図３】本発明に係る多コイルシステムの別の実施形態の側平面図である。
【図４】本発明に係る多コイルシステムの別の実施形態の上面図である。
【図５】図４の多コイルシステムの実施形態の底面図である。
【図６】図４の多コイルシステムの実施形態の別の上面図である。
【図７】図４の多コイルシステムの実施形態の側断面図である。
【図８】本発明に係る多コイルシステムの別の実施形態の側断面図である。
【図９】図８の多コイルシステムの実施形態で使用するのに適した層の実施形態の上面図である。
【図１０】図８の多コイルシステムの実施形態で使用するのに適した配線の実施形態の側断面図である。
【図１１】図８の多コイルシステムの実施形態で使用するのに適した層の別の実施形態の上面図である。
【図１２】図８の多コイルシステムの実施形態で使用するのに適した配線の別の実施形態の側断面図である。
【図１３】本発明に係る多コイルシステムの別の実施形態の側断面図である。
【図１４】多コイルシステムの実施形態におけるコイル対の相対的位置を示す機能ブロック図である。
【図１５】図１４に示したコイル対の直列並列結合の実施形態を例示する機能ブロック図である。
【図１６Ａ】永久磁石によって生成された磁束を例示する図である。
【図１６Ｂ】永久磁石によって生成された磁束を例示する図である。
【図１７Ａ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの永久磁石によって生成された磁束を例示する図である。
【図１７Ｂ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの永久磁石によって生成された磁束を例示する図である。
【図１８Ａ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図１８Ｂ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図１９Ａ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の別の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図１９Ｂ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の別の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図２０Ａ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の別の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図２０Ｂ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の別の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図２１】不均衡な磁性構造体の別の実施形態の側断面図である。
【図２２】不均衡な磁性構造体の別の実施形態の側断面図である。
【図２３】バッテリーの実施形態の直径に沿った断面図である。
【図２４】バッテリーの別の実施形態の側断面図である。
【図２５】電気機械システムの実施形態の直径に沿った断面図である。
【図２６】電気機械システムの別の実施形態の直径に沿った断面図である。
【図２７】不均衡な磁性構造体の別の実施形態の側断面図である。
【図２８】コイルシステムの別の実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
下記の記載において、装置、方法、及び物品の様々な実施形態の完全な理解を提供するために特定の細部が説明される。しかし、当業者は、これらの細部を備えていない他の実施形態が実施可能であることを理解するであろう。それら以外には、実施形態の説明を不必要に分かりにくくするのを避けるために、磁性構造体、コイル、バッテリー、リニア発電機、及び制御システムに関連する周知の構造と方法は詳細には記載されていない。
【００１９】
文脈から他の意味であると考えられるのでなければ、下記の説明と請求項において、「を備える」とその変形「からなる」等は、「をこれらに限定されないが含む」と解釈されるべきである。
【００２０】
本明細書において、「１つの実施形態」はその実施形態に関して説明される特定の特徴、構造、又は特色が１つ以上の実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の様々な箇所の「１つの実施形態において」は、必ずしも同じ実施形態、又は全ての実施形態を指してはいない。また、１つ以上の実施形態の様々な特定の特徴、構造、又は特色は適切に組合されて、他の実施形態を形成してもよい。
各見出しは便宜のためだけに提供され、本開示または本発明の範囲又は意味を説明してはいない。
【００２１】
図１は、バイメタルコイル１００の実施形態の直径に沿った断面図である。コイル１００は非磁性巻付枠１０２と、非磁性電気伝導性巻線１０４と、磁気伝導性巻線１０６とを備える。電気伝導性巻線１０４等の電気伝導性巻線を磁気伝導性巻線１０６等の磁気伝導性巻線と一緒に使用することは、コイルの電気伝導性巻線、例えばコイル１００の巻線１０４を通過するか、又はそれによって生成された磁界の集中を容易にする。磁界の集中はコイル１００の効率をずっと高めることができる。例えば、コイル１００が発電機に使用されると、磁性構造体がコイル１００内を通過する時、電気伝導性巻線１０４は電子流を生成し、一方、磁気伝導性巻線１０６は電気伝導性巻線１０４内に磁束を集中させ、コイル１００から出力される電力を増加させる。
【００２２】
電気伝導性巻線１０４の第１層１０８と第２層１１０は巻付枠１０２に巻かれている。１つの実施形態において、電気伝導性巻線１０４は一繋がりになっている。他の実施形態では、電気伝導性巻線１０４は電気的に直列又は並列に接続されていてもよい複数の巻線からなっていてもよい。磁気伝導性巻線１０６の第１層１１２は、電気伝導性巻線１０４の第２層１１０の上に巻かれている。電気伝導性巻線１０４の第３層１１４と第４層１１６は、磁気伝導性巻線１０６の第１層１１２の上に巻かれている。磁気伝導性巻線１０６の第２層１１８は、電気伝導性巻線１０４の第４層１１６の上に巻かれている。電気伝導性巻線１０４の第５層１１９は、磁気伝導性巻線１０６の第２層１１８の上に巻かれている。
【００２３】
電気伝導性巻線１０４は任意の適切な電気伝導性材料、例えば金属材料、例えば銅、銀又はスズが被覆された銅、アルミニウム、銀、金、及び／又は合金でできていてよい。電気伝導性巻線１０４は、例えば単線、束線、撚線、絶縁束線、シート、又はこれらの組合せからなっていてもよい。例えばリッツ線を使用してもよい。電気伝導性巻線１０４は図示したものとサイズが大きく異なり、ずっと小さくても、ずっと大きくてもよい。電気伝導性巻線１０４は通常、絶縁材料１２０で被覆されている。電気伝導性巻線１０４はリード１２２、１２４に結合され、コイル１００となる。
【００２４】
磁気伝導性巻線１０６は任意の適切な磁気伝導性材料、例えば磁気遮蔽材料、例えばニッケル、ニッケル／鉄合金、ニッケル／スズ合金、ニッケル／銀合金、プラスチック磁気遮蔽材、及び／又はニッケル／鉄／銅／モリブデン合金でできていてよい。磁気遮蔽材料は、MuMetal（登録商標）、Hipernom（登録商標）、HyMu 80（登録商標）、及びPermalloy（登録商標）を含む幾つかの商標のものが商業上入手可能である。磁気伝導性巻線１０６は、例えば単線、束線、撚線、絶縁束線、シート、又はこれらの組合せからなっていてもよい。磁気伝導性巻線１０６は図示したものとサイズが大きく異なり、ずっと小さくても、ずっと大きくてもよい。磁気伝導性巻線１０６は通常、絶縁材料１２６で被覆されている。磁気伝導性巻線１０６は、接続１２８で示されるように閉ループを形成し、図示のように接地１３０に接続されている。
【００２５】
電気伝導性巻線と磁気伝導性巻線の層の他の構成を使用してもよい。例えば、例示のように２層の電気伝導性巻線が１層の磁気伝導性巻線と交互になっている代わりに、ｍ、ｎを正の整数としてｍ個の層の電気伝導性巻線がｎ個の層の磁気伝導性巻線と交互になっていてもよい。別の実施例では、ｍ、ｎは一定である必要はない。例えば、層の数は増加しても、又は減少してもよい。層パターンの例は、２Ｅ、１Ｍ、３Ｅ、２Ｍ、４Ｅであり、Ｅは電気伝導性層を、Ｍは磁気伝導性層を表す。
【００２６】
通常、第１層と最終層は電気伝導性巻線１０４の層である。１つの実験では、第１層と最終層が電気伝導性巻線１０４である構成は、発電機の用途において、最終層が磁気伝導性巻線１０６である場合より良好な性能を示した。別の例では、複数の電気伝導性巻線を使用してよい。バイメタルコイルの別の実施形態は、２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されている。
【００２７】
図２は、多コイルシステム２００の実施形態の機能ブロック図である。システム２００は第１コイル２０２と、第２コイル２０４と、コイル枠２０６とを備える。例示のように、該２つのコイル２０２、２０４は単一のコイル枠２０６に巻かれている。幾つかの実施形態では、別々のコイル枠が該第１、第２コイルのために使用されてもよい。幾つかの実施形態では、コイル枠の直径は異なってもよい。例示のように、コイル枠２０６は円筒形である。ほぼ円環状のコイル枠（図２８を参照）等の他の形のコイル枠を使用してもよい。ほぼ円環状のコイル枠は、真に円環状のコイル枠、製造許容差を反映した円環状コイル枠、又は楕円形コイル枠等の変形円環状のコイル枠である。
【００２８】
第１コイル２０２はワイヤ２０８からなる。ワイヤ２０８は巻線２０７の形態にコイル枠２０６に第１数ｎ回巻かれている。ワイヤ２０８は第１厚み２１０で決まる外周長を有する。ワイヤが丸い場合、この厚みはワイヤの直径であり、この外周長はワイヤの円周である。直径は円周と次の関係がある：
円周＝π＊直径
【００２９】
また、ワイヤ２０８は、ベクトルに対するワイヤの断面積をその外周長で割った値である等価直径を有する。丸いワイヤの場合、等価直径は次のように定義されてよい：
等価直径＝直径／外周長
幾つかの実施形態では、異なる形状のワイヤを使用してもよい。丸いワイヤを使用する必要はない。
【００３０】
第１コイル２０２は方向矢印２１２が示す第１方向（Ｙ）に巻かれている。第１コイル２０２は第１リード２１４と第２リード２１６とを有している。第２コイル２０４はワイヤ２１８からなる。ワイヤ２１８は巻線２１７の形態にコイル枠２０６に第２数ｍ回巻かれている。ワイヤ２１８が丸い場合、ワイヤ２１８は第２厚み２２０又は直径で決まる円周を有する。第２コイル２０４は方向矢印２２２が示す第２方向（Ｚ）に巻かれている。第２コイル２０４は第１リード２２４と第２リード２２６とを有している。コイル２０２、２０４の巻線２０７、２１７の細部は図示を容易にするために省略されている。例えばコイル２０２、２０４は通常それぞれ巻線２０７、２１７の複数の層を有する。幾つかの実施形態では、コイル２０２、２０４の巻数は例えば数百である。
【００３１】
ワイヤ２０８、２１８は任意の適切な電気伝導性材料、例えば金属材料、例えば銅、銀又はスズが被覆された銅、アルミニウム、銀、金、及び／又は合金でできていてよい。ワイヤ２０８、２１８は、例えば単線、束線、撚線、絶縁束線、シート、又はこれらの組合せであってもよい。例えばリッツ線を使用してもよい。コイル２０２、２０４は図示したものとサイズが大きく異なり、ずっと小さくても、ずっと大きくてもよい。ワイヤ２０８、２１８は通常、絶縁材料で被覆されている（図１の絶縁材料１２０を参照）。
【００３２】
また、システム２００は、コイル枠２０６を通り一点鎖線で示した軸２３０に沿って動くよう構成された省略可能な磁性構造体２２８を有する。例えば吊り下げシステム（例えば図７の吊り下げシステム４３２を参照）を、磁性構造体２２８がコイル枠２０６を通り軸２３０に沿って運動するのを容易にするために使用してもよい。磁性構造体２２８は従来の単一の磁石であっても、又は他の磁性構造体、例えば下記又は２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、８５８号に記載された構造体を使用してもよい。例示のように、磁性構造体２２８はコイル枠２０６を通り概ね直線経路に沿って動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、磁性構造体２２８はコイル枠２０６を通り他の経路に沿って動くよう構成されてもよい。例えば円環状のコイルの場合、概ね円形の経路であってもよい（図２８を参照）。
【００３３】
例示のように、第１、第２コイル２０２、２０４は１つ以上の物理的特性が異なる点で不整合である。コイルの物理的特性の例は、長さ、幅、直径、ベクトルに対する断面積、等価直径、及び導電率を含む。例示のように、少なくとも２つの物理的特性が異なる。具体的には、第１厚み２１０は第２厚み２２０より小さく、第１巻数ｎは第２巻数ｍより大きい。また、第１方向Ｙは第２方向Ｚと異なる。幾つかの実施形態では、第１コイル２０２の巻線２０７の巻数ｎは、第２コイル２０４の巻線２１７の巻数ｍと同じか、又は小さくてもよい。幾つかの実施形態では、第１厚み２１０は第２厚み２２０と同じか、又は大きくてもよい。システム２００を例えば発電機として使用し、コイル枠２０６を通る磁性構造体２２８の運動に応答して電気エネルギーを生成してもよい。
【００３４】
例示のように、第１コイル２０２の第１リード２１４は第２コイル２０４の第２リード２２６に結合されている。省略可能な負荷２３２が第１コイルの第２リード２１６と第２コイルの第１リード２２４の間に結合されている。本実施形態において、コイル枠２０６を通る磁性構造体２２８の移動に応答して第１コイル２０２の第２リード２１６と第２コイル２０４の第１リード２２４の間に生成される電位差Ｖに、第１、第２コイル２０２、２０４の両方が同じ極性の電位差成分を提供するが、第１コイル２０２が電位差Ｖの最も大きな電圧成分を提供する。また、移動に応答して負荷２３２を流れる１つの方向の電流ｉにコイル２０２、２０４の両方が寄与するが、第２コイル２０４が電流ｉの最も大きな成分を提供する。
【００３５】
幾つかの実施形態では、第１コイル２０２は第２コイル２０４に別の仕方で結合されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル２０２の第１リード２１４は第２コイル２０４の第１リード２２４に結合され、負荷２３２は第１コイル２０２の第２リード２１６と第２コイル２０４の第２リード２２６の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル２０２の第２リード２１６は第２コイル２０４の第１リード２２４に結合され、負荷２３２は第１コイル２０２の第１リード２１４と第２コイル２２４の第２リード２２６の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル２０２の第２リード２１６は第２コイル２０４の第２リード２２６に結合され、負荷２３２は第１コイル２０２の第１リード２１４と第２コイル２０４の第１リード２２４の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル２０２の第１リード２１４は第２コイル２０４の第１リード２２４に結合され、第１コイル２０２の第２リード２１６は第２コイル２０４の第２リード２２６に結合され、負荷２３２はこの結合されたリードの対に結合されてもよい。
【００３６】
幾つかの実施形態は、追加のコイル及び／又は様々な仕方で結合されたコイル対を使用してよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してよい。例えば図１のバイメタルコイル１００を参照。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル２０２、第２コイル２０４、又は両方のコイルはバイメタルコイルであってよい。幾つかの実施形態では、磁性構造体２２８は、第１、第２コイル２０２、２０４を通るのでなくコイル２０２、２０４の傍に沿って動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイルは、コイル枠に巻かれたワイヤの代りに、又は追加して、結合されたワイヤ片の列からなってもよい。
【００３７】
図３は、多コイルシステム３００の別の実施形態の機能ブロック図である。システム３００は第１コイル３０２と、第２コイル３０４と、コイル枠３０６とを備える。例示のように、該２つのコイル３０２、３０４は単一のコイル枠３０６に巻かれている。幾つかの実施形態では、別々のコイル枠が該第１、第２コイル３０２、３０４のために使用されてもよい。幾つかの実施形態では、コイル枠の直径は異なってもよい。
【００３８】
第１コイル３０２は第１厚み３１０のワイヤ３０８を備え、ワイヤ３０８は方向矢印３１２が示す第１方向（Ｙ）にコイル枠３０６に第１数ｎ回巻かれている。第１コイル３０２は第１リード３１４と第２リード３１６とを有している。第２コイル３０４は第２厚み３２０のワイヤ３１８を備え、ワイヤ３１８は方向矢印３１２が示す同じ第１方向（Ｙ）にコイル枠３０６に第２数ｍ回巻かれている。幾つかの実施形態では、コイルの巻数は例えば数百であってもよい。第２コイル３０４は第１リード３２４と第２リード３２６とを有している。コイル３０２、３０４の巻線３０７、３１７の細部は図示を容易にするために省略されている。例えばコイル３０２、３０４は通常それぞれ巻線の複数の層を有している。ワイヤ３０８、３１８は任意の適切な電気伝導性材料でできていてよく、通常図２のワイヤ２０８、２１８に関して説明したように絶縁材料で被覆されている。外周長と等価直径がワイヤ３０８、３１８に対して規定されてよい。
【００３９】
また、システム３００は、コイル枠３０６を通り一点鎖線で示した軸３３０に沿って動くよう構成された省略可能な磁性構造体３２８を有する。例えば吊り下げシステム（例えば図７の吊り下げシステム４３２を参照）を、磁性構造体３２８がコイル枠３０６を通り軸３３０に沿って運動するのを容易にするために使用してもよい。磁性構造体３２８は従来の単一の磁石であっても、又は他の磁性構造体、例えば下記又は２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、８５８号に記載された構造体を使用してもよい。
【００４０】
例示のように、第１厚み３１０は第２厚み３２０より小さく、第１巻数ｎは第２巻数ｍより大きい。従って、コイル３０２、３０４は不整合である。幾つかの実施形態では、第１コイル３０２の巻数ｎは、第２コイル３０４の巻数ｍと同じか、又は小さくてもよい。幾つかの実施形態では、第１厚み３１０は第２厚み３２０と同じか、又は大きくてもよい。システム３００を例えば発電機として使用し、コイル枠３０６を通る磁性構造体３２８の運動に応答して電気エネルギーを生成してもよい。
【００４１】
例示のように、第１コイル３０２の第２リード３１６は第２コイル３０４の第１リード３２４に結合されている。省略可能な負荷３３２が第１コイル３０２の第１リード３１４と第２コイル３０４の第２リード３２６の間に結合されている。本実施形態において、コイル枠３０６を通る磁性構造体３２８の移動に応答して第１コイル２０２の第１リード３１４と第２コイル３０４の第２リード３２６の間に生成される電位差Ｖに、第１、第２コイル３０２、３０４の両方が同じ極性の電位差成分を提供するが、第１コイル３０２が電位差Ｖの最も大きな電圧成分を提供する。また、移動に応答して負荷３３２を流れる１つの方向の電流ｉにコイル３０２、３０４の両方が寄与するが、第２コイル３０４が電流ｉの最も大きな成分を提供する。
【００４２】
幾つかの実施形態では、第１コイル３０２は第２コイル３０４に別の仕方で結合されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル３０２の第１リード３１４は第２コイル３０４の第１リード３２４に結合され、負荷３３２は第１コイル３０２の第２リード３１６と第２コイル３０４の第２リード３２６の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル３０２の第１リード３１４は第２コイル３０４の第２リード３２６に結合され、負荷３３２は第１コイル３０２の第２リード３１６と第２コイル３０４の第１リード３２４の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル３０２の第２リード３１６は第２コイル３０４の第２リード３２６に結合され、負荷３３２は第１コイル３０２の第１リード３１４と第２コイル３０４の第１リード３２４の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル３０２の第１リード３１４は第２コイル３０４の第１リード３２４に結合され、第１コイル３０２の第２リード３１６は第２コイル３０４の第２リード３２６に結合され、負荷３３２はこの結合されたリードの対に結合されてもよい。
【００４３】
幾つかの実施形態は、追加のコイル及び／又は様々な仕方で結合されたコイル対を使用してよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル３０２、第２コイル３０４、又は両方のコイルはバイメタルコイルであってよい（図１のバイメタルコイル１００を参照）。幾つかの実施形態では、磁性構造体３２８は、第１、第２コイル３０２、３０４を通るのでなくコイル３０２、３０４の傍に沿って動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイルは、コイル枠に巻かれたワイヤの代りに、又は追加して、結合されたワイヤ片の列からなってもよい。
【００４４】
図４〜図７は不整合のコイルを使用する多コイルシステム４００の別の実施形態を示す。図４〜図７は図示を容易にするために一様な倍率では描かれていない。図４は多コイルシステム４００の上面図である。多コイルシステム４００は上面４０４を有する絶縁体層４０２を備える。絶縁体層４０２は、例えば集積回路板、基板、又は絶縁体の薄膜又はシートからなる。商業上入手可能な絶縁材料は、例えば商標Mylar（登録商標）のものが販売されている。第１電気伝導性巻線又は配線４０６が絶縁体層４０２の上面４０４上の第１コイル４０８を形成する。第１電気伝導性配線４０６は任意の適切な電気伝導性材料、例えば銅、アルミニウム、金、銀、合金等でできていてよい。基板上に配線を形成するための周知の技法、例えばＲＦＩＤ装置及びアンテナに関して使用される技法を使用してもよい。絶縁体層４０２は開口４１０を有する。電気伝導性配線４０６は第１厚み４１２を有し、上から見て第１方向（Ｙ）に開口４１０の周りに巻かれている。また、第１電気伝導性配線４０６は第１巻数ｎを有する（図では４巻き）。配線４０６は必ずしも一様な倍率では描かれていないし、任意の巻数ｎを使用してよい。小型の発電機で使用する典型的な実施形態は、例えば１巻き〜５０巻きを有する。第１コイル４０８は第１端子４１４と第２端子４１６とを有する。
【００４５】
図５は図４の多コイルシステム４００の実施形態の底面図である。絶縁体層４０２は下面４１８を有する。第２電気伝導性巻線又は第２配線４２０が絶縁体層４０２の下面４１８上の第２コイル４２２を形成する。第２電気伝導性配線４２０は任意の適切な電気伝導性材料、例えば銅、アルミニウム、金、銀、合金等でできていてよい。基板上に配線を形成するための周知の技法、例えばＲＦＩＤ装置及びアンテナに関して使用される技法を使用してもよい。電気伝導性配線４２０は第２厚み４２４を有し、上から見て第２方向（Ｚ）に開口４１０の周りに巻かれている。第２電気伝導性配線４２０は第２巻数ｍを有する（図では２巻き）。配線４２０は必ずしも一様な倍率では描かれていないし、任意の巻数ｍを使用してよい。小型の発電機で使用する典型的な実施形態は、例えば１巻き〜５０巻きを有する。第２コイル４２２は第１端子４２６と第２端子４２８とを有する。
【００４６】
図４に例示したように、第１方向Ｙは、上から見て開口４１０に対して時計回りである。第２方向Ｚは、上から見て開口４１０に対して反時計回りである。しかし、下から見ると（図５に示すように）、第２方向Ｚは、開口４１０に対して時計回りである。図６はシステム４００の別の上面図であり、同じ視点、即ち、上から見て第１方向Ｙは第２方向Ｚと反対であることを示す。幾つかの実施形態では、第１、第２コイル４０８、４２２は両方とも、同じ視点、例えば上から見て同じ方向（例えば方向Ｙ）に開口４１０の周りに巻かれてもよい。
【００４７】
図７は図４〜図６に示した多コイルシステム４００の実施形態の側面図であり、省略可能な磁性構造体４３０と、磁性構造体４３０が開口４１０を通過するのを容易にする吊り下げシステム４３２とを示す。図示を容易にするために、幾つかの細部が図７から省略されている。システム４００は発電機として動作し開口４１０を通る磁性構造体４３０の運動に応答して電気エネルギーを生成するよう構成されてもよい。また、システム４００はモーターとして動作し電気エネルギーのコイル４０８、４２２への印加に応答して磁性構造体４３０を動かすよう構成されてもよい。本実施形態において、発電機として構成された場合、第１コイル４０８の第１端子４１４が第２コイル４２２の第２端子４２８に結合されると、第１、第２コイル４０８、４２２を通る磁性構造体４３０の通過に応答して第１コイル４０８の第２端子４１６と第２コイル４２２の第１端子４２６の間に生成される電位差に、第１、第２コイル４０８、４２２の両方が同じ極性の電圧成分を提供するが、第１コイル４０８が該電位差の最も大きな電圧成分を提供する。また、移動に応答する１つの方向の電流ｉにコイル４０８、４２２の両方が寄与するが、第２コイル４２２が電流ｉの最も大きな成分を提供する。
【００４８】
幾つかの実施形態は、追加のコイル及び／又は様々な仕方で結合されたコイル対を使用してよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル４０８、第２コイル４２２、又は両方のコイルはバイメタルコイルであってよい（図１のバイメタルコイル１００及び２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されたバイメタルコイルを参照）。幾つかの実施形態では、磁性構造体４３０は、第１、第２コイル４０８、４２２を通るのでなくコイル４０８、４２２の傍に沿って、又は周りを動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイルは、巻かれた配線の代りに、又は追加して、結合された配線片の列からなってもよい。
【００４９】
図８〜図１１は不整合のコイルを使用する多コイルシステム８００の別の実施形態を示す。図８は多コイルシステム８００の側断面図である。システム８００は第１コイル８０２と第２コイル８０４とを備える。第１コイル８０２は第２コイル８０４と異なる少なくとも１つの物理的特性又は特徴を有する。
【００５０】
第１コイル８０２はｎ個の積重ねられた絶縁体層８０６を備える。図９は第１コイル８０２の層８０６の実施形態の上面図である。任意の数ｎ個の絶縁体層８０６を積重ねて第１コイル８０２としてよい。例えば幾つかの実施形態は単一の絶縁体層８０６を備え、他の実施形態は数百の絶縁体層８０６を使用してよい。絶縁体層８０６は、例えば集積回路板、基板、又は絶縁体の薄膜又はシートからなってよい。商業上入手可能な絶縁材料は、例えば商標Mylar（登録商標）のものが販売されている。各絶縁体層８０６は図９により詳細に示すように、その中央孔８１０の周りに上から見て第１方向（Ｙ）に巻かれた電気伝導性配線８０８を有する。電気伝導性配線８０８は任意の適切な電気伝導性材料、例えば銅、アルミニウム、金、銀、合金等でできていてよい。基板上に配線を形成するための周知の技法、例えばＲＦＩＤ装置及びアンテナに関して使用される技法を使用してもよい。第１リード８１２は電気配線８０８の第１端８１４（図９を参照）に結合され、第２リード８１６は電気配線８０８の第２端８１８（図９を参照）に結合される。例示のように、各配線８０８は深さ８０９と幅８０７（図１０を参照）によって規定される外周長８１１を有する。具体的には、例示のように、配線８０８の外周長は次のように規定される：
外周長＝２＊（配線の深さ）＋２＊（配線の幅）
【００５１】
配線８０８の外縁は直線である必要はない。従って、外周長８１１は他の寸法によって規定されてもよい。配線８０８は磁界（例えば図１６〜図２０に示した磁束線によって表わされる磁界を参照）に対して相対移動する時、等価直径を有する。これは相対移動ベクトルに対するコイル８０４の向きに基づいて変わる。等価直径は相対移動ベクトルに垂直なコイルの断面積をコイルの外周長で割った値として定義されてもよい。例えば磁性構造体８４０が絶縁体層８０６に垂直な軸８４２に沿ってコイル８０２に対して移動する時、第１コイル８０２の直線外縁の配線８０８の等価直径は次のように表わすことができる：
等価直径＝（配線の幅）／（配線の外周長）
例示の配線８０８は完全な一巻きを形成していない。幾つかの実施形態は図４〜図７に例示したような１以上の巻数を有する配線を使用してもよい。配線の巻数を追加すると、該配線の等価直径は増加する。配線は曲がっていなくてもよい。例えば、幾つかの実施形態は直線部分群からなる配線を使用してもよい。配線群からなるコイルの等価直径は、該配線群の等価直径の和として表わすことができる。
【００５２】
第２コイル８０４はｍ個の積重ねられた絶縁体層８２０を備える。図１１は第２コイル８０４の層８２０の実施形態の上面図である。任意の数ｍの絶縁体層８２０を積重ねて第２コイル８０４としてよい。例えば幾つかの実施形態は単一の絶縁体層８２０を備え、他の実施形態は数百の絶縁体層８２０を使用してよい。絶縁体層８２０は、例えば集積回路板、基板、又は絶縁体の薄膜又はシートからなってよい。商業上入手可能な絶縁材料は、例えば商標Mylar（登録商標）のものが販売されている。各絶縁体層８２０は図１１により詳細に示すように、その中央孔８２４の周りに第２方向（Ｚ）に巻かれた電気伝導性配線８２２を有する。電気伝導性配線８２２は任意の適切な電気伝導性材料、例えば銅、アルミニウム、金、銀、合金等でできていてよい。基板上に配線を形成するための周知の技法、例えばＲＦＩＤ装置及びアンテナに関して使用される技法を使用してもよい。第１リード８２６は電気配線８２２の第１端８２８（図１１を参照）に結合され、第２リード８３０は電気配線８２２の第２端８３２（図１１を参照）に結合される。例示のように、各配線８２２は配線８０８に関して説明したように深さ８２３と幅８２１（図１２を参照）によって規定される外周長８２５を有する。配線８２２の外縁は直線である必要はない。従って、外周長８２５は他の寸法によって規定されてもよい。第２コイル８０４の配線８２２は、第１コイル８０２の配線８０８に関して説明したように磁界に対して相対移動する時、等価直径を有する。例示の配線８２２は完全な一巻きを形成していない。幾つかの実施形態は図４〜図７に例示したような１以上の巻数を有する配線を使用してもよい。
【００５３】
中空の管であってよい省略可能なコイル枠８３４がコイル８０２、８０４の開口８１０、８２４に嵌合する。コイル８０２、８０４の配線８０８、８２２のそれぞれの外周長８１１、８２５は同じでも異なってもよい。幾つかの実施形態では、第１コイル８０２の配線８０８の深さ８０９は、第２コイル８０４の配線８２２の深さ８２３と同じである。幾つかの実施形態では、第１、第２コイル８０２、８０４の配線８０８、８２２は異なる深さを有してよい。幾つかの実施形態では、第１コイル８０２の配線８０８の幅８０７は、第２コイル８０４の配線８２２の幅８２１と同じである。幾つかの実施形態では、第１、第２コイル８０２、８０４の配線８０８、８２２は異なる幅を有してよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイル８０２、８０４の配線８０８、８２２は異なる等価直径を有してもよい。
【００５４】
システム８００は発電機として動作し第１コイル８０２と第２コイル８０４を通る磁性構造体８４０の移動に応答して電気エネルギーを生成するよう構成されてもよい。例えば、第１コイル８０２の第１リード８１２が第２コイル８０４の第２リード８３０に結合され、ｎがｍより大きく、第１コイル８０２の配線８０８の等価直径が第２コイル８０４の配線８２２の等価直径より小さい場合、第１、第２コイル８０２、８０４を通る磁性構造体８４０の通過に応答して第１コイル８０２の第２リード８１６と第２コイル８０４の第１リード８２６の間に生成される電位差に、第１、第２コイル８０２、８０４の両方が同じ極性の電圧成分を提供するが、第１コイル８０２が該電位差の最も大きな電圧成分を提供する。また、移動に応答する１つの方向の電流ｉにコイル８０２、８０４の両方が寄与するが、第２コイル８０４が電流ｉの最も大きな成分を提供する。システム８００はモーターとして動作するよう構成されてもよい。例示のように、コイル枠８３４はコイル８０２、８０４を通る磁性構造体８４０の概ね直線移動を可能にする。他の経路を使用してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、磁性構造体８４０は概ね円形の経路に沿ってコイル８０２、８０４に対して動くよう構成されてもよい。例えば円環状コイルシステム（図２８を参照）を使用してもよい。
【００５５】
幾つかの実施形態は、追加のコイル及び／又は様々な仕方で結合されたコイル対を使用してよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル８０２、第２コイル８０４、又は両方のコイルはバイメタルコイルであってよい（図１のバイメタルコイル１００及び２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されたバイメタルコイルを参照）。幾つかの実施形態では、磁性構造体８４０は、軸８４２に一致するベクトルに沿って第１、第２コイル８０２、８０４を通るのでなくコイル８０２、８０４に対して別のベクトルに沿って動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイルは、カーブした配線片の代りに、又は追加して、結合された真直ぐな配線片の列からなってもよい。
【００５６】
図１３は４つのコイル１０２、１０４、１０６、１０８を備えた多コイルシステム１００の実施形態の側断面図である。コイル１０２、１０４、１０６、１０８の細部は図示を容易にするために省略されている。システム１００の実施形態は、例えば、図１〜図１２に例示したコイル、又は２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されたコイルに類似したコイルを使用してもよい。システム１００は共通のコイル枠１１０を有する。幾つかの実施形態は追加のコイル枠を使用してもよい。第１コイル１０２は上から見ると矢印１１２が示すようにコイル枠１１０に対して時計回りに巻かれている。第２コイル１０４は上から見ると矢印１１４が示すようにコイル枠１１０に対して反時計回りに巻かれている。第１、第２コイル１０２、１０４は整合していても、又は不整合であってもよい。第１コイル１０２と第２コイル１０４は、例えば、異なる等価直径、異なる巻数、又はこれらの組合せを有するコイルを使用することで不整合となる。第３コイル１０６は上から見ると矢印１１６が示すようにコイル枠１１０に対して時計回りに巻かれている。第４コイル１０８は上から見ると矢印１１８が示すようにコイル枠１１０に対して反時計回りに巻かれている。第３、第４コイル１０６、１０８は整合していても、又は不整合であってもよい。第１コイル１０２は上リード１２０と下リード１２２を有する。第２コイル１０４は上リード１２４と下リード１２６を有する。第３コイル１０６は上リード１２８と下リード１３０を有する。第４コイル１０８は上リード１３２と下リード１３４を有する。磁性構造体１３６は、コイル枠１１０を通って磁性構造体１３６を動かすよう構成された吊り下げシステム１３８に結合されている。幾つかの実施形態は追加のコイル、又は整合した又は不整合のコイル対を使用してもよい。
【００５７】
例示のように、第１コイル１０２の上リード１２０は第３コイル１０６の下リード１３０と結合され、第２コイル１０４の上リード１２４は第４コイル１０８の下リード１３４と結合され、第１コイル１０２の下リード１２２は第２コイル１０４の下リード１２６と結合され、第３コイル１０６の上リード１２８は第４コイル１０８の上リード１３２と結合されている。第１出力１４０は第１、第２コイル１０２、１０４の下リード１２２、１２６に結合されている。第２出力１４２は第３、第４コイル１０６、１０８の上リード１２８、１３２に結合されている。このコイル結合は直列並列構成と表現される。幾つかの実施形態は、コイル１０２、１０４、１０６、１０８と出力１４０、１４２とを他の構成で結合してもよい。追加のコイル対を直列並列構成で結合してもよい。例えば下記の図１４、図１５を参照。
【００５８】
図１３に示したシステム１００は発電機として動作しコイル枠１１０を通る磁性構造体１３６の移動に応答して電気エネルギーを生成するよう構成されてもよい。本実施形態では、第１コイル１０２と第３コイル１０６は、第２コイル１０４と第４コイル１０８より大きな巻数を有する場合、コイル１０２、１０４、１０６、１０８を通る磁性構造体の通過に応答して第１出力１４０と第２出力１４２の間に生成される電位差Ｖに、コイル１０２、１０４、１０６、１０８の全てが同じ極性の電圧成分を提供するが、第１、第３コイル１０２、１０６が電位差Ｖの最も大きな電圧成分を提供する。また、第２、第４コイル１０４、１０８の等価直径は第１、第３コイル１０２、１０６の等価直径より大きく、負荷（図３の負荷３３２を参照）が出力１４０、１４２の間に結合された場合、移動に応答する１つの方向の電流ｉにコイル１０２、１０４、１０６、１０８の全てが寄与するが、第２、第４コイル１０４、１０８が電流ｉの最も大きな成分を提供する。システム１００はモーターとして動作するよう構成されてもよい。
【００５９】
図１４、図１５はＮ個のコイル対２０２を備えたシステム２００の実施形態を例示する。図１４は軸２０４に沿ったコイル対２０２の相対的位置を例示する。各コイル対２０２は第１コイルＡと第２コイルＢとを有する。各コイルは「＋」と表記された第１リードと「−」と表記された第２リードとを有する。図１５はコイル対２０２群を直列並列構成で結合することを例示する機能ブロック図である。コイル対２０２群の第１コイルＡは降順に直列に結合され第１アーム２０６を形成する。コイル対２０２群の第２コイルＢは降順に直列に結合され第２アーム２０８を形成する。第１アーム２０６と第２アーム２０８は並列に結合されている。第１リード２１０は結合アーム２０６、２０８の第１端２１２に結合されている。第２リード２１４は結合アーム２０６、２０８の第２端２１６に結合されている。
【００６０】
コイルは磁石と一緒に頻繁に装置と用途において使用される。図１６Ａ、図１６Ｂは従来の磁性構造体５００によって生成される磁束を例示する図である。図１６Ｂは図１６Ａの濃淡陰影版である。磁性構造体５００は第１極性の第１極５０４と、第１極性と反対の第２極性の第２極５０６とを有する磁石を備える。図１６は、磁性構造体５００の永久磁石５０２が約１１０００ガウスの強さを有する場合に磁石５０２により生成される磁界を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線５０８を示す。領域内の等ポテンシャル線同士が近いほど、その領域の磁束密度は大きい。
【００６１】
しかし、従来の磁性構造体を改善することができる。多くの装置と用途において、磁束密度を増加させることで効率と性能を大きく改善することができる。例えば、磁束密度を増加させると、勾配がより大きくなり、磁性構造体を使用する例えば発電機又はモーターの効率を増加させることができる。２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、８５８号は、同じ極が互いに対向するよう永久磁石同士を隔てて保持することで高磁束密度の領域を生じさせ、例えば電力生成効率の大きな改善を提供する幾つかの磁性構造体を開示している。
【００６２】
図１７Ａ、図１７Ｂは、圧縮され磁性構造体６００に関して均衡した磁界を生成するよう構成された磁性構造体６００を例示する。図１７Ｂは図１７Ａの濃淡陰影版である。磁性構造体６００は第１極性の第１極６０４と、第１極性と反対の第２極性の第２極６０６とを有する第１磁石６０２を備える。また、磁性構造体６００は第１極性の第１極６１０と、第２極性の第２極６１２とを有する第２磁石６０８を備える。磁性構造体６００は、例えばネオジム‐鉄‐ボロン永久磁石等の１つ以上の希土類磁石、１つ以上のセラミック磁石、１つ以上のプラスチック磁石、１つ以上の粉末磁石、又は１つ以上の他の磁石を備えてもよい。
【００６３】
図１７Ａ、図１７Ｂは、２つの基本的に同じ磁石６０２、６０８を使用する磁性構造体６００の実施形態により生成される磁界を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線６１４を示す。具体的には、図１７Ａ、図１７Ｂは、第１磁石６０２が約１１０００ガウスの強さを有し、第２磁石６０８が約１１０００ガウスの強さを有し、磁石６０２、６０８が同じ極が互いに対向するよう距離６ｍｍ隔てて保持された場合の代表的な磁束等ポテンシャル線６１４を示す。圧縮された磁界が、磁石６０２、６０８の間のスペース６１８に隣接した領域６１６に生成される。この磁界は磁性構造体６００の磁石６０２、６０８に関して均衡している。
【００６４】
１つの実験において、約１３６００ガウスの強さと、約１／２インチの直径と、約３／４インチの長さとを有し、同じ極が互いに対向するよう約６ｍｍ隔てて配置された２つのほぼ同じ円筒形磁石を使用して磁性構造体を構成した。該磁性構造体に隣接した領域の磁界勾配は、約６８０００ガウスの強さを有する単一の円筒形磁石によって生成される磁界勾配とほぼ等しかった。これは、約１３６００ガウスの強さを有する単一の円筒形磁石と比べて約５００％の改善である。
【００６５】
所望の領域における磁束密度の更なる増加は、不均衡な磁界を生成するよう構成された不均衡な磁性構造体を使用することで得られる。例えば異なる物理的特徴又は特性、例えば、異なる強さ、サイズ、形、体積、磁束密度、等価直径、又はこれらの組合せを持った磁性要素（例えば磁石、又は電磁石等の等価物）を磁性構造体内に配置することで、この磁性構造体は不均衡になる。例えば、選択された物理的特性が第１の大きさである第１磁石を、該選択された物理的特性を持たないか又は大きさが異なる第２磁石と一緒に使用してもよい。例えば、長さ、幅、深さ、又は半径等の第１寸法が第１の大きさである第１磁石を、該第１寸法が該第１の大きさと異なる第２の大きさである第２磁石と一緒に配置してもよい。別の例では、円錐形部を有する第１円筒形磁石が円錐形部を持たない第２円筒形磁石と一緒に配置されてもよい。別の例では、第１等価直径を持った第１磁石を、第２等価直径を持った第２磁石と一緒に使用してもよい。
【００６６】
図１８Ａと図１８Ｂは不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体７００の実施形態の断面図である。図１８Ｂは図１８Ａの濃淡陰影版である。磁性構造体７００は第１円筒形磁石７０２と、第２円筒形磁石７０４とを備える。幾つかの実施形態では、磁石７０２、７０４は異なる形とサイズを有し、形とサイズの様々な組合せを使用してもよい。第１磁石７０２は長さ７０６、半径７０８、第１極性の第１極７１０、第２極性の第２極７１２、及び強さＧ1（単位：ガウス）を有する。第２磁石７０４は長さ７１４、半径７１６、第１極性の第１極７１８、第２極性の第２極７２０、及び強さＧ2（単位：ガウス）を有する。第１、第２磁石７０２、７０４は同じ極（例えばＮ極）が互いに対向するよう距離７２２隔てて配置されている。ハウジング（図２３のハウジング８５２を参照）等の支持構造体を、磁石７０２、７０４を同じ極が互いに対向するよう所望の距離隔てて保持するために使用してもよい。例示のように、該選択された物理的特性は各磁石の長さであり、従って、各磁石は異なる等価直径を有する。具体的には、第１磁石７０２の長さ７０６は第２磁石７０４の長さ７１４より長い。幾つかの実施形態では、磁性構造体７００は、異なる長さの磁石の代りに又は加えて、異なる半径の磁石を使用してもよい。同様に、異なる長さ及び／又は半径の磁石の代りに又は加えて、異なる強さＧ1、Ｇ2の磁石を使用してもよい。上述したように、不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体の様々な実施形態は、様々な組合せの１つ以上の物理的特性が異なる磁石を使用してもよい。磁性構造体７００は、例えばネオジム‐鉄‐ボロン永久磁石等の１つ以上の希土類磁石、１つ以上のセラミック磁石、１つ以上のプラスチック磁石、１つ以上の電磁石、１つ以上の粉末磁石、又は１つ以上の他の磁石を備えてもよい。
【００６７】
図１８Ａ、図１８Ｂは、強さＧ1が約１１６００ガウスの第１磁石７０２と、強さＧ2が約１１６００ガウスの第２磁石７０４とが同じ極が互いに対向するよう距離１６ｍｍ隔てて保持されている磁性構造体７００の実施形態により生成される不均衡な磁界７２６を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線７２４を示す。磁界７２６は第１磁石７０２に係る領域７２８においてより大きな密度を有し、第２磁石７０４に係る領域７３０においてより小さい密度を有する。また、磁界７２６は磁性構造体７２６に隣接した２つの大勾配の磁界領域７２９、７３１を有する。２つの大勾配の磁界領域７２９、７３１は互いに対して不均衡である。例えば第１領域７２９は第２領域７３１より小さい。
【００６８】
図１９Ａと図１９Ｂは、強さＧ1が約１１０００ガウスの第１磁石７０２と、強さＧ2が約１１０００ガウスの第２磁石７０４とが同じ極が互いに対向するよう距離約１１ｍｍ隔てて保持されている磁性構造体７００の実施形態により生成される不均衡な磁界７３４を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線７３２を示す。図１９Ｂは図１９Ａの濃淡陰影版である。磁界７３４は第１磁石７０２に係る領域７３６においてより大きな密度を有し、第２磁石７０４に係る領域７３８においてより小さい密度を有する。領域７３６における磁界７３４の密度は、図１８Ａの実施形態の領域７２８における磁界７２６の密度より大きく、領域７３８における磁界７３４の密度は、図１８Ａの実施形態の領域７３０における磁界７２６の密度より小さい。磁界７３４は磁石７０２、７０４に隣接する２つの領域７３９、７４０において圧縮され、互い及び磁性構造体７００に関して不均衡である。
【００６９】
図２０Ａと図２０Ｂは、強さＧ1が約１１６００ガウスの第１磁石７０２と、強さＧ2が約１１６００ガウスの第２磁石７０４とが同じ極が互いに対向するよう距離２ｍｍ隔てて保持されている磁性構造体７００の実施形態により生成される不均衡な磁界７４４を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線７４２を示す。図２０Ｂは図２０Ａの濃淡陰影版である。磁界７４４は第１磁石７０２に係る領域７４６においてより大きな密度を有し、第２磁石７０４に係る領域７４８においてより小さい密度を有する。領域７４６における磁界７４４の密度は、図１９の実施形態の領域７３６における磁界７３４の密度より大きく、領域７４８における磁界７４４の密度は、図１９の実施形態の領域７３８における磁界７３４の密度より小さい。磁界７４４は磁石７０２、７０４の間のスペースに隣接し第２磁石７０２の端７５２を過ぎて延びる領域７５０と、第１磁石７０２に隣接する領域７５４において圧縮されている。領域７５０は磁界勾配が非常に大きなサブ領域７５６を有し、領域７５４は磁界勾配が非常に大きなサブ領域７５８を有する。磁界７４４は磁性構造体７００に関して不均衡であり、大勾配領域７５０、７５４は互いに対して不均衡である。
【００７０】
１つの実験において、異なる物理的特徴を持った２つの円筒形磁石を使用して磁性構造体を構成した。具体的には、約１３６００ガウスの強さと、約１／２インチの直径と、約３／４インチの長さとを持った第１円筒形磁石が、約１３３００ガウスの強さと、約１／２インチの直径と、約３／８インチの長さとを持った第２円筒形磁石から約２ｍｍ隔てた位置に同じ極が互いに対向するよう保持された。該磁性構造体に隣接した領域の磁界勾配は、約９５２００ガウスの強さを有する単一の円筒形磁石によって生成される磁界勾配とほぼ等しかった。これは、約１３６００ガウスの強さを有する単一の円筒形磁石と比べて約７００％の改善である。
【００７１】
不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体の最適な構成、例えば特定のコイル構成等の特定の用途で使用する磁石の最適な形状、強さ、及び位置を決定するためにガウスメータ（不図示）を使用してもよい。
【００７２】
図２１は、不均衡な磁性構造体１００の別の実施形態を例示する。図２１は必ずしも一様な倍率では描かれていない。磁性構造体１００は第１円筒形磁石１０２、第２円筒形磁石１０４、及び第３円筒形磁石１０６を備える。第１磁石１０２は長さ１０８と半径１１０を有する。第２磁石１０４は長さ１１２と半径１１４を有する。第３磁石１０６は長さ１１６と半径１１８を有する。第１磁石１０２は第２磁石１０４から第１距離１２０隔てて保持され、第２磁石１０４は第３磁石１０６から距離１２２隔てて保持され、隣り合う磁石の同じ極が互いに対向する。第２磁石１０４の長さ１１２は第１磁石１０２の長さ１０８と異なる点で例示の磁性構造体１００は不均衡である。１つの実施形態では、第１磁石１０２は１インチの長さ１０８と１／２インチの半径１１０を有し、第２磁石１０４は１／２インチの長さ１１２と１／２インチの半径１１４を有し、第３磁石１０６は１インチの長さ１１６と１／２インチの半径１１８を有する。
【００７３】
図２２は、不均衡な磁性構造体２００の別の実施形態を例示する。磁性構造体２００は必ずしも一様な倍率では描かれていない。磁性構造体２００は半径２０４の球形磁石２０２と、長さ２０８と半径２１０を有する円筒形磁石２０６とを備える。磁石２０２、２０６は異なる形状を有する点で磁性構造体２００は不均衡である。
【００７４】
図２３は、ケース８０２、発電機８０４、第１エネルギー蓄積装置８０６、制御モジュール８０８、第２エネルギー蓄積装置８１０、及び接触端子８１２、８１４を備えるバッテリー８００の実施形態の直径に沿った断面図である。例示のケース８０２はバッテリー８００の他の構成要素の図示を容易にするために切り取られている。ケース８０２は発電機８０４、第１エネルギー蓄積装置８０６、制御モジュール８０８、及び第２エネルギー蓄積装置８１０を収容する。接触端子８１２、８１４はバッテリー８００のケース８０２の上部８１６と底部８１８にそれぞれ装着されている。ケース８０２は磁気及び／又は電気シールドである外ケースシールド８２０を備えてもよい。ケースシールド８２０は、例えば、スズホイル層と、磁気遮蔽材料層とを備えてもよい。磁気遮蔽材料は、例えばニッケル、ニッケル／鉄合金、ニッケル／スズ合金、ニッケル／銀合金、ニッケル／鉄／銅／モリブデン合金であり、ホイルの形態であってもよい。このようなホイル層は、例えば０．００２〜０．００４インチの範囲の厚みを持つ。磁気遮蔽材料は、MuMetal（登録商標）、Hipernom（登録商標）、HyMu 80（登録商標）、及びPermalloy（登録商標）を含む幾つかの商標のものが商業上入手可能である。
【００７５】
幾つかの実施形態では、ケース８０２と接触端子８１２、８１４は、単３電池、単４電池、単２電池、単１電池、９Ｖバッテリー、時計バッテリー、ペースメーカーバッテリー、携帯電話バッテリー、コンピュータバッテリー、及び他の標準と非標準のバッテリー等の従来のバッテリーのものと同じ外部構成をとってもよい。バッテリー８００の実施形態は所望の電圧レベル、例えば１．５Ｖ、３．７Ｖ、７．１Ｖ、９Ｖ、又は他の標準又は非標準の電圧を提供するよう構成されてもよい。幾つかの実施形態は直流及び／又は交流を提供するよう構成されてもよい。
【００７６】
発電機８０４は運動エネルギーを電気エネルギーに変換するよう構成されている。例示のように、発電機８０４は、複数のコイル８２２、８２４と、不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体８２６と、吊り下げシステム８２８とを備えるリニア発電機である。
【００７７】
例示のように、該複数のコイルはコイル枠８３０に巻かれた２つのコイル８２２、８２４である。例えば図１〜図１２に例示したコイル等のコイルを使用してもよい。幾つかの実施形態は複数のコイルの代りに単一のコイルを使用してもよい。幾つかの実施形態は２を超える数のコイルを使用してもよい。例示のように、第１コイル８２２はコイル枠８３０に第１方向に巻かれた第１ワイヤ８３２からなる。該第１方向は矢印８３４によって示されている。第１コイル８２２は第１巻数ｎを有する。例示のように、該巻数ｎは７２である。他の実施形態は任意の巻数ｎを使用してよい。例えば、典型的な実施形態の巻数ｎは数百である。第１ワイヤ８３２は第１半径８３６を有する。第２コイル８２４はコイル枠８３０に第２方向に巻かれた第２ワイヤ８３８からなる。該第２方向は矢印８４０によって示され、該第１方向と反対である。第２コイル８２４は巻数ｍを有する。例示のように、該巻数ｍは２１である。他の実施形態は任意の巻数ｍを使用してよい。例えば、典型的な実施形態の巻数ｍは数百である。第２ワイヤ８３８は第２半径８４２を有する。例示のように、第２半径８４２は第１半径８３６より大きい。
【００７８】
第１コイル８２２は第１リード８４４と第２リード８４６とを有する。第２コイル８２４は第１リード８４８と第２リード８５０とを有する。例示のように、第１コイル８２２の第１リード８４４は第２コイル８２４の第２リード８５０と結合され、第１コイル８２２の第２リード８４６と第２コイル８２４の第１リード８４８は制御モジュール８０８に結合されている。他の実施形態は追加のコイル又はコイル対と、異なるコイル構成を使用してよい。例えば、図１〜図１５に例示したコイルを使用してもよい。
【００７９】
磁性構造体８２６は、例えばネオジム‐鉄‐ボロン永久磁石等の１つ以上の希土類磁石、１つ以上のセラミック磁石、１つ以上のプラスチック磁石、１つ以上の電磁石、１つ以上の粉末磁石、又は１つ以上の他の磁石を備えてもよい。例示のように、磁性構造体８２６は、第１磁石８５４を第２磁石８５８から距離８５６隔てて保持するよう構成されたハウジング８５２を備える。例示のように、磁性構造体８２６は、磁性構造体８２６に関して不均衡な圧縮された磁界を生成するよう構成されている。例えば、図１８Ａ〜図２２に関して説明した磁性構造体を使用してもよい。例示のように、第１磁石８５４は第２磁石８５８と異なる長さを有する。吊り下げシステム８２８はコイル８２２、８２４を通る磁性構造体８２６の運動を容易にする。使用できる吊り下げシステムの例は、２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、５６４号に詳細に記載されている。
【００８０】
第１エネルギー蓄積装置８０６は発電機８０４によって生成された電気エネルギーを蓄えるよう構成されている。１つの実施形態では、第１エネルギー蓄積装置８０６は発電機８０４によって生成された電気エネルギーをほとんど又は全く調節なしで蓄えることができる。他の実施形態では、２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、５６４号に記載されているように、電気エネルギーは第１エネルギー蓄積装置８０６に蓄える前に調節されてもよい。第１エネルギー蓄積装置８０６は１つ以上のウルトラコンデンサーからなってもよい。図示を容易にするために、第１エネルギー蓄積装置８０６は１つの機能ブロックとして示されている。
【００８１】
制御モジュール８０８はバッテリー８００内のエネルギーの移送を制御する。制御モジュール８０８は通常、例示のように全ブリッジ整流器８０９である整流器を備える。例えば、制御モジュール８０８は発電機８０４、第１エネルギー蓄積装置８０６、第２エネルギー蓄積装置８１０、接触端子８１２、８１４等のバッテリー８００の様々な構成要素間のエネルギーの移送を制御するよう構成されてもよい。制御システムの制御下におけるエネルギー移送の幾つかの例が２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、５６４号に記載されている。制御モジュール８０８は様々な方法、例えば統合された制御システム又は個別のサブシステム群として実現されてよい。制御モジュール８０８はディスクリート回路、１つ以上のマイクロプロセッサー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）等として、又はメモリーに記憶されコントローラによって実行される命令列として、又はこれらの組合せとして実現されてよい。幾つかの実施形態では、第１エネルギー蓄積装置８０６は制御モジュール８０８に一体化されてもよい。
【００８２】
第２エネルギー蓄積装置８１０は、制御モジュール８０８の制御下で第１エネルギー蓄積装置８０６から移送された電気エネルギーを蓄えるよう構成される。第２エネルギー蓄積装置８１０は、例えば１つ以上の従来のバッテリー、例えば鉛酸蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムポリマー電池又はリチウムイオン電池、ナトリウム／硫黄電池、又は任意の適切な充電式エネルギー蓄積装置であってもよい。
【００８３】
接触端子８１２、８１４はバッテリー８００へ及び／又はバッテリー８００から電気エネルギーを移送するためのアクセスを提供する。接触端子８１２、８１４は任意の電気伝導性材料、例えば金属材料、例えば銅、銀又はスズが被覆された銅、アルミニウム、金等でできていてよい。接触端子８１２、８１４は制御モジュール８０８に結合されている。幾つかの実施形態では、接触端子８１２、８１４は制御モジュール８０８に直接結合されるのでなく、第２エネルギー蓄積装置８１０に結合されてもよい。例示のように、接触端子８１２、８１４は従来の単２電池の接触端子に類似した物理的構成を持つ。上述のように、他の構成を使用してもよい。接触端子８１２、８１４はバッテリー８００を、ラジオ、携帯電話、測位システム等の外部装置に容易に設置及び取り外しできるように構成されている。接触端子８１２、８１４は磁気シールドを使用してもよい。
【００８４】
バッテリー８００の運動の結果としてエネルギーがバッテリー８００に蓄えられる。例えば、磁性構造体８２６がコイル８２２、８２４に関して中立位置にあり、バッテリー８００が下方に移動させられる場合、バッテリー８００の下方移動に応答して磁性構造体８２６はコイル８２２、８２４に対して上へ移動する。磁性構造体８２６の相対的上方移動によって磁性構造体８２６が第１コイル８２２の上面の上方へ移動する時、コイル８２２、８２４に電流が発生する。
【００８５】
幾つかの実施形態では、吊り下げシステム８２８は、予期されるエネルギー源から生成される電気エネルギーを増加させるよう調整されてよい。例えば、バッテリー８００が、エネルギーが既知の速度で歩く又は走る個人によって供給される環境に頻繁にいる場合、吊り下げシステム８２８をその速度に同調させてよい。従って、バッテリーは、ジョギングする人が生成すると期待されるエネルギーの電気エネルギーへの変換をほぼ最大限にするよう構成されてもよい。別の例では、バッテリー８００が自動車内において交通渋滞、或いは航空機又は地上車両の不規則な運動を頻繁に経験する場合、吊り下げシステム８２８をその環境のエネルギーの電気エネルギーへの変換を最大限にするよう調整してもよい。別の例では、バッテリー８００が流体波、例えば水又は海の波、又は風に頻繁に曝される環境において使用される場合、吊り下げシステム８２８をその環境のエネルギーの電気エネルギーへの変換を最大限にするよう調整してもよい。別の例では、バッテリー８００が振動、例えば動いている車両内における振動を頻繁に経験する場合、吊り下げシステム８２８をその振動から受けるエネルギーの電気エネルギーへの変換を最大限にするよう調整してもよい。別の例では、該吊り下げシステムが第１周波数の励振を経験すると予期される場合は、該吊り下げシステムは異なる周波数の磁性構造体のコイルシステムに対する相対運動を発生させるよう構成されてもよい。該吊り下げシステムは、例えば反発磁石の特徴、例えば形状及び／又は強さを変更するか、ばね等の反発デバイスの張力を調整するか、複数の機械反発デバイスを使用するか、動力伝達システムを使用するか、該磁性構造体（又は該コイルシステム）の移動経路の長さ又は形状を変更するか、又はこれらの組合せによって調整されてよい。他の吊り下げシステム、例えば発電機をバッテリー内で異なる方向に向ける吊り下げシステムを使用してもよい。吊り下げシステム８２８は、エネルギーの電気エネルギーへの最適変換を容易にするために発電機を方向付けるのにジンバルを備え、及び／又はジャイロスコープの原理を使用してもよい。バッテリー内の異なる方向を向いた複数の発電機を使用してもよいし、複数のバッテリー構成を使用してもよい。
【００８６】
幾つかの実施形態では、他の発電機構成、例えば放射状、回転、ゼーベック、音響、熱、又は無線周波数の発電機を使用してもよい。幾つかの実施形態では、他の吊り下げシステム、例えば発電機８０４がケース８０２に対して動き、得られるエネルギーを最大限に利用する吊り下げシステムを使用してもよい。例えば、発電機８０４はバッテリーケース８０２内で回転し移動軸に自身を整列させるか、又は揃えるよう構成されてもよい。別の例では、吊り下げシステム８２８はコイル８２２、８２４が磁性構造体８２６に対して動くのを可能にするよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、円環状のコイルシステムを使用してもよい。
【００８７】
図２４は、ケース９０２、発電機９０４、第１エネルギー蓄積装置９０６、制御モジュール９０８、第２エネルギー蓄積装置９１０、及び接触端子９１２、９１４を備えるバッテリー９００の別の実施形態の側断面図である。発電機９０４はコイルシステム９１６、磁性構造体９１８、及び吊り下げシステム９２０を備える。コイルシステム９１６は１つ以上のコイルを備える。コイルシステム９１６は、例えば上述したコイル又は２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されたコイルに類似した１つ以上のコイルを備えてよい。例えば、コイルシステム９１６は単一のコイル又は多コイルシステムを備えてもよい。別の例では、該コイルシステムは１つ以上のバイメタルコイルを備えてもよい。別の例では、該コイルシステムは第１方向に巻かれた第１コイルと、共通基準点に関して第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２コイルとを備えてもよい。該磁性構造体は、例えば圧縮された磁界、該磁性構造体に関して不均衡な磁界、又はこれらの組合せを生成するよう構成された磁性構造体であってよい。バッテリー９００は図２３に示したバッテリー８００と異なる構成を有するが、バッテリー９００の動作は図２３に示したバッテリー８００の動作と同様である。接触端子９１２、９１４は任意の電気伝導性材料、例えば金属材料、例えば銅、銀又はスズが被覆された銅、アルミニウム、金等でできていてよい。幾つかの実施形態では、接触端子９１２、９１４はプラスチックコネクター等のコネクター内に収容されていてもよい。
【００８８】
図２５は、例えば図２３、図２４に例示した実施形態及び他の実施形態において使用するのに適した電気機械システム４００の直径に沿った断面図である。図２５は図示を容易にするために一様な倍率では描かれていない。システム４００は、多コイルシステム４０２と、圧縮されかつ不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体４０４と、吊り下げシステム４０６とを備える。吊り下げシステム４０６は磁性構造体４０４がいずれの方向にも多コイルシステム４０２を完全に通過できるように構成されている。例示のように、システム４００はリニア発電機として動作するよう容易に構成可能である。
【００８９】
多コイルシステム４０２は円筒形コイル枠４１２に巻かれた第１コイル４０８と第２コイル４１０とを備える。例示のように、コイル枠４１２は吊り下げシステム４０６のキャリアガイド４１１と一体になっている。コイル枠４１２は直径４１４を有する。第１コイル４０８は、直径４１８を有し第１巻数ｎのワイヤ４１６からなる。このｎはワイヤ４１６の１つの層の巻数に第１コイル４０８の層の数を掛けた値に等しい。第２コイル４１０は、直径４２２を有し第２巻数ｍのワイヤ４２０からなる。このｍはワイヤ４２０の１つの層の巻数に第２コイル４１０の層の数を掛けた値に等しい。第１コイル４０８は第１方向（Ｙ）に巻かれ、第２コイル４１０は共通基準点、例えば移動軸４６４に関して上から見て第１方向Ｙと反対の第２方向（Ｚ）に巻かれている。
【００９０】
磁性構造体４０４は、円筒形磁石ハウジング４２８内に収容された複数の永久磁石４２４、４２６を備える。本実施形態は２つの永久磁石４２４、４２６を磁性構造体４０４内で使用するが、システム４００の他の実施形態は異なる数、例えば３つ又は４つ又は数百の永久磁石を使用してもよい。永久磁石４２４、４２６は例示のようにディスク型円筒形磁石であるが、他の形状であってもよい。例えば矩形（例えば正方形）、球形、又は楕円形磁石を使用してもよい。同様に、磁石の面は平らである必要はない。例えば凸面、凹面、放射面、円錐面、又は菱形面を使用してもよい。様々な形状と面の組合せを使用してもよい。幾つかの実施形態では、電磁石を使用してもよい。磁石ハウジング４２８は永久磁石４２４、４２６を互いに対して適正な位置に同じ極が互いに対向するよう距離４３０隔てて保持するよう構成されている。例示のように、Ｎ極が互いに対向しているが、幾つかの実施形態では、Ｓ極が互いに対向してもよい。第１磁石４２４は強さＧ１、直径４３１、及び長さ４３２を有し、第２磁石４２６は強さＧ２、直径４３３、及び長さ４３４を有する。システム４００は全直径４３６と全長さ４３８とを有する。
【００９１】
上述したように、磁性構造体４０４等の磁性構造体内の永久磁石の形状、位置、及び強さは、圧縮されかつ不均衡な磁界を生成することで、発電機４００の効率を増加させることができる。システム４００の部品の長さと直径の比もシステム４００の効率に影響する可能性がある。例えば、第１磁石４２４の上面から第２磁石４２６の底面までの長さ４４０と、コイル枠４１２の直径４１４との比は、コイルシステム４０２を通る磁性構造体４０４の移動に応答してコイルシステム４０２に発生する電流の大きさに影響する可能性がある。
【００９２】
キャリアガイド４１１の内面４４２と磁石ハウジング４２８の外面４４４は非同類材料でできているか、又は被覆されて、巻付枠４１２と磁石ハウジング４２８の間を結合するためのポテンシャルを下げる。例えば、キャリアガイド４１１は非粘着性被膜で被覆され、磁石ハウジング４２８はＡＢＳプラスチックでできていてもよい。好例の非同類材料は、それぞれ商標Teflon（登録商標）、Lexan（登録商標）のものが入手可能である。
【００９３】
吊り下げシステム４０６は、コイル４０２に対して固定され磁性構造体４０４の移動軸４６４上の第１反発永久磁石４６０と第２反発永久磁石４６２とを備える。第１反発永久磁石４６０は、第１反発永久磁石４６０の１つの極が磁性構造体４０４内で最も近い永久磁石４２４の同じ極と対向するように配置されている。例示のように、第１反発永久磁石４６０のＳ極は磁性構造体４０４の第１永久磁石４２４のＳ極と対向する。同様に、第２反発永久磁石４６２は、第２反発永久磁石４６２の１つの極が磁性構造体４０４内で最も近い永久磁石４２６の同じ極と対向するように配置されている。例示のように、第２反発永久磁石４６２のＳ極は磁性構造体４０４の第２永久磁石４２６のＳ極と対向する。この配置は運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機４００の効率を増加させ、磁性構造体４０４が吊り下げシステム４０６内で停止する可能性を低減する。
【００９４】
また、吊り下げシステム４０６は第１ばね４７４、第２ばね４７６、第３ばね４７８、及び第４ばね４８０を備える。第１ばね４７４は第１反発磁石４６０と磁性構造体４０４の第１端４５６とに結合されている。第１ばね４７４は通常、負荷状態にある。第２ばね４７６は第２反発磁石４６２と磁性構造体４０４の第２端４５８とに結合されている。第２ばね４７６は通常、負荷状態にある。第１、第２ばね４７４、４７６は磁性構造体４０４を軸４６４に沿った所望の移動経路の中心に保持するのを助け、移動軸４６４に沿った磁性構造体４０４の移動によって伸縮された時、磁性構造体４０４に力を加える。第３ばね４７８は第１反発磁石４６０に結合され、磁性構造体４０４が第１反発磁石４６０に近づくとそれが加える押し縮める力に応答して反発力を磁性構造体４０４に加える。第４ばね４８０は第２反発磁石４６２に結合され、磁性構造体４０４が第２反発磁石４６２に近づくとそれが加える押し縮める力に応答して反発力を磁性構造体４０４に加える。ばね４７４、４７６、４７８、４８０は、特定の用途と予期される環境において発電機４００の効率を増加させるよう調整されてよい。この調整は実験的に行われてもよい。幾つかの実施形態は、ばねを使用しなくても、又はより少ない数の又はより多くのばねを使用してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ばね４７８、４８０は省略されてよい。永久磁石４２４、４２６の最適な強さ、サイズ、形状、及び位置、コイル枠のサイズ、ワイヤ４１６、４２０の巻数ｎ、ｍ、及びこのシステムの他の物理的特徴、例えばコイル枠４１２の直径４１４を決定するためにガウスメータ（不図示）を使用してもよい。
【００９５】
例示のように、第１コイル４０８の第１リード４８２は第２コイル４１０の第２リード４８４に結合されている。負荷又はエネルギー源４８６は、第１コイル４０８の第２リード４８８と第２コイル４１０の第１リード４９０の間に結合されている。
【００９６】
下記の表１は図２５に例示したシステム４００の実験用実施形態で使用したパラメータを示す。この実験用実施形態において、磁性構造体の第１磁石４２４は型式番号ＤＣＣの商業上入手可能な希土類磁石であり、第２磁石４２６は型式番号ＤＣ８の商業上入手可能な希土類磁石であり、第１反発磁石４６０は型式番号Ｄ６１Ｇの商業上入手可能な希土類磁石であり、第２反発磁石４６２は型式番号Ｄ６０３の商業上入手可能な希土類磁石である。第１ワイヤ４１６は標準サイズ２７銅ワイヤであり、第２ワイヤ４２０は標準サイズ２１銅ワイヤである。システム４００の実験用実施形態は標準単１電池に嵌合するのに十分小さかった。標準単１電池は約２．３３インチの長さと約１．３２インチの直径を有し、全体積は約３．１９立方インチとなる。図２５に例示したシステム４００の他の実施形態が可能である。
【００９７】
【表１】
表１ 実験用実施形態のパラメータ
【００９８】
下記の表２は、標準単１電池の寸法を持ったバッテリーの実施形態（図２３のバッテリー８００を参照）において使用される表１に従って構成された図２５のシステム４００の実施形態の実験結果を示す。システム４００は１０Ｈｚの周波数の運動に曝され、試験期間５分の間に磁性構造体４０４がコイルシステム４０２を通って約３０００往復した。この往復数は該システムが平均速度３．５マイル／時間で歩く個人の足に取付けられた場合における平均に対応する。励振カラムは運動を励起するのに使用した波形の種類を示す。スーパーコンデンサがコイルシステム４０２の出力に結合された（図２３の第１エネルギー蓄積装置８０６を参照）。表２の負荷カラムは該スーパーコンデンサに並列に結合された抵抗を示す。電圧カラムは５分の励振期間後に該スーパーコンデンサにかかる電圧を示し、エネルギーカラムは５分の励振期間の結果として該スーパーコンデンサに蓄えられたエネルギーを示す。
【００９９】
【表２】
表２ 実験用実施形態の結果
【０１００】
図２６は不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体を使用する電気機械システム１００の実施形態の側断面図である。システム１００は、不均衡でかつ圧縮された磁界（図２０を参照）を生成するよう構成された１つ以上の磁性構造体１０４を備える回転子１０２と、１つ以上のコイル１０８を備える固定子１０６とを備える。例示のように、システム１００は２つの磁性構造体１０４と２つのコイル１０８とを備える。磁性構造体１０４は第１長さ１１２を有する第１磁石１１０と、第２長さ１１６を有する第２磁石１１４とを備え、第１磁石１１０と第２磁石１１４とは同じ極が互いに対向するよう隔てて保持され、不均衡でかつ圧縮された磁界を生成するよう構成されている。固定子１０６は、例えば上述したものに類似のコイルを備えてもよい。幾つかの実施形態では、回転子１０２が１つ以上のコイルを備え、固定子１０６が１つ以上の磁性構造体を備えてもよい。
【０１０１】
図２７は、不均衡な磁性構造体１００の別の実施形態を例示する。図２７は必ずしも一様な倍率では描かれていない。磁性構造体１００は第１略円筒形磁石１０２と第２略円筒形磁石１０４とを備える。他の磁石形状を使用してもよいし、追加の磁石を使用してもよい。例えば、磁石の形状を円環状のコイル枠（図２８を参照）を通る移動を可能にするよう変更してもよい。第１磁石１０２は長さ１１２と直径１２０を有する。第２磁石１０４は長さ１１４と直径１２２を有する。第１磁石１０２は第２磁石１０４から第１距離１２４隔てて保持され、磁石１０２、１０４の同じ極が互いに対向する。例示の磁性構造体１００は、第１磁石１０２の長さ１１２が第２磁石１０４の長さ１１４と異なる点で不均衡である。幾つかの実施形態では、第１磁石１０２の長さ１１２と第２磁石１０４の長さ１１４は同じであってもよい。例示のように、第１磁石１０２の直径１２０は第２磁石１０４の直径１２２と同じである。幾つかの実施形態では、第１、第２磁石１０２、１０４は異なる直径を有してもよい。
【０１０２】
第１磁石１０２は、第２磁石１０４のほぼ半円環状の窪み１１０に略対向し、第１、第２磁石１０２、１０４間にほぼ円環状の空洞１０６を形成するほぼ半円環状の窪み１０８を有する。ほぼ半円環状の窪みは、例えば真に半円環状の窪み、製造許容差を反映した半円環状の窪み、又は半楕円形窪み等の変形半円環状の窪みである。ほぼ円環状の空洞は、例えば真に円環状の空洞、製造許容差を反映した円環状の空洞、又は楕円形空洞等の変形円環状の空洞である。
【０１０３】
例示のように、ほぼ半円環状の窪み１０８、１１０は省略可能な略直線部１１８を有する。幾つかの実施形態では、略直線部１１８を設けなくてもよい。また、第１磁石１０２と第２磁石１０４はそれぞれ略半円環状の窪み１０８、１１０に隣接した省略可能な唇状部１１６を有する。唇状部１１６のサイズを距離１２４と一緒に考慮して選択してもよい。例えば、ほぼ円環状の空洞１０６の外径が第１磁石１０２の直径１２０とほぼ同じとなるように選択してもよい。
【０１０４】
図２８は、コイルシステム１００の別の実施形態を例示する。コイルシステム１００は円環状のコイル枠１０２と、コイル枠１０２に巻かれた複数の巻線１０４とを備える。例示のように、コイルシステム１００は単一のコイル１０６を有する。幾つかの実施形態は様々な仕方で結合された複数のコイルを使用してもよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してもよい。幾つかの実施形態は絶縁シート上の配線からなる１つ以上のコイルを使用してもよい。コイルシステム１００は、ほぼ円形の経路に沿ったコイル枠１０２に対する移動を可能にするよう構成された省略可能な磁性構造体１０８を有する。他の磁性構造体を使用してもよい。例えば上述した磁性構造体を使用してもよい。磁性構造体とコイルは他の経路に沿った相対移動を可能にするよう構成されてもよい。例えば、磁性構造体はほぼ直線経路、例えばコイルの平面に垂直な軸（図２５を参照）に沿って該コイルに対して移動するよう構成されてもよい。コイルシステム１００は、コイルシステム１００に対する磁性構造体の相対移動を容易にする吊り下げシステム及び機構（例えば反発磁石）を使用してもよい。磁性構造体１０８及びハウジング（図２３のハウジング８５２を参照）の形状と、コイル枠１０２及び磁性構造体ハウジング（図２３のハウジング８５２を参照）の材料はコイル枠１０２と磁性構造体ハウジングの間の摩擦及び接触点を低減するよう選択されてよい。
【０１０５】
コイル、磁性構造体、装置、発電機／モーター、バッテリー、制御モジュール、エネルギー蓄積装置、及びエネルギーを生成し蓄積する方法の特定の実施形態及び例を例示の目的のために説明したが、当業者によって理解されるであろうように本開示の思想と範囲から逸脱することなく様々な変更が可能である。
【０１０６】
上述した様々な実施形態を組合わせて別の実施形態とすることができる。これらに限定されないが米国特許出願第１１／４７５、８５８号、第１１／４７５、３８９号、第１１／４７５、５６４号、第１１／４７５、８４２号を含む、本明細書で参照され及び／又は出願データシートに記載された米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許文献の全てを本明細書に援用する。本発明の態様は必要であれば上記の特許、出願、及び公開のシステム、回路、及び着想を使用し、本発明の追加の実施形態を提供するよう変更することができる。
【０１０７】
上記詳細な説明を考慮すると本発明の様々な変更が可能である。添付の請求項において、使用される用語は本発明を本明細書及び請求項に開示された特定の実施形態に限定すると理解されるべきでない。従って、本発明は本開示によって限定されないが、その範囲は添付の請求項によって完全に決定されるであろう。
【符号の説明】
【０１０８】
４００ 電気機械システム
４０４、８２６ 磁性構造体
４０８、８２２ 第１コイル
４１０、８２４ 第２コイル
４２４、８５４ 第１磁石
４２６、８５８ 第２磁石
４２８、８５２ ハウジング（支持構造体）
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概ね磁性構造体に関し、特に、電磁装置と用途及び電気機械装置と用途において使用するのに適した磁性構造体に関する。
［政府権益に関する記述］
本発明は米国エネルギー省との契約第DE-AC07-05-1D14517の下に米国政府支援を受けてなされた。米国政府は本発明に権利を有する。
【背景技術】
【０００２】
モーター、発電機、交流発電機等の電磁装置と用途及び電気機械装置と用途は、通常、コイル及び／又は磁石を使用する。従来の磁性構造体は、１つの磁界を生成するために単一の磁石又は配列された複数の磁石を使用する。これらの磁石は通常、永久磁石又は電磁石である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
出力又は性能を増加させたい場合は、従来は、コイルのサイズ又は数を増加させるか、又は磁石のサイズ又は強さを増加させていた。これらの手法は重量、コスト、サイズ、及び耐久性の問題を引き起こし、多くの用途にとって実用的でない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
１つの態様では、電気機械システムは、第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素とを備える磁性構造体と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを周囲距離より近い距離隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成された支持構造体とを備える。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記第２磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記第１、第２磁性要素を、大きな勾配の磁界領域を含む不均衡な磁界を生成する位置に保持するよう構成されている。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記磁性構造体とコイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記磁性構造体が前記コイルシステムに対して移動する時、前記磁界領域が該コイルシステムを通過する。１つの実施形態では、該システムは機械力を受け取り、該機械力の受け取りに応答して電気信号を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは電気信号を受け取り、該電気信号の受け取りに応答して機械力を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは複数のコイルを備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルは軸の周りに第１方向に巻かれた第１コイルと、該軸の周りに該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、該システムは機械動力伝達システムを更に備える。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対直線移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対回転運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性構造体の相対円運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記第１磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える。１つの実施形態では、前記磁性構造体は前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を備える。
【０００５】
１つの態様では、電力を生成する方法は、第１磁性要素と第２磁性要素とを間隔を隔てて同じ極が互いにほぼ対向するよう配置することで、該第１、第２磁性要素に関して不均衡で、該第１、第２磁性要素に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させることと、コイルシステムと該磁界の間の相対移動を可能にすることとを含む。１つの実施形態では、該磁性要素はそれぞれ永久磁石からなる。１つの実施形態では、この方法は前記コイルシステムに発生する電流を整流することを更に含む。１つの実施形態では、この方法はエネルギー蓄積システムにエネルギーを蓄えることを更に含む。１つの実施形態では、前記相対移動を可能することは、前記コイルシステムに対して前記永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね直線経路に沿って該永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね円形の経路に沿って該永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を回転させることである。１つの実施形態では、該方法は前記不均衡な磁界の圧縮された磁界領域における勾配を最適化することを更に含む。１つの実施形態では、前記コイルシステムは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを備える。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を概ね円形の経路に沿って移動させることである。１つの実施形態では、前記第１磁性要素はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える。
【０００６】
１つの態様では、機械力を生成する方法は、第１磁性要素と第２磁性要素とを間隔を隔てて同じ極が互いにほぼ対向するよう配置することで、該第１、第２磁性要素に関して不均衡で、該第１、第２磁性要素に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させることと、該第１、第２磁性要素の近傍にあるコイルシステムに電流を伝導することとを含む。１つの実施形態では、前記電流は交流である。１つの実施形態では、該磁性要素はそれぞれ永久磁石からなる。１つの実施形態では、該方法は該磁性要素と該コイルシステムの間の相対移動を可能にすることを更に含む。１つの実施形態では、前記相対移動を可能することは、前記コイルシステムに対して前記永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね直線経路に沿って該永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね円形の経路に沿って該永久磁石を移動させることである。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を回転させることである。１つの実施形態では、該方法は前記不均衡な磁界の圧縮された磁界領域における勾配を最適化することを更に含む。１つの実施形態では、前記コイルシステムは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを備える。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を概ね円形の経路に沿って移動させることである。１つの実施形態では、前記第１磁性要素はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える。
【０００７】
１つの態様では、システムはケースと、該ケース内に収容された電気機械システムであって、コイルシステムと、磁性構造体であって、第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素とを備える磁性構造体と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを間隔を隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するよう配置して、該第１、第２磁性要素に関して不均衡な磁界を発生させるように構成された支持構造体とを備える電気機械システムと、該ケース内に収容されたエネルギー蓄積装置とを備える。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記第２磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい。１つの実施形態では、前記不均衡な磁界は、該磁界が圧縮された領域を含む。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記磁性構造体と前記コイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記磁性構造体が前記コイルシステムに対して移動する時、前記領域が該コイルシステムを通過する。１つの実施形態では、前記コイルシステムは複数のコイルを備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記物理的特性は強さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい。１つの実施形態では、該コイルシステムは絶縁シート上の配線からなる。１つの実施形態では、該コイルシステムは複数の絶縁シート上の複数の配線からなる。１つの実施形態では、該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性構造体の相対円運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記第１磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える。
【０００８】
１つの態様では、電気機械システムは、磁界を生成する第１手段と、磁界を生成する第２手段と、磁界を生成する該第１と第２手段を互いに対して配置して、不均衡で該第１と第２手段に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させる手段と、電流を伝導する手段と、該圧縮された磁界領域と電流を伝導する該手段の間の相対移動を可能にする手段とを備える。１つの実施形態では、磁界を生成する前記第１と第２手段はそれぞれ永久磁石からなる。１つの実施形態では、電流を伝導する前記手段はコイル対を備え、該コイル対の第１コイルは、第１の外周長を有し第１の巻数第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１の外周長と異なる第２の外周長を有し第２の巻数第２方向に巻かれた第２ワイヤからなり、該第２の巻数は該第１の巻数と異なり、該第２方向は該第１方向と異なる。１つの実施形態では、前記第１の巻数は前記第２の巻数より大きく、前記第１の外周長は前記第２の外周長より小さい。１つの実施形態では、電流を伝導する前記手段は、その出力の電位差への前記第１コイルの寄与が、該電位差への前記第２コイルの寄与と同じ極性を有するよう該第１コイルを該第２コイルに結合する結合構成を更に備える。１つの実施形態では、該システムは、電流を伝導する該手段に対する前記領域の相対円運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、磁界を生成する前記第１手段はほぼ半円環状の面を有し、磁界を生成する前記第２手段はほぼ半円環状の面を有する。１つの実施形態では、前記２つのほぼ半円環状の面は、磁界を生成する前記第１と第２手段の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている。１つの実施形態では、電流を伝導する前記手段は、ほぼ円環状のコイルを備える。
【０００９】
１つの態様では、システムは、ほぼ半円環状の面を有する第１磁性要素と、ほぼ半円環状の面を有する第２磁性要素と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを隔て、該第１と第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するように保持するよう構成された支持構造体とを備える。１つの実施形態では、該システムはコイルシステムを更に備える。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は前記第２磁性要素とほぼ同一である。１つの実施形態では、前記第１磁性要素の長さは前記第２磁性要素の長さより長い。１つの実施形態では、前記第１磁性要素はほぼ円筒形の永久磁石からなる。１つの実施形態では、該第１磁性要素は第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有し、該第２磁性要素は該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有し、該支持構造体は該第１磁性要素と該第２磁性要素とを周囲距離より近い距離隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成されている。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記第２磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記第１、第２磁性要素を、大きな勾配の磁界領域を含む不均衡な磁界を生成する位置に保持するよう構成されている。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記磁性要素とコイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記磁性要素が前記コイルシステムに対して移動する時、前記磁界領域が該コイルシステムを通過する。１つの実施形態では、該システムは機械力を受け取り、該機械力の受け取りに応答して電気信号を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは電気信号を受け取り、該電気信号の受け取りに応答して機械力を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、前記コイルシステムは複数のコイルを備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルは軸の周りに第１方向に巻かれた第１コイルと、該軸の周りに該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、該システムは機械動力伝達システムを更に備える。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性要素と前記コイルシステムの間の相対直線移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性要素と前記コイルシステムの間の相対回転運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性要素の相対円運動を可能にするよう構成されている。
【００１０】
１つの態様では、電気機械システムは、第１の強さと、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、該第１の強さとほぼ等しい第２の強さと、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを距離を隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成された支持構造体とを備える磁性構造体と、コイルシステムと、前記コイルシステムに対する該磁性構造体の相対移動を容易にするよう構成された吊り下げシステムとを備える。該磁性構造体は、該磁性構造体に隣接する領域において、該第１の強さの５倍の強さを有する単一の磁石の勾配と少なくとも同程度の大きさの勾配を持つ磁界を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該磁性構造体に隣接する領域の磁界勾配は、該第１の強さの７倍の強さを有する単一の磁石の勾配と少なくとも同程度の大きさである。
【００１１】
１つの態様では、電気機械システムは、第１コイルと、該第１コイルと結合され該第１コイルと不整合の第２コイルとを有するコイルシステムと、該コイルシステムに対して動くよう構成された磁性構造体とを備える。１つの実施形態では、該システムは機械力を受け取り、該機械力の受け取りに応答して電気信号を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは電気信号を受け取り、該電気信号の受け取りに応答して機械力を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該第１コイルは第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該第２コイルは該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の等価直径を有し、前記第２コイルは、該第１の等価直径と異なる第２の等価直径を有する。１つの実施形態では、該磁性構造体は、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素と、該第１磁性要素と該第２磁性要素とを周囲距離より近い距離隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成された支持構造体とを備える。１つの実施形態では、前記第１磁性要素は希土類磁石からなる。１つの実施形態では、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素は異なる長さを有する。１つの実施形態では、前記支持構造体は前記第１、第２磁性要素を、大きな勾配の磁界領域を含む該磁性構造体に関して不均衡な磁界を生成する位置に保持するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは機械動力伝達システムを更に備える。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対直線移動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対回転運動を可能にするよう構成されている。１つの実施形態では、前記第１コイルと前記第２コイルは異なる長さを有する。１つの実施形態では、前記第１コイルと前記第２コイルは異なる幅を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルと前記第２コイルはベクトルに対する異なる断面積を有する。１つの実施形態では、該第１コイルは第１の直径を有する第１ワイヤからなり、該第２コイルは該第１の直径と異なる第２の直径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、該第１コイルは絶縁体層上の配線からなる。１つの実施形態では、該コイルシステムの出力の電位差への前記第１コイルの寄与は、該電位差への前記第２コイルの寄与と同じ極性を有する。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数の不整合のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイル枠を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ半円環状の面を持つ永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ円環状の空洞を備える。
【００１２】
１つの態様では、電力を生成する方法は、不整合のコイル対を結合することと、磁性構造体を該コイル対に対して動かすこととを含む。１つの実施形態では、前記コイル対を結合することは、該コイル対を直列並列構成で結合することである。１つの実施形態では、この方法は前記コイルシステムに発生する電流を整流することを更に含む。１つの実施形態では、この方法はエネルギー蓄積システムにエネルギーを蓄えることを更に含む。１つの実施形態では、この方法は該磁性構造体を用いて圧縮された磁界を生成することを更に含む。１つの実施形態では、前記コイル対は軸の周りに第１方向に巻かれた第１コイルと、該軸の周りに該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、該不整合のコイル対はほぼ円環状のコイル枠に巻かれている。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ半円環状の面を持つ永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ円環状の空洞を備える。
【００１３】
１つの態様では、システムはケースと、該ケース内に収容された電気機械システムであって、磁性構造体と；第１コイルと、該第１コイルに結合され該第１コイルと不整合の第２コイルとを有するコイルシステムと；該磁性構造体と該コイルシステムの相対移動を可能にするよう構成された支持構造体とを備える電気機械システムと、該ケース内に収容され該コイルシステムに結合されたエネルギー蓄積装置とを備える。１つの実施形態では、該磁性構造体は圧縮された磁界を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該圧縮された磁界は該磁性構造体に関して不均衡である。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える。１つの実施形態では、前記第１コイルは第１方向に巻かれ、前記第２コイルは該第１方向と異なる第２方向に巻かれている。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する。１つの実施形態では、前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイル枠を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ半円環状の面を持つ永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁性構造体はほぼ円環状の空洞を備える。
【００１４】
１つの態様では、電気機械システムは、磁界を生成する手段と、電流を伝導する第１手段と、該電流伝導第１手段に結合されこれと不整合の電流伝導第２手段とを備えるコイルシステムと、該磁界生成手段と該電流伝導第１、第２手段の間の相対移動を可能にする手段とを備える。１つの実施形態では、該磁界生成手段は複数の永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁界生成手段は圧縮された磁界を生成するよう構成されている。１つの実施形態では、該コイルシステムの出力の電位差への該電流伝導第１手段の寄与は、該電位差への該電流伝導第２手段の寄与と同じ極性を有する。１つの実施形態では、該電流伝導第１手段は絶縁層上の伝導性配線からなる。１つの実施形態では、前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイル枠を備える。１つの実施形態では、該磁界生成手段はほぼ半円環状の面を持つ永久磁石を備える。１つの実施形態では、該磁界生成手段はほぼ円環状の空洞を備える。
【００１５】
１つの態様では、電気機械システムは、ケースと、該ケース内に収容されたコイルシステムと、該ケース内に収容されたエネルギー蓄積システムと、該ケース内に収容され同じ極が対向するよう互いに隔てられた複数の磁性要素を備える磁性構造体と、該磁性構造体と該コイルシステムの相対移動を容易にするよう構成された吊り下げシステムとを備える。１つの実施形態では、該電気機械システムは、該コイルシステムと該エネルギー蓄積システムとに結合されたエネルギー移送制御システムを更に備える。１つの実施形態では、該ケースは３．２立方インチ未満の内容積を有する。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の正弦波励振に応答して、該エネルギー蓄積システムに約１８．２４ジュールのエネルギーを蓄えるよう構成されている。１つの実施形態では、該エネルギー蓄積システムはスーパーコンデンサを備える。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の正弦波励振に応答して、該エネルギー蓄積システムに１８ジュール以上のエネルギーを蓄えるよう構成されている。１つの実施形態では、該エネルギー蓄積システムの電圧レベルは約３Ｖである。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の方形波励振に応答して、該エネルギー蓄積システムに１６ジュール以上のエネルギーを蓄えるよう構成されている。１つの実施形態では、該エネルギー蓄積システムの電圧レベルは約２．８３Ｖである。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の正弦波励振に応答して、１４ジュール以上のエネルギーを１８０オームの負荷に約２．７Ｖの電圧レベルで提供するよう構成されている。１つの実施形態では、該システムは期間５分に亘る１０Ｈｚの周波数の正弦波励振に応答して、１１ジュール以上のエネルギーを９０オームの負荷に約２．４Ｖの電圧レベルで提供するよう構成されている。
【００１６】
図面内の要素のサイズ及び相対的位置は必ずしも一様な倍率で描かれていない。例えば、様々な要素の形及び角度は一様な倍率で描かれておらず、幾つかの要素は図面の見易さを改善するために拡大され配置されている。また、これらの要素の描かれた特定の形は、必ずしも実際の形についての情報を伝えることを意図されておらず、理解のし易さのためだけに選択されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】バイメタルコイルの実施形態の直径に沿った断面図である。
【図２】本発明に係る多コイルシステムの実施形態の側平面図である。
【図３】本発明に係る多コイルシステムの別の実施形態の側平面図である。
【図４】本発明に係る多コイルシステムの別の実施形態の上面図である。
【図５】図４の多コイルシステムの実施形態の底面図である。
【図６】図４の多コイルシステムの実施形態の別の上面図である。
【図７】図４の多コイルシステムの実施形態の側断面図である。
【図８】本発明に係る多コイルシステムの別の実施形態の側断面図である。
【図９】図８の多コイルシステムの実施形態で使用するのに適した層の実施形態の上面図である。
【図１０】図８の多コイルシステムの実施形態で使用するのに適した配線の実施形態の側断面図である。
【図１１】図８の多コイルシステムの実施形態で使用するのに適した層の別の実施形態の上面図である。
【図１２】図８の多コイルシステムの実施形態で使用するのに適した配線の別の実施形態の側断面図である。
【図１３】本発明に係る多コイルシステムの別の実施形態の側断面図である。
【図１４】多コイルシステムの実施形態におけるコイル対の相対的位置を示す機能ブロック図である。
【図１５】図１４に示したコイル対の直列並列結合の実施形態を例示する機能ブロック図である。
【図１６Ａ】永久磁石によって生成された磁束を例示する図である。
【図１６Ｂ】永久磁石によって生成された磁束を例示する図である。
【図１７Ａ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの永久磁石によって生成された磁束を例示する図である。
【図１７Ｂ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの永久磁石によって生成された磁束を例示する図である。
【図１８Ａ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図１８Ｂ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図１９Ａ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の別の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図１９Ｂ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の別の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図２０Ａ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の別の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図２０Ｂ】同じ極同士が互いに対向し周囲距離とほぼ接触位置の間の距離隔てて保持された２つの異なる長さの永久磁石を有する不均衡な磁性構造体の別の実施形態によって生成された磁束を例示する図である。
【図２１】不均衡な磁性構造体の別の実施形態の側断面図である。
【図２２】不均衡な磁性構造体の別の実施形態の側断面図である。
【図２３】バッテリーの実施形態の直径に沿った断面図である。
【図２４】バッテリーの別の実施形態の側断面図である。
【図２５】電気機械システムの実施形態の直径に沿った断面図である。
【図２６】電気機械システムの別の実施形態の直径に沿った断面図である。
【図２７】不均衡な磁性構造体の別の実施形態の側断面図である。
【図２８】コイルシステムの別の実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
下記の記載において、装置、方法、及び物品の様々な実施形態の完全な理解を提供するために特定の細部が説明される。しかし、当業者は、これらの細部を備えていない他の実施形態が実施可能であることを理解するであろう。それら以外には、実施形態の説明を不必要に分かりにくくするのを避けるために、磁性構造体、コイル、バッテリー、リニア発電機、及び制御システムに関連する周知の構造と方法は詳細には記載されていない。
【００１９】
文脈から他の意味であると考えられるのでなければ、下記の説明と請求項において、「を備える」とその変形「からなる」等は、「をこれらに限定されないが含む」と解釈されるべきである。
【００２０】
本明細書において、「１つの実施形態」はその実施形態に関して説明される特定の特徴、構造、又は特色が１つ以上の実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の様々な箇所の「１つの実施形態において」は、必ずしも同じ実施形態、又は全ての実施形態を指してはいない。また、１つ以上の実施形態の様々な特定の特徴、構造、又は特色は適切に組合されて、他の実施形態を形成してもよい。
各見出しは便宜のためだけに提供され、本開示または本発明の範囲又は意味を説明してはいない。
【００２１】
図１は、バイメタルコイル１００の実施形態の直径に沿った断面図である。コイル１００は非磁性巻付枠１０２と、非磁性電気伝導性巻線１０４と、磁気伝導性巻線１０６とを備える。電気伝導性巻線１０４等の電気伝導性巻線を磁気伝導性巻線１０６等の磁気伝導性巻線と一緒に使用することは、コイルの電気伝導性巻線、例えばコイル１００の巻線１０４を通過するか、又はそれによって生成された磁界の集中を容易にする。磁界の集中はコイル１００の効率をずっと高めることができる。例えば、コイル１００が発電機に使用されると、磁性構造体がコイル１００内を通過する時、電気伝導性巻線１０４は電子流を生成し、一方、磁気伝導性巻線１０６は電気伝導性巻線１０４内に磁束を集中させ、コイル１００から出力される電力を増加させる。
【００２２】
電気伝導性巻線１０４の第１層１０８と第２層１１０は巻付枠１０２に巻かれている。１つの実施形態において、電気伝導性巻線１０４は一繋がりになっている。他の実施形態では、電気伝導性巻線１０４は電気的に直列又は並列に接続されていてもよい複数の巻線からなっていてもよい。磁気伝導性巻線１０６の第１層１１２は、電気伝導性巻線１０４の第２層１１０の上に巻かれている。電気伝導性巻線１０４の第３層１１４と第４層１１６は、磁気伝導性巻線１０６の第１層１１２の上に巻かれている。磁気伝導性巻線１０６の第２層１１８は、電気伝導性巻線１０４の第４層１１６の上に巻かれている。電気伝導性巻線１０４の第５層１１９は、磁気伝導性巻線１０６の第２層１１８の上に巻かれている。
【００２３】
電気伝導性巻線１０４は任意の適切な電気伝導性材料、例えば金属材料、例えば銅、銀又はスズが被覆された銅、アルミニウム、銀、金、及び／又は合金でできていてよい。電気伝導性巻線１０４は、例えば単線、束線、撚線、絶縁束線、シート、又はこれらの組合せからなっていてもよい。例えばリッツ線を使用してもよい。電気伝導性巻線１０４は図示したものとサイズが大きく異なり、ずっと小さくても、ずっと大きくてもよい。電気伝導性巻線１０４は通常、絶縁材料１２０で被覆されている。電気伝導性巻線１０４はリード１２２、１２４に結合され、コイル１００となる。
【００２４】
磁気伝導性巻線１０６は任意の適切な磁気伝導性材料、例えば磁気遮蔽材料、例えばニッケル、ニッケル／鉄合金、ニッケル／スズ合金、ニッケル／銀合金、プラスチック磁気遮蔽材、及び／又はニッケル／鉄／銅／モリブデン合金でできていてよい。磁気遮蔽材料は、MuMetal（登録商標）、Hipernom（登録商標）、HyMu 80（登録商標）、及びPermalloy（登録商標）を含む幾つかの商標のものが商業上入手可能である。磁気伝導性巻線１０６は、例えば単線、束線、撚線、絶縁束線、シート、又はこれらの組合せからなっていてもよい。磁気伝導性巻線１０６は図示したものとサイズが大きく異なり、ずっと小さくても、ずっと大きくてもよい。磁気伝導性巻線１０６は通常、絶縁材料１２６で被覆されている。磁気伝導性巻線１０６は、接続１２８で示されるように閉ループを形成し、図示のように接地１３０に接続されている。
【００２５】
電気伝導性巻線と磁気伝導性巻線の層の他の構成を使用してもよい。例えば、例示のように２層の電気伝導性巻線が１層の磁気伝導性巻線と交互になっている代わりに、ｍ、ｎを正の整数としてｍ個の層の電気伝導性巻線がｎ個の層の磁気伝導性巻線と交互になっていてもよい。別の実施例では、ｍ、ｎは一定である必要はない。例えば、層の数は増加しても、又は減少してもよい。層パターンの例は、２Ｅ、１Ｍ、３Ｅ、２Ｍ、４Ｅであり、Ｅは電気伝導性層を、Ｍは磁気伝導性層を表す。
【００２６】
通常、第１層と最終層は電気伝導性巻線１０４の層である。１つの実験では、第１層と最終層が電気伝導性巻線１０４である構成は、発電機の用途において、最終層が磁気伝導性巻線１０６である場合より良好な性能を示した。別の例では、複数の電気伝導性巻線を使用してよい。バイメタルコイルの別の実施形態は、２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されている。
【００２７】
図２は、多コイルシステム２００の実施形態の機能ブロック図である。システム２００は第１コイル２０２と、第２コイル２０４と、コイル枠２０６とを備える。例示のように、該２つのコイル２０２、２０４は単一のコイル枠２０６に巻かれている。幾つかの実施形態では、別々のコイル枠が該第１、第２コイルのために使用されてもよい。幾つかの実施形態では、コイル枠の直径は異なってもよい。例示のように、コイル枠２０６は円筒形である。ほぼ円環状のコイル枠（図２８を参照）等の他の形のコイル枠を使用してもよい。ほぼ円環状のコイル枠は、真に円環状のコイル枠、製造許容差を反映した円環状コイル枠、又は楕円形コイル枠等の変形円環状のコイル枠である。
【００２８】
第１コイル２０２はワイヤ２０８からなる。ワイヤ２０８は巻線２０７の形態にコイル枠２０６に第１数ｎ回巻かれている。ワイヤ２０８は第１厚み２１０で決まる外周長を有する。ワイヤが丸い場合、この厚みはワイヤの直径であり、この外周長はワイヤの円周である。直径は円周と次の関係がある：
円周＝π＊直径
【００２９】
また、ワイヤ２０８は、ベクトルに対するワイヤの断面積をその外周長で割った値である等価直径を有する。丸いワイヤの場合、等価直径は次のように定義されてよい：
等価直径＝直径／外周長
幾つかの実施形態では、異なる形状のワイヤを使用してもよい。丸いワイヤを使用する必要はない。
【００３０】
第１コイル２０２は方向矢印２１２が示す第１方向（Ｙ）に巻かれている。第１コイル２０２は第１リード２１４と第２リード２１６とを有している。第２コイル２０４はワイヤ２１８からなる。ワイヤ２１８は巻線２１７の形態にコイル枠２０６に第２数ｍ回巻かれている。ワイヤ２１８が丸い場合、ワイヤ２１８は第２厚み２２０又は直径で決まる円周を有する。第２コイル２０４は方向矢印２２２が示す第２方向（Ｚ）に巻かれている。第２コイル２０４は第１リード２２４と第２リード２２６とを有している。コイル２０２、２０４の巻線２０７、２１７の細部は図示を容易にするために省略されている。例えばコイル２０２、２０４は通常それぞれ巻線２０７、２１７の複数の層を有する。幾つかの実施形態では、コイル２０２、２０４の巻数は例えば数百である。
【００３１】
ワイヤ２０８、２１８は任意の適切な電気伝導性材料、例えば金属材料、例えば銅、銀又はスズが被覆された銅、アルミニウム、銀、金、及び／又は合金でできていてよい。ワイヤ２０８、２１８は、例えば単線、束線、撚線、絶縁束線、シート、又はこれらの組合せであってもよい。例えばリッツ線を使用してもよい。コイル２０２、２０４は図示したものとサイズが大きく異なり、ずっと小さくても、ずっと大きくてもよい。ワイヤ２０８、２１８は通常、絶縁材料で被覆されている（図１の絶縁材料１２０を参照）。
【００３２】
また、システム２００は、コイル枠２０６を通り一点鎖線で示した軸２３０に沿って動くよう構成された省略可能な磁性構造体２２８を有する。例えば吊り下げシステム（例えば図７の吊り下げシステム４３２を参照）を、磁性構造体２２８がコイル枠２０６を通り軸２３０に沿って運動するのを容易にするために使用してもよい。磁性構造体２２８は従来の単一の磁石であっても、又は他の磁性構造体、例えば下記又は２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、８５８号に記載された構造体を使用してもよい。例示のように、磁性構造体２２８はコイル枠２０６を通り概ね直線経路に沿って動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、磁性構造体２２８はコイル枠２０６を通り他の経路に沿って動くよう構成されてもよい。例えば円環状のコイルの場合、概ね円形の経路であってもよい（図２８を参照）。
【００３３】
例示のように、第１、第２コイル２０２、２０４は１つ以上の物理的特性が異なる点で不整合である。コイルの物理的特性の例は、長さ、幅、直径、ベクトルに対する断面積、等価直径、及び導電率を含む。例示のように、少なくとも２つの物理的特性が異なる。具体的には、第１厚み２１０は第２厚み２２０より小さく、第１巻数ｎは第２巻数ｍより大きい。また、第１方向Ｙは第２方向Ｚと異なる。幾つかの実施形態では、第１コイル２０２の巻線２０７の巻数ｎは、第２コイル２０４の巻線２１７の巻数ｍと同じか、又は小さくてもよい。幾つかの実施形態では、第１厚み２１０は第２厚み２２０と同じか、又は大きくてもよい。システム２００を例えば発電機として使用し、コイル枠２０６を通る磁性構造体２２８の運動に応答して電気エネルギーを生成してもよい。
【００３４】
例示のように、第１コイル２０２の第１リード２１４は第２コイル２０４の第２リード２２６に結合されている。省略可能な負荷２３２が第１コイルの第２リード２１６と第２コイルの第１リード２２４の間に結合されている。本実施形態において、コイル枠２０６を通る磁性構造体２２８の移動に応答して第１コイル２０２の第２リード２１６と第２コイル２０４の第１リード２２４の間に生成される電位差Ｖに、第１、第２コイル２０２、２０４の両方が同じ極性の電位差成分を提供するが、第１コイル２０２が電位差Ｖの最も大きな電圧成分を提供する。また、移動に応答して負荷２３２を流れる１つの方向の電流ｉにコイル２０２、２０４の両方が寄与するが、第２コイル２０４が電流ｉの最も大きな成分を提供する。
【００３５】
幾つかの実施形態では、第１コイル２０２は第２コイル２０４に別の仕方で結合されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル２０２の第１リード２１４は第２コイル２０４の第１リード２２４に結合され、負荷２３２は第１コイル２０２の第２リード２１６と第２コイル２０４の第２リード２２６の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル２０２の第２リード２１６は第２コイル２０４の第１リード２２４に結合され、負荷２３２は第１コイル２０２の第１リード２１４と第２コイル２２４の第２リード２２６の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル２０２の第２リード２１６は第２コイル２０４の第２リード２２６に結合され、負荷２３２は第１コイル２０２の第１リード２１４と第２コイル２０４の第１リード２２４の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル２０２の第１リード２１４は第２コイル２０４の第１リード２２４に結合され、第１コイル２０２の第２リード２１６は第２コイル２０４の第２リード２２６に結合され、負荷２３２はこの結合されたリードの対に結合されてもよい。
【００３６】
幾つかの実施形態は、追加のコイル及び／又は様々な仕方で結合されたコイル対を使用してよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してよい。例えば図１のバイメタルコイル１００を参照。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル２０２、第２コイル２０４、又は両方のコイルはバイメタルコイルであってよい。幾つかの実施形態では、磁性構造体２２８は、第１、第２コイル２０２、２０４を通るのでなくコイル２０２、２０４の傍に沿って動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイルは、コイル枠に巻かれたワイヤの代りに、又は追加して、結合されたワイヤ片の列からなってもよい。
【００３７】
図３は、多コイルシステム３００の別の実施形態の機能ブロック図である。システム３００は第１コイル３０２と、第２コイル３０４と、コイル枠３０６とを備える。例示のように、該２つのコイル３０２、３０４は単一のコイル枠３０６に巻かれている。幾つかの実施形態では、別々のコイル枠が該第１、第２コイル３０２、３０４のために使用されてもよい。幾つかの実施形態では、コイル枠の直径は異なってもよい。
【００３８】
第１コイル３０２は第１厚み３１０のワイヤ３０８を備え、ワイヤ３０８は方向矢印３１２が示す第１方向（Ｙ）にコイル枠３０６に第１数ｎ回巻かれている。第１コイル３０２は第１リード３１４と第２リード３１６とを有している。第２コイル３０４は第２厚み３２０のワイヤ３１８を備え、ワイヤ３１８は方向矢印３１２が示す同じ第１方向（Ｙ）にコイル枠３０６に第２数ｍ回巻かれている。幾つかの実施形態では、コイルの巻数は例えば数百であってもよい。第２コイル３０４は第１リード３２４と第２リード３２６とを有している。コイル３０２、３０４の巻線３０７、３１７の細部は図示を容易にするために省略されている。例えばコイル３０２、３０４は通常それぞれ巻線の複数の層を有している。ワイヤ３０８、３１８は任意の適切な電気伝導性材料でできていてよく、通常図２のワイヤ２０８、２１８に関して説明したように絶縁材料で被覆されている。外周長と等価直径がワイヤ３０８、３１８に対して規定されてよい。
【００３９】
また、システム３００は、コイル枠３０６を通り一点鎖線で示した軸３３０に沿って動くよう構成された省略可能な磁性構造体３２８を有する。例えば吊り下げシステム（例えば図７の吊り下げシステム４３２を参照）を、磁性構造体３２８がコイル枠３０６を通り軸３３０に沿って運動するのを容易にするために使用してもよい。磁性構造体３２８は従来の単一の磁石であっても、又は他の磁性構造体、例えば下記又は２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、８５８号に記載された構造体を使用してもよい。
【００４０】
例示のように、第１厚み３１０は第２厚み３２０より小さく、第１巻数ｎは第２巻数ｍより大きい。従って、コイル３０２、３０４は不整合である。幾つかの実施形態では、第１コイル３０２の巻数ｎは、第２コイル３０４の巻数ｍと同じか、又は小さくてもよい。幾つかの実施形態では、第１厚み３１０は第２厚み３２０と同じか、又は大きくてもよい。システム３００を例えば発電機として使用し、コイル枠３０６を通る磁性構造体３２８の運動に応答して電気エネルギーを生成してもよい。
【００４１】
例示のように、第１コイル３０２の第２リード３１６は第２コイル３０４の第１リード３２４に結合されている。省略可能な負荷３３２が第１コイル３０２の第１リード３１４と第２コイル３０４の第２リード３２６の間に結合されている。本実施形態において、コイル枠３０６を通る磁性構造体３２８の移動に応答して第１コイル２０２の第１リード３１４と第２コイル３０４の第２リード３２６の間に生成される電位差Ｖに、第１、第２コイル３０２、３０４の両方が同じ極性の電位差成分を提供するが、第１コイル３０２が電位差Ｖの最も大きな電圧成分を提供する。また、移動に応答して負荷３３２を流れる１つの方向の電流ｉにコイル３０２、３０４の両方が寄与するが、第２コイル３０４が電流ｉの最も大きな成分を提供する。
【００４２】
幾つかの実施形態では、第１コイル３０２は第２コイル３０４に別の仕方で結合されてもよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル３０２の第１リード３１４は第２コイル３０４の第１リード３２４に結合され、負荷３３２は第１コイル３０２の第２リード３１６と第２コイル３０４の第２リード３２６の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル３０２の第１リード３１４は第２コイル３０４の第２リード３２６に結合され、負荷３３２は第１コイル３０２の第２リード３１６と第２コイル３０４の第１リード３２４の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル３０２の第２リード３１６は第２コイル３０４の第２リード３２６に結合され、負荷３３２は第１コイル３０２の第１リード３１４と第２コイル３０４の第１リード３２４の間に結合されてもよい。別の例では、第１コイル３０２の第１リード３１４は第２コイル３０４の第１リード３２４に結合され、第１コイル３０２の第２リード３１６は第２コイル３０４の第２リード３２６に結合され、負荷３３２はこの結合されたリードの対に結合されてもよい。
【００４３】
幾つかの実施形態は、追加のコイル及び／又は様々な仕方で結合されたコイル対を使用してよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル３０２、第２コイル３０４、又は両方のコイルはバイメタルコイルであってよい（図１のバイメタルコイル１００を参照）。幾つかの実施形態では、磁性構造体３２８は、第１、第２コイル３０２、３０４を通るのでなくコイル３０２、３０４の傍に沿って動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイルは、コイル枠に巻かれたワイヤの代りに、又は追加して、結合されたワイヤ片の列からなってもよい。
【００４４】
図４〜図７は不整合のコイルを使用する多コイルシステム４００の別の実施形態を示す。図４〜図７は図示を容易にするために一様な倍率では描かれていない。図４は多コイルシステム４００の上面図である。多コイルシステム４００は上面４０４を有する絶縁体層４０２を備える。絶縁体層４０２は、例えば集積回路板、基板、又は絶縁体の薄膜又はシートからなる。商業上入手可能な絶縁材料は、例えば商標Mylar（登録商標）のものが販売されている。第１電気伝導性巻線又は配線４０６が絶縁体層４０２の上面４０４上の第１コイル４０８を形成する。第１電気伝導性配線４０６は任意の適切な電気伝導性材料、例えば銅、アルミニウム、金、銀、合金等でできていてよい。基板上に配線を形成するための周知の技法、例えばＲＦＩＤ装置及びアンテナに関して使用される技法を使用してもよい。絶縁体層４０２は開口４１０を有する。電気伝導性配線４０６は第１厚み４１２を有し、上から見て第１方向（Ｙ）に開口４１０の周りに巻かれている。また、第１電気伝導性配線４０６は第１巻数ｎを有する（図では４巻き）。配線４０６は必ずしも一様な倍率では描かれていないし、任意の巻数ｎを使用してよい。小型の発電機で使用する典型的な実施形態は、例えば１巻き〜５０巻きを有する。第１コイル４０８は第１端子４１４と第２端子４１６とを有する。
【００４５】
図５は図４の多コイルシステム４００の実施形態の底面図である。絶縁体層４０２は下面４１８を有する。第２電気伝導性巻線又は第２配線４２０が絶縁体層４０２の下面４１８上の第２コイル４２２を形成する。第２電気伝導性配線４２０は任意の適切な電気伝導性材料、例えば銅、アルミニウム、金、銀、合金等でできていてよい。基板上に配線を形成するための周知の技法、例えばＲＦＩＤ装置及びアンテナに関して使用される技法を使用してもよい。電気伝導性配線４２０は第２厚み４２４を有し、上から見て第２方向（Ｚ）に開口４１０の周りに巻かれている。第２電気伝導性配線４２０は第２巻数ｍを有する（図では２巻き）。配線４２０は必ずしも一様な倍率では描かれていないし、任意の巻数ｍを使用してよい。小型の発電機で使用する典型的な実施形態は、例えば１巻き〜５０巻きを有する。第２コイル４２２は第１端子４２６と第２端子４２８とを有する。
【００４６】
図４に例示したように、第１方向Ｙは、上から見て開口４１０に対して時計回りである。第２方向Ｚは、上から見て開口４１０に対して反時計回りである。しかし、下から見ると（図５に示すように）、第２方向Ｚは、開口４１０に対して時計回りである。図６はシステム４００の別の上面図であり、同じ視点、即ち、上から見て第１方向Ｙは第２方向Ｚと反対であることを示す。幾つかの実施形態では、第１、第２コイル４０８、４２２は両方とも、同じ視点、例えば上から見て同じ方向（例えば方向Ｙ）に開口４１０の周りに巻かれてもよい。
【００４７】
図７は図４〜図６に示した多コイルシステム４００の実施形態の側面図であり、省略可能な磁性構造体４３０と、磁性構造体４３０が開口４１０を通過するのを容易にする吊り下げシステム４３２とを示す。図示を容易にするために、幾つかの細部が図７から省略されている。システム４００は発電機として動作し開口４１０を通る磁性構造体４３０の運動に応答して電気エネルギーを生成するよう構成されてもよい。また、システム４００はモーターとして動作し電気エネルギーのコイル４０８、４２２への印加に応答して磁性構造体４３０を動かすよう構成されてもよい。本実施形態において、発電機として構成された場合、第１コイル４０８の第１端子４１４が第２コイル４２２の第２端子４２８に結合されると、第１、第２コイル４０８、４２２を通る磁性構造体４３０の通過に応答して第１コイル４０８の第２端子４１６と第２コイル４２２の第１端子４２６の間に生成される電位差に、第１、第２コイル４０８、４２２の両方が同じ極性の電圧成分を提供するが、第１コイル４０８が該電位差の最も大きな電圧成分を提供する。また、移動に応答する１つの方向の電流ｉにコイル４０８、４２２の両方が寄与するが、第２コイル４２２が電流ｉの最も大きな成分を提供する。
【００４８】
幾つかの実施形態は、追加のコイル及び／又は様々な仕方で結合されたコイル対を使用してよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル４０８、第２コイル４２２、又は両方のコイルはバイメタルコイルであってよい（図１のバイメタルコイル１００及び２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されたバイメタルコイルを参照）。幾つかの実施形態では、磁性構造体４３０は、第１、第２コイル４０８、４２２を通るのでなくコイル４０８、４２２の傍に沿って、又は周りを動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイルは、巻かれた配線の代りに、又は追加して、結合された配線片の列からなってもよい。
【００４９】
図８〜図１１は不整合のコイルを使用する多コイルシステム８００の別の実施形態を示す。図８は多コイルシステム８００の側断面図である。システム８００は第１コイル８０２と第２コイル８０４とを備える。第１コイル８０２は第２コイル８０４と異なる少なくとも１つの物理的特性又は特徴を有する。
【００５０】
第１コイル８０２はｎ個の積重ねられた絶縁体層８０６を備える。図９は第１コイル８０２の層８０６の実施形態の上面図である。任意の数ｎ個の絶縁体層８０６を積重ねて第１コイル８０２としてよい。例えば幾つかの実施形態は単一の絶縁体層８０６を備え、他の実施形態は数百の絶縁体層８０６を使用してよい。絶縁体層８０６は、例えば集積回路板、基板、又は絶縁体の薄膜又はシートからなってよい。商業上入手可能な絶縁材料は、例えば商標Mylar（登録商標）のものが販売されている。各絶縁体層８０６は図９により詳細に示すように、その中央孔８１０の周りに上から見て第１方向（Ｙ）に巻かれた電気伝導性配線８０８を有する。電気伝導性配線８０８は任意の適切な電気伝導性材料、例えば銅、アルミニウム、金、銀、合金等でできていてよい。基板上に配線を形成するための周知の技法、例えばＲＦＩＤ装置及びアンテナに関して使用される技法を使用してもよい。第１リード８１２は電気配線８０８の第１端８１４（図９を参照）に結合され、第２リード８１６は電気配線８０８の第２端８１８（図９を参照）に結合される。例示のように、各配線８０８は深さ８０９と幅８０７（図１０を参照）によって規定される外周長８１１を有する。具体的には、例示のように、配線８０８の外周長は次のように規定される：
外周長＝２＊（配線の深さ）＋２＊（配線の幅）
【００５１】
配線８０８の外縁は直線である必要はない。従って、外周長８１１は他の寸法によって規定されてもよい。配線８０８は磁界（例えば図１６〜図２０に示した磁束線によって表わされる磁界を参照）に対して相対移動する時、等価直径を有する。これは相対移動ベクトルに対するコイル８０４の向きに基づいて変わる。等価直径は相対移動ベクトルに垂直なコイルの断面積をコイルの外周長で割った値として定義されてもよい。例えば磁性構造体８４０が絶縁体層８０６に垂直な軸８４２に沿ってコイル８０２に対して移動する時、第１コイル８０２の直線外縁の配線８０８の等価直径は次のように表わすことができる：
等価直径＝（配線の幅）／（配線の外周長）
例示の配線８０８は完全な一巻きを形成していない。幾つかの実施形態は図４〜図７に例示したような１以上の巻数を有する配線を使用してもよい。配線の巻数を追加すると、該配線の等価直径は増加する。配線は曲がっていなくてもよい。例えば、幾つかの実施形態は直線部分群からなる配線を使用してもよい。配線群からなるコイルの等価直径は、該配線群の等価直径の和として表わすことができる。
【００５２】
第２コイル８０４はｍ個の積重ねられた絶縁体層８２０を備える。図１１は第２コイル８０４の層８２０の実施形態の上面図である。任意の数ｍの絶縁体層８２０を積重ねて第２コイル８０４としてよい。例えば幾つかの実施形態は単一の絶縁体層８２０を備え、他の実施形態は数百の絶縁体層８２０を使用してよい。絶縁体層８２０は、例えば集積回路板、基板、又は絶縁体の薄膜又はシートからなってよい。商業上入手可能な絶縁材料は、例えば商標Mylar（登録商標）のものが販売されている。各絶縁体層８２０は図１１により詳細に示すように、その中央孔８２４の周りに第２方向（Ｚ）に巻かれた電気伝導性配線８２２を有する。電気伝導性配線８２２は任意の適切な電気伝導性材料、例えば銅、アルミニウム、金、銀、合金等でできていてよい。基板上に配線を形成するための周知の技法、例えばＲＦＩＤ装置及びアンテナに関して使用される技法を使用してもよい。第１リード８２６は電気配線８２２の第１端８２８（図１１を参照）に結合され、第２リード８３０は電気配線８２２の第２端８３２（図１１を参照）に結合される。例示のように、各配線８２２は配線８０８に関して説明したように深さ８２３と幅８２１（図１２を参照）によって規定される外周長８２５を有する。配線８２２の外縁は直線である必要はない。従って、外周長８２５は他の寸法によって規定されてもよい。第２コイル８０４の配線８２２は、第１コイル８０２の配線８０８に関して説明したように磁界に対して相対移動する時、等価直径を有する。例示の配線８２２は完全な一巻きを形成していない。幾つかの実施形態は図４〜図７に例示したような１以上の巻数を有する配線を使用してもよい。
【００５３】
中空の管であってよい省略可能なコイル枠８３４がコイル８０２、８０４の開口８１０、８２４に嵌合する。コイル８０２、８０４の配線８０８、８２２のそれぞれの外周長８１１、８２５は同じでも異なってもよい。幾つかの実施形態では、第１コイル８０２の配線８０８の深さ８０９は、第２コイル８０４の配線８２２の深さ８２３と同じである。幾つかの実施形態では、第１、第２コイル８０２、８０４の配線８０８、８２２は異なる深さを有してよい。幾つかの実施形態では、第１コイル８０２の配線８０８の幅８０７は、第２コイル８０４の配線８２２の幅８２１と同じである。幾つかの実施形態では、第１、第２コイル８０２、８０４の配線８０８、８２２は異なる幅を有してよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイル８０２、８０４の配線８０８、８２２は異なる等価直径を有してもよい。
【００５４】
システム８００は発電機として動作し第１コイル８０２と第２コイル８０４を通る磁性構造体８４０の移動に応答して電気エネルギーを生成するよう構成されてもよい。例えば、第１コイル８０２の第１リード８１２が第２コイル８０４の第２リード８３０に結合され、ｎがｍより大きく、第１コイル８０２の配線８０８の等価直径が第２コイル８０４の配線８２２の等価直径より小さい場合、第１、第２コイル８０２、８０４を通る磁性構造体８４０の通過に応答して第１コイル８０２の第２リード８１６と第２コイル８０４の第１リード８２６の間に生成される電位差に、第１、第２コイル８０２、８０４の両方が同じ極性の電圧成分を提供するが、第１コイル８０２が該電位差の最も大きな電圧成分を提供する。また、移動に応答する１つの方向の電流ｉにコイル８０２、８０４の両方が寄与するが、第２コイル８０４が電流ｉの最も大きな成分を提供する。システム８００はモーターとして動作するよう構成されてもよい。例示のように、コイル枠８３４はコイル８０２、８０４を通る磁性構造体８４０の概ね直線移動を可能にする。他の経路を使用してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、磁性構造体８４０は概ね円形の経路に沿ってコイル８０２、８０４に対して動くよう構成されてもよい。例えば円環状コイルシステム（図２８を参照）を使用してもよい。
【００５５】
幾つかの実施形態は、追加のコイル及び／又は様々な仕方で結合されたコイル対を使用してよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してよい。例えば、幾つかの実施形態では、第１コイル８０２、第２コイル８０４、又は両方のコイルはバイメタルコイルであってよい（図１のバイメタルコイル１００及び２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されたバイメタルコイルを参照）。幾つかの実施形態では、磁性構造体８４０は、軸８４２に一致するベクトルに沿って第１、第２コイル８０２、８０４を通るのでなくコイル８０２、８０４に対して別のベクトルに沿って動くよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、第１、第２コイルは、カーブした配線片の代りに、又は追加して、結合された真直ぐな配線片の列からなってもよい。
【００５６】
図１３は４つのコイル１０２、１０４、１０６、１０８を備えた多コイルシステム１００の実施形態の側断面図である。コイル１０２、１０４、１０６、１０８の細部は図示を容易にするために省略されている。システム１００の実施形態は、例えば、図１〜図１２に例示したコイル、又は２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されたコイルに類似したコイルを使用してもよい。システム１００は共通のコイル枠１１０を有する。幾つかの実施形態は追加のコイル枠を使用してもよい。第１コイル１０２は上から見ると矢印１１２が示すようにコイル枠１１０に対して時計回りに巻かれている。第２コイル１０４は上から見ると矢印１１４が示すようにコイル枠１１０に対して反時計回りに巻かれている。第１、第２コイル１０２、１０４は整合していても、又は不整合であってもよい。第１コイル１０２と第２コイル１０４は、例えば、異なる等価直径、異なる巻数、又はこれらの組合せを有するコイルを使用することで不整合となる。第３コイル１０６は上から見ると矢印１１６が示すようにコイル枠１１０に対して時計回りに巻かれている。第４コイル１０８は上から見ると矢印１１８が示すようにコイル枠１１０に対して反時計回りに巻かれている。第３、第４コイル１０６、１０８は整合していても、又は不整合であってもよい。第１コイル１０２は上リード１２０と下リード１２２を有する。第２コイル１０４は上リード１２４と下リード１２６を有する。第３コイル１０６は上リード１２８と下リード１３０を有する。第４コイル１０８は上リード１３２と下リード１３４を有する。磁性構造体１３６は、コイル枠１１０を通って磁性構造体１３６を動かすよう構成された吊り下げシステム１３８に結合されている。幾つかの実施形態は追加のコイル、又は整合した又は不整合のコイル対を使用してもよい。
【００５７】
例示のように、第１コイル１０２の上リード１２０は第３コイル１０６の下リード１３０と結合され、第２コイル１０４の上リード１２４は第４コイル１０８の下リード１３４と結合され、第１コイル１０２の下リード１２２は第２コイル１０４の下リード１２６と結合され、第３コイル１０６の上リード１２８は第４コイル１０８の上リード１３２と結合されている。第１出力１４０は第１、第２コイル１０２、１０４の下リード１２２、１２６に結合されている。第２出力１４２は第３、第４コイル１０６、１０８の上リード１２８、１３２に結合されている。このコイル結合は直列並列構成と表現される。幾つかの実施形態は、コイル１０２、１０４、１０６、１０８と出力１４０、１４２とを他の構成で結合してもよい。追加のコイル対を直列並列構成で結合してもよい。例えば下記の図１４、図１５を参照。
【００５８】
図１３に示したシステム１００は発電機として動作しコイル枠１１０を通る磁性構造体１３６の移動に応答して電気エネルギーを生成するよう構成されてもよい。本実施形態では、第１コイル１０２と第３コイル１０６は、第２コイル１０４と第４コイル１０８より大きな巻数を有する場合、コイル１０２、１０４、１０６、１０８を通る磁性構造体の通過に応答して第１出力１４０と第２出力１４２の間に生成される電位差Ｖに、コイル１０２、１０４、１０６、１０８の全てが同じ極性の電圧成分を提供するが、第１、第３コイル１０２、１０６が電位差Ｖの最も大きな電圧成分を提供する。また、第２、第４コイル１０４、１０８の等価直径は第１、第３コイル１０２、１０６の等価直径より大きく、負荷（図３の負荷３３２を参照）が出力１４０、１４２の間に結合された場合、移動に応答する１つの方向の電流ｉにコイル１０２、１０４、１０６、１０８の全てが寄与するが、第２、第４コイル１０４、１０８が電流ｉの最も大きな成分を提供する。システム１００はモーターとして動作するよう構成されてもよい。
【００５９】
図１４、図１５はＮ個のコイル対２０２を備えたシステム２００の実施形態を例示する。図１４は軸２０４に沿ったコイル対２０２の相対的位置を例示する。各コイル対２０２は第１コイルＡと第２コイルＢとを有する。各コイルは「＋」と表記された第１リードと「−」と表記された第２リードとを有する。図１５はコイル対２０２群を直列並列構成で結合することを例示する機能ブロック図である。コイル対２０２群の第１コイルＡは降順に直列に結合され第１アーム２０６を形成する。コイル対２０２群の第２コイルＢは降順に直列に結合され第２アーム２０８を形成する。第１アーム２０６と第２アーム２０８は並列に結合されている。第１リード２１０は結合アーム２０６、２０８の第１端２１２に結合されている。第２リード２１４は結合アーム２０６、２０８の第２端２１６に結合されている。
【００６０】
コイルは磁石と一緒に頻繁に装置と用途において使用される。図１６Ａ、図１６Ｂは従来の磁性構造体５００によって生成される磁束を例示する図である。図１６Ｂは図１６Ａの濃淡陰影版である。磁性構造体５００は第１極性の第１極５０４と、第１極性と反対の第２極性の第２極５０６とを有する磁石を備える。図１６は、磁性構造体５００の永久磁石５０２が約１１０００ガウスの強さを有する場合に磁石５０２により生成される磁界を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線５０８を示す。領域内の等ポテンシャル線同士が近いほど、その領域の磁束密度は大きい。
【００６１】
しかし、従来の磁性構造体を改善することができる。多くの装置と用途において、磁束密度を増加させることで効率と性能を大きく改善することができる。例えば、磁束密度を増加させると、勾配がより大きくなり、磁性構造体を使用する例えば発電機又はモーターの効率を増加させることができる。２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、８５８号は、同じ極が互いに対向するよう永久磁石同士を隔てて保持することで高磁束密度の領域を生じさせ、例えば電力生成効率の大きな改善を提供する幾つかの磁性構造体を開示している。
【００６２】
図１７Ａ、図１７Ｂは、圧縮され磁性構造体６００に関して均衡した磁界を生成するよう構成された磁性構造体６００を例示する。図１７Ｂは図１７Ａの濃淡陰影版である。磁性構造体６００は第１極性の第１極６０４と、第１極性と反対の第２極性の第２極６０６とを有する第１磁石６０２を備える。また、磁性構造体６００は第１極性の第１極６１０と、第２極性の第２極６１２とを有する第２磁石６０８を備える。磁性構造体６００は、例えばネオジム‐鉄‐ボロン永久磁石等の１つ以上の希土類磁石、１つ以上のセラミック磁石、１つ以上のプラスチック磁石、１つ以上の粉末磁石、又は１つ以上の他の磁石を備えてもよい。
【００６３】
図１７Ａ、図１７Ｂは、２つの基本的に同じ磁石６０２、６０８を使用する磁性構造体６００の実施形態により生成される磁界を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線６１４を示す。具体的には、図１７Ａ、図１７Ｂは、第１磁石６０２が約１１０００ガウスの強さを有し、第２磁石６０８が約１１０００ガウスの強さを有し、磁石６０２、６０８が同じ極が互いに対向するよう距離６ｍｍ隔てて保持された場合の代表的な磁束等ポテンシャル線６１４を示す。圧縮された磁界が、磁石６０２、６０８の間のスペース６１８に隣接した領域６１６に生成される。この磁界は磁性構造体６００の磁石６０２、６０８に関して均衡している。
【００６４】
１つの実験において、約１３６００ガウスの強さと、約１／２インチの直径と、約３／４インチの長さとを有し、同じ極が互いに対向するよう約６ｍｍ隔てて配置された２つのほぼ同じ円筒形磁石を使用して磁性構造体を構成した。該磁性構造体に隣接した領域の磁界勾配は、約６８０００ガウスの強さを有する単一の円筒形磁石によって生成される磁界勾配とほぼ等しかった。これは、約１３６００ガウスの強さを有する単一の円筒形磁石と比べて約５００％の改善である。
【００６５】
所望の領域における磁束密度の更なる増加は、不均衡な磁界を生成するよう構成された不均衡な磁性構造体を使用することで得られる。例えば異なる物理的特徴又は特性、例えば、異なる強さ、サイズ、形、体積、磁束密度、等価直径、又はこれらの組合せを持った磁性要素（例えば磁石、又は電磁石等の等価物）を磁性構造体内に配置することで、この磁性構造体は不均衡になる。例えば、選択された物理的特性が第１の大きさである第１磁石を、該選択された物理的特性を持たないか又は大きさが異なる第２磁石と一緒に使用してもよい。例えば、長さ、幅、深さ、又は半径等の第１寸法が第１の大きさである第１磁石を、該第１寸法が該第１の大きさと異なる第２の大きさである第２磁石と一緒に配置してもよい。別の例では、円錐形部を有する第１円筒形磁石が円錐形部を持たない第２円筒形磁石と一緒に配置されてもよい。別の例では、第１等価直径を持った第１磁石を、第２等価直径を持った第２磁石と一緒に使用してもよい。
【００６６】
図１８Ａと図１８Ｂは不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体７００の実施形態の断面図である。図１８Ｂは図１８Ａの濃淡陰影版である。磁性構造体７００は第１円筒形磁石７０２と、第２円筒形磁石７０４とを備える。幾つかの実施形態では、磁石７０２、７０４は異なる形とサイズを有し、形とサイズの様々な組合せを使用してもよい。第１磁石７０２は長さ７０６、半径７０８、第１極性の第１極７１０、第２極性の第２極７１２、及び強さＧ1（単位：ガウス）を有する。第２磁石７０４は長さ７１４、半径７１６、第１極性の第１極７１８、第２極性の第２極７２０、及び強さＧ2（単位：ガウス）を有する。第１、第２磁石７０２、７０４は同じ極（例えばＮ極）が互いに対向するよう距離７２２隔てて配置されている。ハウジング（図２３のハウジング８５２を参照）等の支持構造体を、磁石７０２、７０４を同じ極が互いに対向するよう所望の距離隔てて保持するために使用してもよい。例示のように、該選択された物理的特性は各磁石の長さであり、従って、各磁石は異なる等価直径を有する。具体的には、第１磁石７０２の長さ７０６は第２磁石７０４の長さ７１４より長い。幾つかの実施形態では、磁性構造体７００は、異なる長さの磁石の代りに又は加えて、異なる半径の磁石を使用してもよい。同様に、異なる長さ及び／又は半径の磁石の代りに又は加えて、異なる強さＧ1、Ｇ2の磁石を使用してもよい。上述したように、不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体の様々な実施形態は、様々な組合せの１つ以上の物理的特性が異なる磁石を使用してもよい。磁性構造体７００は、例えばネオジム‐鉄‐ボロン永久磁石等の１つ以上の希土類磁石、１つ以上のセラミック磁石、１つ以上のプラスチック磁石、１つ以上の電磁石、１つ以上の粉末磁石、又は１つ以上の他の磁石を備えてもよい。
【００６７】
図１８Ａ、図１８Ｂは、強さＧ1が約１１６００ガウスの第１磁石７０２と、強さＧ2が約１１６００ガウスの第２磁石７０４とが同じ極が互いに対向するよう距離１６ｍｍ隔てて保持されている磁性構造体７００の実施形態により生成される不均衡な磁界７２６を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線７２４を示す。磁界７２６は第１磁石７０２に係る領域７２８においてより大きな密度を有し、第２磁石７０４に係る領域７３０においてより小さい密度を有する。また、磁界７２６は磁性構造体７２６に隣接した２つの大勾配の磁界領域７２９、７３１を有する。２つの大勾配の磁界領域７２９、７３１は互いに対して不均衡である。例えば第１領域７２９は第２領域７３１より小さい。
【００６８】
図１９Ａと図１９Ｂは、強さＧ1が約１１０００ガウスの第１磁石７０２と、強さＧ2が約１１０００ガウスの第２磁石７０４とが同じ極が互いに対向するよう距離約１１ｍｍ隔てて保持されている磁性構造体７００の実施形態により生成される不均衡な磁界７３４を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線７３２を示す。図１９Ｂは図１９Ａの濃淡陰影版である。磁界７３４は第１磁石７０２に係る領域７３６においてより大きな密度を有し、第２磁石７０４に係る領域７３８においてより小さい密度を有する。領域７３６における磁界７３４の密度は、図１８Ａの実施形態の領域７２８における磁界７２６の密度より大きく、領域７３８における磁界７３４の密度は、図１８Ａの実施形態の領域７３０における磁界７２６の密度より小さい。磁界７３４は磁石７０２、７０４に隣接する２つの領域７３９、７４０において圧縮され、互い及び磁性構造体７００に関して不均衡である。
【００６９】
図２０Ａと図２０Ｂは、強さＧ1が約１１６００ガウスの第１磁石７０２と、強さＧ2が約１１６００ガウスの第２磁石７０４とが同じ極が互いに対向するよう距離２ｍｍ隔てて保持されている磁性構造体７００の実施形態により生成される不均衡な磁界７４４を例示するために代表的な磁束等ポテンシャル線７４２を示す。図２０Ｂは図２０Ａの濃淡陰影版である。磁界７４４は第１磁石７０２に係る領域７４６においてより大きな密度を有し、第２磁石７０４に係る領域７４８においてより小さい密度を有する。領域７４６における磁界７４４の密度は、図１９の実施形態の領域７３６における磁界７３４の密度より大きく、領域７４８における磁界７４４の密度は、図１９の実施形態の領域７３８における磁界７３４の密度より小さい。磁界７４４は磁石７０２、７０４の間のスペースに隣接し第２磁石７０２の端７５２を過ぎて延びる領域７５０と、第１磁石７０２に隣接する領域７５４において圧縮されている。領域７５０は磁界勾配が非常に大きなサブ領域７５６を有し、領域７５４は磁界勾配が非常に大きなサブ領域７５８を有する。磁界７４４は磁性構造体７００に関して不均衡であり、大勾配領域７５０、７５４は互いに対して不均衡である。
【００７０】
１つの実験において、異なる物理的特徴を持った２つの円筒形磁石を使用して磁性構造体を構成した。具体的には、約１３６００ガウスの強さと、約１／２インチの直径と、約３／４インチの長さとを持った第１円筒形磁石が、約１３３００ガウスの強さと、約１／２インチの直径と、約３／８インチの長さとを持った第２円筒形磁石から約２ｍｍ隔てた位置に同じ極が互いに対向するよう保持された。該磁性構造体に隣接した領域の磁界勾配は、約９５２００ガウスの強さを有する単一の円筒形磁石によって生成される磁界勾配とほぼ等しかった。これは、約１３６００ガウスの強さを有する単一の円筒形磁石と比べて約７００％の改善である。
【００７１】
不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体の最適な構成、例えば特定のコイル構成等の特定の用途で使用する磁石の最適な形状、強さ、及び位置を決定するためにガウスメータ（不図示）を使用してもよい。
【００７２】
図２１は、不均衡な磁性構造体１００の別の実施形態を例示する。図２１は必ずしも一様な倍率では描かれていない。磁性構造体１００は第１円筒形磁石１０２、第２円筒形磁石１０４、及び第３円筒形磁石１０６を備える。第１磁石１０２は長さ１０８と半径１１０を有する。第２磁石１０４は長さ１１２と半径１１４を有する。第３磁石１０６は長さ１１６と半径１１８を有する。第１磁石１０２は第２磁石１０４から第１距離１２０隔てて保持され、第２磁石１０４は第３磁石１０６から距離１２２隔てて保持され、隣り合う磁石の同じ極が互いに対向する。第２磁石１０４の長さ１１２は第１磁石１０２の長さ１０８と異なる点で例示の磁性構造体１００は不均衡である。１つの実施形態では、第１磁石１０２は１インチの長さ１０８と１／２インチの半径１１０を有し、第２磁石１０４は１／２インチの長さ１１２と１／２インチの半径１１４を有し、第３磁石１０６は１インチの長さ１１６と１／２インチの半径１１８を有する。
【００７３】
図２２は、不均衡な磁性構造体２００の別の実施形態を例示する。磁性構造体２００は必ずしも一様な倍率では描かれていない。磁性構造体２００は半径２０４の球形磁石２０２と、長さ２０８と半径２１０を有する円筒形磁石２０６とを備える。磁石２０２、２０６は異なる形状を有する点で磁性構造体２００は不均衡である。
【００７４】
図２３は、ケース８０２、発電機８０４、第１エネルギー蓄積装置８０６、制御モジュール８０８、第２エネルギー蓄積装置８１０、及び接触端子８１２、８１４を備えるバッテリー８００の実施形態の直径に沿った断面図である。例示のケース８０２はバッテリー８００の他の構成要素の図示を容易にするために切り取られている。ケース８０２は発電機８０４、第１エネルギー蓄積装置８０６、制御モジュール８０８、及び第２エネルギー蓄積装置８１０を収容する。接触端子８１２、８１４はバッテリー８００のケース８０２の上部８１６と底部８１８にそれぞれ装着されている。ケース８０２は磁気及び／又は電気シールドである外ケースシールド８２０を備えてもよい。ケースシールド８２０は、例えば、スズホイル層と、磁気遮蔽材料層とを備えてもよい。磁気遮蔽材料は、例えばニッケル、ニッケル／鉄合金、ニッケル／スズ合金、ニッケル／銀合金、ニッケル／鉄／銅／モリブデン合金であり、ホイルの形態であってもよい。このようなホイル層は、例えば０．００２〜０．００４インチの範囲の厚みを持つ。磁気遮蔽材料は、MuMetal（登録商標）、Hipernom（登録商標）、HyMu 80（登録商標）、及びPermalloy（登録商標）を含む幾つかの商標のものが商業上入手可能である。
【００７５】
幾つかの実施形態では、ケース８０２と接触端子８１２、８１４は、単３電池、単４電池、単２電池、単１電池、９Ｖバッテリー、時計バッテリー、ペースメーカーバッテリー、携帯電話バッテリー、コンピュータバッテリー、及び他の標準と非標準のバッテリー等の従来のバッテリーのものと同じ外部構成をとってもよい。バッテリー８００の実施形態は所望の電圧レベル、例えば１．５Ｖ、３．７Ｖ、７．１Ｖ、９Ｖ、又は他の標準又は非標準の電圧を提供するよう構成されてもよい。幾つかの実施形態は直流及び／又は交流を提供するよう構成されてもよい。
【００７６】
発電機８０４は運動エネルギーを電気エネルギーに変換するよう構成されている。例示のように、発電機８０４は、複数のコイル８２２、８２４と、不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体８２６と、吊り下げシステム８２８とを備えるリニア発電機である。
【００７７】
例示のように、該複数のコイルはコイル枠８３０に巻かれた２つのコイル８２２、８２４である。例えば図１〜図１２に例示したコイル等のコイルを使用してもよい。幾つかの実施形態は複数のコイルの代りに単一のコイルを使用してもよい。幾つかの実施形態は２を超える数のコイルを使用してもよい。例示のように、第１コイル８２２はコイル枠８３０に第１方向に巻かれた第１ワイヤ８３２からなる。該第１方向は矢印８３４によって示されている。第１コイル８２２は第１巻数ｎを有する。例示のように、該巻数ｎは７２である。他の実施形態は任意の巻数ｎを使用してよい。例えば、典型的な実施形態の巻数ｎは数百である。第１ワイヤ８３２は第１半径８３６を有する。第２コイル８２４はコイル枠８３０に第２方向に巻かれた第２ワイヤ８３８からなる。該第２方向は矢印８４０によって示され、該第１方向と反対である。第２コイル８２４は巻数ｍを有する。例示のように、該巻数ｍは２１である。他の実施形態は任意の巻数ｍを使用してよい。例えば、典型的な実施形態の巻数ｍは数百である。第２ワイヤ８３８は第２半径８４２を有する。例示のように、第２半径８４２は第１半径８３６より大きい。
【００７８】
第１コイル８２２は第１リード８４４と第２リード８４６とを有する。第２コイル８２４は第１リード８４８と第２リード８５０とを有する。例示のように、第１コイル８２２の第１リード８４４は第２コイル８２４の第２リード８５０と結合され、第１コイル８２２の第２リード８４６と第２コイル８２４の第１リード８４８は制御モジュール８０８に結合されている。他の実施形態は追加のコイル又はコイル対と、異なるコイル構成を使用してよい。例えば、図１〜図１５に例示したコイルを使用してもよい。
【００７９】
磁性構造体８２６は、例えばネオジム‐鉄‐ボロン永久磁石等の１つ以上の希土類磁石、１つ以上のセラミック磁石、１つ以上のプラスチック磁石、１つ以上の電磁石、１つ以上の粉末磁石、又は１つ以上の他の磁石を備えてもよい。例示のように、磁性構造体８２６は、第１磁石８５４を第２磁石８５８から距離８５６隔てて保持するよう構成されたハウジング８５２を備える。例示のように、磁性構造体８２６は、磁性構造体８２６に関して不均衡な圧縮された磁界を生成するよう構成されている。例えば、図１８Ａ〜図２２に関して説明した磁性構造体を使用してもよい。例示のように、第１磁石８５４は第２磁石８５８と異なる長さを有する。吊り下げシステム８２８はコイル８２２、８２４を通る磁性構造体８２６の運動を容易にする。使用できる吊り下げシステムの例は、２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、５６４号に詳細に記載されている。
【００８０】
第１エネルギー蓄積装置８０６は発電機８０４によって生成された電気エネルギーを蓄えるよう構成されている。１つの実施形態では、第１エネルギー蓄積装置８０６は発電機８０４によって生成された電気エネルギーをほとんど又は全く調節なしで蓄えることができる。他の実施形態では、２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、５６４号に記載されているように、電気エネルギーは第１エネルギー蓄積装置８０６に蓄える前に調節されてもよい。第１エネルギー蓄積装置８０６は１つ以上のウルトラコンデンサーからなってもよい。図示を容易にするために、第１エネルギー蓄積装置８０６は１つの機能ブロックとして示されている。
【００８１】
制御モジュール８０８はバッテリー８００内のエネルギーの移送を制御する。制御モジュール８０８は通常、例示のように全ブリッジ整流器８０９である整流器を備える。例えば、制御モジュール８０８は発電機８０４、第１エネルギー蓄積装置８０６、第２エネルギー蓄積装置８１０、接触端子８１２、８１４等のバッテリー８００の様々な構成要素間のエネルギーの移送を制御するよう構成されてもよい。制御システムの制御下におけるエネルギー移送の幾つかの例が２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、５６４号に記載されている。制御モジュール８０８は様々な方法、例えば統合された制御システム又は個別のサブシステム群として実現されてよい。制御モジュール８０８はディスクリート回路、１つ以上のマイクロプロセッサー、デジタル信号プロセッサー（ＤＳＰ）、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）等として、又はメモリーに記憶されコントローラによって実行される命令列として、又はこれらの組合せとして実現されてよい。幾つかの実施形態では、第１エネルギー蓄積装置８０６は制御モジュール８０８に一体化されてもよい。
【００８２】
第２エネルギー蓄積装置８１０は、制御モジュール８０８の制御下で第１エネルギー蓄積装置８０６から移送された電気エネルギーを蓄えるよう構成される。第２エネルギー蓄積装置８１０は、例えば１つ以上の従来のバッテリー、例えば鉛酸蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムポリマー電池又はリチウムイオン電池、ナトリウム／硫黄電池、又は任意の適切な充電式エネルギー蓄積装置であってもよい。
【００８３】
接触端子８１２、８１４はバッテリー８００へ及び／又はバッテリー８００から電気エネルギーを移送するためのアクセスを提供する。接触端子８１２、８１４は任意の電気伝導性材料、例えば金属材料、例えば銅、銀又はスズが被覆された銅、アルミニウム、金等でできていてよい。接触端子８１２、８１４は制御モジュール８０８に結合されている。幾つかの実施形態では、接触端子８１２、８１４は制御モジュール８０８に直接結合されるのでなく、第２エネルギー蓄積装置８１０に結合されてもよい。例示のように、接触端子８１２、８１４は従来の単２電池の接触端子に類似した物理的構成を持つ。上述のように、他の構成を使用してもよい。接触端子８１２、８１４はバッテリー８００を、ラジオ、携帯電話、測位システム等の外部装置に容易に設置及び取り外しできるように構成されている。接触端子８１２、８１４は磁気シールドを使用してもよい。
【００８４】
バッテリー８００の運動の結果としてエネルギーがバッテリー８００に蓄えられる。例えば、磁性構造体８２６がコイル８２２、８２４に関して中立位置にあり、バッテリー８００が下方に移動させられる場合、バッテリー８００の下方移動に応答して磁性構造体８２６はコイル８２２、８２４に対して上へ移動する。磁性構造体８２６の相対的上方移動によって磁性構造体８２６が第１コイル８２２の上面の上方へ移動する時、コイル８２２、８２４に電流が発生する。
【００８５】
幾つかの実施形態では、吊り下げシステム８２８は、予期されるエネルギー源から生成される電気エネルギーを増加させるよう調整されてよい。例えば、バッテリー８００が、エネルギーが既知の速度で歩く又は走る個人によって供給される環境に頻繁にいる場合、吊り下げシステム８２８をその速度に同調させてよい。従って、バッテリーは、ジョギングする人が生成すると期待されるエネルギーの電気エネルギーへの変換をほぼ最大限にするよう構成されてもよい。別の例では、バッテリー８００が自動車内において交通渋滞、或いは航空機又は地上車両の不規則な運動を頻繁に経験する場合、吊り下げシステム８２８をその環境のエネルギーの電気エネルギーへの変換を最大限にするよう調整してもよい。別の例では、バッテリー８００が流体波、例えば水又は海の波、又は風に頻繁に曝される環境において使用される場合、吊り下げシステム８２８をその環境のエネルギーの電気エネルギーへの変換を最大限にするよう調整してもよい。別の例では、バッテリー８００が振動、例えば動いている車両内における振動を頻繁に経験する場合、吊り下げシステム８２８をその振動から受けるエネルギーの電気エネルギーへの変換を最大限にするよう調整してもよい。別の例では、該吊り下げシステムが第１周波数の励振を経験すると予期される場合は、該吊り下げシステムは異なる周波数の磁性構造体のコイルシステムに対する相対運動を発生させるよう構成されてもよい。該吊り下げシステムは、例えば反発磁石の特徴、例えば形状及び／又は強さを変更するか、ばね等の反発デバイスの張力を調整するか、複数の機械反発デバイスを使用するか、動力伝達システムを使用するか、該磁性構造体（又は該コイルシステム）の移動経路の長さ又は形状を変更するか、又はこれらの組合せによって調整されてよい。他の吊り下げシステム、例えば発電機をバッテリー内で異なる方向に向ける吊り下げシステムを使用してもよい。吊り下げシステム８２８は、エネルギーの電気エネルギーへの最適変換を容易にするために発電機を方向付けるのにジンバルを備え、及び／又はジャイロスコープの原理を使用してもよい。バッテリー内の異なる方向を向いた複数の発電機を使用してもよいし、複数のバッテリー構成を使用してもよい。
【００８６】
幾つかの実施形態では、他の発電機構成、例えば放射状、回転、ゼーベック、音響、熱、又は無線周波数の発電機を使用してもよい。幾つかの実施形態では、他の吊り下げシステム、例えば発電機８０４がケース８０２に対して動き、得られるエネルギーを最大限に利用する吊り下げシステムを使用してもよい。例えば、発電機８０４はバッテリーケース８０２内で回転し移動軸に自身を整列させるか、又は揃えるよう構成されてもよい。別の例では、吊り下げシステム８２８はコイル８２２、８２４が磁性構造体８２６に対して動くのを可能にするよう構成されてもよい。幾つかの実施形態では、円環状のコイルシステムを使用してもよい。
【００８７】
図２４は、ケース９０２、発電機９０４、第１エネルギー蓄積装置９０６、制御モジュール９０８、第２エネルギー蓄積装置９１０、及び接触端子９１２、９１４を備えるバッテリー９００の別の実施形態の側断面図である。発電機９０４はコイルシステム９１６、磁性構造体９１８、及び吊り下げシステム９２０を備える。コイルシステム９１６は１つ以上のコイルを備える。コイルシステム９１６は、例えば上述したコイル又は２００６年６月２６日付で出願した同時係属米国特許出願第１１／４７５、３８９号に記載されたコイルに類似した１つ以上のコイルを備えてよい。例えば、コイルシステム９１６は単一のコイル又は多コイルシステムを備えてもよい。別の例では、該コイルシステムは１つ以上のバイメタルコイルを備えてもよい。別の例では、該コイルシステムは第１方向に巻かれた第１コイルと、共通基準点に関して第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２コイルとを備えてもよい。該磁性構造体は、例えば圧縮された磁界、該磁性構造体に関して不均衡な磁界、又はこれらの組合せを生成するよう構成された磁性構造体であってよい。バッテリー９００は図２３に示したバッテリー８００と異なる構成を有するが、バッテリー９００の動作は図２３に示したバッテリー８００の動作と同様である。接触端子９１２、９１４は任意の電気伝導性材料、例えば金属材料、例えば銅、銀又はスズが被覆された銅、アルミニウム、金等でできていてよい。幾つかの実施形態では、接触端子９１２、９１４はプラスチックコネクター等のコネクター内に収容されていてもよい。
【００８８】
図２５は、例えば図２３、図２４に例示した実施形態及び他の実施形態において使用するのに適した電気機械システム４００の直径に沿った断面図である。図２５は図示を容易にするために一様な倍率では描かれていない。システム４００は、多コイルシステム４０２と、圧縮されかつ不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体４０４と、吊り下げシステム４０６とを備える。吊り下げシステム４０６は磁性構造体４０４がいずれの方向にも多コイルシステム４０２を完全に通過できるように構成されている。例示のように、システム４００はリニア発電機として動作するよう容易に構成可能である。
【００８９】
多コイルシステム４０２は円筒形コイル枠４１２に巻かれた第１コイル４０８と第２コイル４１０とを備える。例示のように、コイル枠４１２は吊り下げシステム４０６のキャリアガイド４１１と一体になっている。コイル枠４１２は直径４１４を有する。第１コイル４０８は、直径４１８を有し第１巻数ｎのワイヤ４１６からなる。このｎはワイヤ４１６の１つの層の巻数に第１コイル４０８の層の数を掛けた値に等しい。第２コイル４１０は、直径４２２を有し第２巻数ｍのワイヤ４２０からなる。このｍはワイヤ４２０の１つの層の巻数に第２コイル４１０の層の数を掛けた値に等しい。第１コイル４０８は第１方向（Ｙ）に巻かれ、第２コイル４１０は共通基準点、例えば移動軸４６４に関して上から見て第１方向Ｙと反対の第２方向（Ｚ）に巻かれている。
【００９０】
磁性構造体４０４は、円筒形磁石ハウジング４２８内に収容された複数の永久磁石４２４、４２６を備える。本実施形態は２つの永久磁石４２４、４２６を磁性構造体４０４内で使用するが、システム４００の他の実施形態は異なる数、例えば３つ又は４つ又は数百の永久磁石を使用してもよい。永久磁石４２４、４２６は例示のようにディスク型円筒形磁石であるが、他の形状であってもよい。例えば矩形（例えば正方形）、球形、又は楕円形磁石を使用してもよい。同様に、磁石の面は平らである必要はない。例えば凸面、凹面、放射面、円錐面、又は菱形面を使用してもよい。様々な形状と面の組合せを使用してもよい。幾つかの実施形態では、電磁石を使用してもよい。磁石ハウジング４２８は永久磁石４２４、４２６を互いに対して適正な位置に同じ極が互いに対向するよう距離４３０隔てて保持するよう構成されている。例示のように、Ｎ極が互いに対向しているが、幾つかの実施形態では、Ｓ極が互いに対向してもよい。第１磁石４２４は強さＧ１、直径４３１、及び長さ４３２を有し、第２磁石４２６は強さＧ２、直径４３３、及び長さ４３４を有する。システム４００は全直径４３６と全長さ４３８とを有する。
【００９１】
上述したように、磁性構造体４０４等の磁性構造体内の永久磁石の形状、位置、及び強さは、圧縮されかつ不均衡な磁界を生成することで、発電機４００の効率を増加させることができる。システム４００の部品の長さと直径の比もシステム４００の効率に影響する可能性がある。例えば、第１磁石４２４の上面から第２磁石４２６の底面までの長さ４４０と、コイル枠４１２の直径４１４との比は、コイルシステム４０２を通る磁性構造体４０４の移動に応答してコイルシステム４０２に発生する電流の大きさに影響する可能性がある。
【００９２】
キャリアガイド４１１の内面４４２と磁石ハウジング４２８の外面４４４は非同類材料でできているか、又は被覆されて、巻付枠４１２と磁石ハウジング４２８の間を結合するためのポテンシャルを下げる。例えば、キャリアガイド４１１は非粘着性被膜で被覆され、磁石ハウジング４２８はＡＢＳプラスチックでできていてもよい。好例の非同類材料は、それぞれ商標Teflon（登録商標）、Lexan（登録商標）のものが入手可能である。
【００９３】
吊り下げシステム４０６は、コイル４０２に対して固定され磁性構造体４０４の移動軸４６４上の第１反発永久磁石４６０と第２反発永久磁石４６２とを備える。第１反発永久磁石４６０は、第１反発永久磁石４６０の１つの極が磁性構造体４０４内で最も近い永久磁石４２４の同じ極と対向するように配置されている。例示のように、第１反発永久磁石４６０のＳ極は磁性構造体４０４の第１永久磁石４２４のＳ極と対向する。同様に、第２反発永久磁石４６２は、第２反発永久磁石４６２の１つの極が磁性構造体４０４内で最も近い永久磁石４２６の同じ極と対向するように配置されている。例示のように、第２反発永久磁石４６２のＳ極は磁性構造体４０４の第２永久磁石４２６のＳ極と対向する。この配置は運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機４００の効率を増加させ、磁性構造体４０４が吊り下げシステム４０６内で停止する可能性を低減する。
【００９４】
また、吊り下げシステム４０６は第１ばね４７４、第２ばね４７６、第３ばね４７８、及び第４ばね４８０を備える。第１ばね４７４は第１反発磁石４６０と磁性構造体４０４の第１端４５６とに結合されている。第１ばね４７４は通常、負荷状態にある。第２ばね４７６は第２反発磁石４６２と磁性構造体４０４の第２端４５８とに結合されている。第２ばね４７６は通常、負荷状態にある。第１、第２ばね４７４、４７６は磁性構造体４０４を軸４６４に沿った所望の移動経路の中心に保持するのを助け、移動軸４６４に沿った磁性構造体４０４の移動によって伸縮された時、磁性構造体４０４に力を加える。第３ばね４７８は第１反発磁石４６０に結合され、磁性構造体４０４が第１反発磁石４６０に近づくとそれが加える押し縮める力に応答して反発力を磁性構造体４０４に加える。第４ばね４８０は第２反発磁石４６２に結合され、磁性構造体４０４が第２反発磁石４６２に近づくとそれが加える押し縮める力に応答して反発力を磁性構造体４０４に加える。ばね４７４、４７６、４７８、４８０は、特定の用途と予期される環境において発電機４００の効率を増加させるよう調整されてよい。この調整は実験的に行われてもよい。幾つかの実施形態は、ばねを使用しなくても、又はより少ない数の又はより多くのばねを使用してもよい。例えば、幾つかの実施形態では、ばね４７８、４８０は省略されてよい。永久磁石４２４、４２６の最適な強さ、サイズ、形状、及び位置、コイル枠のサイズ、ワイヤ４１６、４２０の巻数ｎ、ｍ、及びこのシステムの他の物理的特徴、例えばコイル枠４１２の直径４１４を決定するためにガウスメータ（不図示）を使用してもよい。
【００９５】
例示のように、第１コイル４０８の第１リード４８２は第２コイル４１０の第２リード４８４に結合されている。負荷又はエネルギー源４８６は、第１コイル４０８の第２リード４８８と第２コイル４１０の第１リード４９０の間に結合されている。
【００９６】
下記の表１は図２５に例示したシステム４００の実験用実施形態で使用したパラメータを示す。この実験用実施形態において、磁性構造体の第１磁石４２４は型式番号ＤＣＣの商業上入手可能な希土類磁石であり、第２磁石４２６は型式番号ＤＣ８の商業上入手可能な希土類磁石であり、第１反発磁石４６０は型式番号Ｄ６１Ｇの商業上入手可能な希土類磁石であり、第２反発磁石４６２は型式番号Ｄ６０３の商業上入手可能な希土類磁石である。第１ワイヤ４１６は標準サイズ２７銅ワイヤであり、第２ワイヤ４２０は標準サイズ２１銅ワイヤである。システム４００の実験用実施形態は標準単１電池に嵌合するのに十分小さかった。標準単１電池は約２．３３インチの長さと約１．３２インチの直径を有し、全体積は約３．１９立方インチとなる。図２５に例示したシステム４００の他の実施形態が可能である。
【００９７】
【表１】
表１ 実験用実施形態のパラメータ
【００９８】
下記の表２は、標準単１電池の寸法を持ったバッテリーの実施形態（図２３のバッテリー８００を参照）において使用される表１に従って構成された図２５のシステム４００の実施形態の実験結果を示す。システム４００は１０Ｈｚの周波数の運動に曝され、試験期間５分の間に磁性構造体４０４がコイルシステム４０２を通って約３０００往復した。この往復数は該システムが平均速度３．５マイル／時間で歩く個人の足に取付けられた場合における平均に対応する。励振カラムは運動を励起するのに使用した波形の種類を示す。スーパーコンデンサがコイルシステム４０２の出力に結合された（図２３の第１エネルギー蓄積装置８０６を参照）。表２の負荷カラムは該スーパーコンデンサに並列に結合された抵抗を示す。電圧カラムは５分の励振期間後に該スーパーコンデンサにかかる電圧を示し、エネルギーカラムは５分の励振期間の結果として該スーパーコンデンサに蓄えられたエネルギーを示す。
【００９９】
【表２】
表２ 実験用実施形態の結果
【０１００】
図２６は不均衡な磁界を生成するよう構成された磁性構造体を使用する電気機械システム１００の実施形態の側断面図である。システム１００は、不均衡でかつ圧縮された磁界（図２０を参照）を生成するよう構成された１つ以上の磁性構造体１０４を備える回転子１０２と、１つ以上のコイル１０８を備える固定子１０６とを備える。例示のように、システム１００は２つの磁性構造体１０４と２つのコイル１０８とを備える。磁性構造体１０４は第１長さ１１２を有する第１磁石１１０と、第２長さ１１６を有する第２磁石１１４とを備え、第１磁石１１０と第２磁石１１４とは同じ極が互いに対向するよう隔てて保持され、不均衡でかつ圧縮された磁界を生成するよう構成されている。固定子１０６は、例えば上述したものに類似のコイルを備えてもよい。幾つかの実施形態では、回転子１０２が１つ以上のコイルを備え、固定子１０６が１つ以上の磁性構造体を備えてもよい。
【０１０１】
図２７は、不均衡な磁性構造体１００の別の実施形態を例示する。図２７は必ずしも一様な倍率では描かれていない。磁性構造体１００は第１略円筒形磁石１０２と第２略円筒形磁石１０４とを備える。他の磁石形状を使用してもよいし、追加の磁石を使用してもよい。例えば、磁石の形状を円環状のコイル枠（図２８を参照）を通る移動を可能にするよう変更してもよい。第１磁石１０２は長さ１１２と直径１２０を有する。第２磁石１０４は長さ１１４と直径１２２を有する。第１磁石１０２は第２磁石１０４から第１距離１２４隔てて保持され、磁石１０２、１０４の同じ極が互いに対向する。例示の磁性構造体１００は、第１磁石１０２の長さ１１２が第２磁石１０４の長さ１１４と異なる点で不均衡である。幾つかの実施形態では、第１磁石１０２の長さ１１２と第２磁石１０４の長さ１１４は同じであってもよい。例示のように、第１磁石１０２の直径１２０は第２磁石１０４の直径１２２と同じである。幾つかの実施形態では、第１、第２磁石１０２、１０４は異なる直径を有してもよい。
【０１０２】
第１磁石１０２は、第２磁石１０４のほぼ半円環状の窪み１１０に略対向し、第１、第２磁石１０２、１０４間にほぼ円環状の空洞１０６を形成するほぼ半円環状の窪み１０８を有する。ほぼ半円環状の窪みは、例えば真に半円環状の窪み、製造許容差を反映した半円環状の窪み、又は半楕円形窪み等の変形半円環状の窪みである。ほぼ円環状の空洞は、例えば真に円環状の空洞、製造許容差を反映した円環状の空洞、又は楕円形空洞等の変形円環状の空洞である。
【０１０３】
例示のように、ほぼ半円環状の窪み１０８、１１０は省略可能な略直線部１１８を有する。幾つかの実施形態では、略直線部１１８を設けなくてもよい。また、第１磁石１０２と第２磁石１０４はそれぞれ略半円環状の窪み１０８、１１０に隣接した省略可能な唇状部１１６を有する。唇状部１１６のサイズを距離１２４と一緒に考慮して選択してもよい。例えば、ほぼ円環状の空洞１０６の外径が第１磁石１０２の直径１２０とほぼ同じとなるように選択してもよい。
【０１０４】
図２８は、コイルシステム１００の別の実施形態を例示する。コイルシステム１００は円環状のコイル枠１０２と、コイル枠１０２に巻かれた複数の巻線１０４とを備える。例示のように、コイルシステム１００は単一のコイル１０６を有する。幾つかの実施形態は様々な仕方で結合された複数のコイルを使用してもよい。幾つかの実施形態は１つ以上のバイメタルコイルを使用してもよい。幾つかの実施形態は絶縁シート上の配線からなる１つ以上のコイルを使用してもよい。コイルシステム１００は、ほぼ円形の経路に沿ったコイル枠１０２に対する移動を可能にするよう構成された省略可能な磁性構造体１０８を有する。他の磁性構造体を使用してもよい。例えば上述した磁性構造体を使用してもよい。磁性構造体とコイルは他の経路に沿った相対移動を可能にするよう構成されてもよい。例えば、磁性構造体はほぼ直線経路、例えばコイルの平面に垂直な軸（図２５を参照）に沿って該コイルに対して移動するよう構成されてもよい。コイルシステム１００は、コイルシステム１００に対する磁性構造体の相対移動を容易にする吊り下げシステム及び機構（例えば反発磁石）を使用してもよい。磁性構造体１０８及びハウジング（図２３のハウジング８５２を参照）の形状と、コイル枠１０２及び磁性構造体ハウジング（図２３のハウジング８５２を参照）の材料はコイル枠１０２と磁性構造体ハウジングの間の摩擦及び接触点を低減するよう選択されてよい。
【０１０５】
コイル、磁性構造体、装置、発電機／モーター、バッテリー、制御モジュール、エネルギー蓄積装置、及びエネルギーを生成し蓄積する方法の特定の実施形態及び例を例示の目的のために説明したが、当業者によって理解されるであろうように本開示の思想と範囲から逸脱することなく様々な変更が可能である。
【０１０６】
上述した様々な実施形態を組合わせて別の実施形態とすることができる。これらに限定されないが米国特許出願第１１／４７５、８５８号、第１１／４７５、３８９号、第１１／４７５、５６４号、第１１／４７５、８４２号を含む、本明細書で参照され及び／又は出願データシートに記載された米国特許、米国特許出願公開、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許文献の全てを本明細書に援用する。本発明の態様は必要であれば上記の特許、出願、及び公開のシステム、回路、及び着想を使用し、本発明の追加の実施形態を提供するよう変更することができる。
【０１０７】
上記詳細な説明を考慮すると本発明の様々な変更が可能である。添付の請求項において、使用される用語は本発明を本明細書及び請求項に開示された特定の実施形態に限定すると理解されるべきでない。従って、本発明は本開示によって限定されないが、その範囲は添付の請求項によって完全に決定されるであろう。
【符号の説明】
【０１０８】
４００ 電気機械システム
４０４、８２６ 磁性構造体
４０８、８２２ 第１コイル
４１０、８２４ 第２コイル
４２４、８５４ 第１磁石
４２６、８５８ 第２磁石
４２８、８５２ ハウジング（支持構造体）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、
該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素と、
を備える磁性構造体と、
該第１磁性要素と該第２磁性要素とを周囲距離より近い距離隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成された支持構造体と、
を備える電気機械システム。
【請求項２】
前記第１磁性要素は希土類磁石からなる請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２磁性要素は希土類磁石からなる請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記支持構造体は前記第１、第２磁性要素を、大きな勾配の磁界領域を含む不均衡な磁界を生成する位置に保持するよう構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記支持構造体は前記磁性構造体とコイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記磁性構造体が前記コイルシステムに対して移動する時、前記磁界領域の少なくとも一部が該コイルシステムを通過する請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
該システムは機械力を受け取り、該機械力の受け取りに応答して電気信号を生成するよう構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
該システムは電気信号を受け取り、該電気信号の受け取りに応答して機械力を生成するよう構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コイルシステムは複数のコイルを備える請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数のコイルは軸の周りに第１方向に巻かれた第１コイルと、該軸の周りに該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える請求項６に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、
該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
機械動力伝達システムを更に備える請求項６に記載のシステム。
【請求項１７】
前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対直線移動を可能にするよう構成されている請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対回転運動を可能にするよう構成されている請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性構造体の相対円運動を可能にするよう構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える請求項６に記載のシステム。
【請求項２３】
第１磁性要素と第２磁性要素とを間隔を隔てて同じ極が互いにほぼ対向するよう配置することで、該第１、第２磁性要素に関して不均衡で、該第１、第２磁性要素に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させることと、
コイルシステムと該磁界の間の相対移動を発生させることと
を含む電力を生成する方法。
【請求項２４】
前記コイルシステムに発生する電流を整流することを更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
エネルギー蓄積システムにエネルギーを蓄えることを更に含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１、第２磁性要素はそれぞれ永久磁石からなる請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記相対移動を発生させることは、前記コイルシステムに対して前記永久磁石を移動させることである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね直線経路に沿って該永久磁石を移動させることである請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を回転させることである請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記不均衡な磁界の圧縮された磁界領域における勾配を最適化することを更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記コイルシステムは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを備える請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を概ね円形の経路に沿って移動させることである請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１磁性要素はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素はほぼ半円環状の面を有する請求項２３に記載の方法。
【請求項３６】
前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える請求項２３に記載の方法。
【請求項３８】
第１磁性要素と第２磁性要素とを間隔を隔てて同じ極が互いにほぼ対向するよう配置することで、該第１、第２磁性要素に関して不均衡で、該第１、第２磁性要素に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させることと、
該第１、第２磁性要素の近傍にあるコイルシステムに電流を伝導することと
を含む機械力を生成する方法。
【請求項３９】
前記電流は交流である請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
ケースと、
該ケース内に収容された電気機械システムであって、
コイルシステムと、
磁性構造体であって、
第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、
該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素と
を備える磁性構造体と、
該第１磁性要素と該第２磁性要素とを間隔を隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するよう配置して、該第１、第２磁性要素に関して不均衡な磁界を発生させるように構成された支持構造体と
を備える電気機械システムと、
該ケース内に収容されたエネルギー蓄積装置と
を備えるシステム。
【請求項４１】
前記第１磁性要素は希土類磁石からなる請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記第２磁性要素は希土類磁石からなる請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記不均衡な磁界は、該磁界が圧縮された領域を含む請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記支持構造体は前記磁性構造体と前記コイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記磁性構造体が前記コイルシステムに対して移動する時、前記領域が該コイルシステムを通過する請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記コイルシステムは複数のコイルを備える請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記複数のコイルは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える請求項４５に記載のシステム。
【請求項５２】
前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、
該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記物理的特性は強さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい請求項４２に記載のシステム。
【請求項５４】
該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性構造体の相対円運動を可能にするよう構成されている請求項４５に記載のシステム。
【請求項５５】
前記第１磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項５６】
前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える請求項４０に記載のシステム。
【請求項５８】
磁界を生成する第１手段と、
磁界を生成する第２手段と、
磁界を生成する該第１と第２手段を互いに対して配置して、不均衡で該第１と第２手段に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させる手段と、
電流を伝導する手段と、
該圧縮された磁界領域と電流を伝導する該手段の間の相対移動を可能にする手段と
を備える電気機械システム。
【請求項５９】
磁界を生成する前記第１と第２手段はそれぞれ永久磁石からなる請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
電流を伝導する前記手段はコイル対を備え、該コイル対の第１コイルは、第１の外周長を有し第１の巻数第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１の外周長と異なる第２の外周長を有し第２の巻数第２方向に巻かれた第２ワイヤからなり、該第２の巻数は該第１の巻数と異なり、該第２方向は該第１方向と異なる請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
前記第１の巻数は前記第２の巻数より大きく、前記第１の外周長は前記第２の外周長より小さい請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
電流を伝導する前記手段は、電流を伝導する該手段の出力の電位差への前記第１コイルの寄与が、該電位差への前記第２コイルの寄与と同じ極性を有するよう該第１コイルを該第２コイルに結合する結合構成を更に備える請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
ほぼ半円環状の面を有する第１磁性要素と、
ほぼ半円環状の面を有する第２磁性要素と、
該第１磁性要素と該第２磁性要素とを隔て、該第１と第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するように保持するよう構成された支持構造体と
を備えるシステム。
【請求項６４】
コイルシステムを更に備える請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
前記第１磁性要素は前記第２磁性要素とほぼ同一である請求項６３に記載のシステム。
【請求項６６】
前記第１磁性要素の長さは前記第２磁性要素の長さより長い請求項６３に記載のシステム。
【請求項６７】
前記第１磁性要素はほぼ円筒形の永久磁石からなる請求項６３に記載のシステム。
【請求項６８】
前記コイルシステムはほぼ円環状のコイルを備える請求項６４に記載のシステム。
【請求項１】
第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、
該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素と、
を備える磁性構造体と、
該第１磁性要素と該第２磁性要素とを周囲距離より近い距離隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するように保持するよう構成された支持構造体と、
を備える電気機械システム。
【請求項２】
前記第１磁性要素は希土類磁石からなる請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第２磁性要素は希土類磁石からなる請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記支持構造体は前記第１、第２磁性要素を、大きな勾配の磁界領域を含む不均衡な磁界を生成する位置に保持するよう構成されている請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記支持構造体は前記磁性構造体とコイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記磁性構造体が前記コイルシステムに対して移動する時、前記磁界領域の少なくとも一部が該コイルシステムを通過する請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
該システムは機械力を受け取り、該機械力の受け取りに応答して電気信号を生成するよう構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項９】
該システムは電気信号を受け取り、該電気信号の受け取りに応答して機械力を生成するよう構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コイルシステムは複数のコイルを備える請求項６に記載のシステム。
【請求項１１】
前記複数のコイルは軸の周りに第１方向に巻かれた第１コイルと、該軸の周りに該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える請求項６に記載のシステム。
【請求項１５】
前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、
該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
機械動力伝達システムを更に備える請求項６に記載のシステム。
【請求項１７】
前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対直線移動を可能にするよう構成されている請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記機械動力伝達システムは前記磁性構造体と前記コイルシステムの間の相対回転運動を可能にするよう構成されている請求項１６に記載のシステム。
【請求項１９】
該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性構造体の相対円運動を可能にするよう構成されている請求項６に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える請求項６に記載のシステム。
【請求項２３】
第１磁性要素と第２磁性要素とを間隔を隔てて同じ極が互いにほぼ対向するよう配置することで、該第１、第２磁性要素に関して不均衡で、該第１、第２磁性要素に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させることと、
コイルシステムと該磁界の間の相対移動を発生させることと
を含む電力を生成する方法。
【請求項２４】
前記コイルシステムに発生する電流を整流することを更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
エネルギー蓄積システムにエネルギーを蓄えることを更に含む請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１、第２磁性要素はそれぞれ永久磁石からなる請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記相対移動を発生させることは、前記コイルシステムに対して前記永久磁石を移動させることである請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、概ね直線経路に沿って該永久磁石を移動させることである請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を回転させることである請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記不均衡な磁界の圧縮された磁界領域における勾配を最適化することを更に含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記コイルシステムは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを備える請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記コイルシステムに対して永久磁石を移動させることは、該永久磁石を概ね円形の経路に沿って移動させることである請求項２７に記載の方法。
【請求項３５】
前記第１磁性要素はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素はほぼ半円環状の面を有する請求項２３に記載の方法。
【請求項３６】
前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える請求項２３に記載の方法。
【請求項３８】
第１磁性要素と第２磁性要素とを間隔を隔てて同じ極が互いにほぼ対向するよう配置することで、該第１、第２磁性要素に関して不均衡で、該第１、第２磁性要素に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させることと、
該第１、第２磁性要素の近傍にあるコイルシステムに電流を伝導することと
を含む機械力を生成する方法。
【請求項３９】
前記電流は交流である請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
ケースと、
該ケース内に収容された電気機械システムであって、
コイルシステムと、
磁性構造体であって、
第１の大きさの物理的特性と、第１極性の第１極と、該第１極性と反対の第２極性の第２極とを有する第１磁性要素と、
該第１の大きさと異なる第２の大きさの該物理的特性と、該第１極性の第１極と、該第２極性の第２極とを有する第２磁性要素と
を備える磁性構造体と、
該第１磁性要素と該第２磁性要素とを間隔を隔て、該第１磁性要素の該第１極が該第２磁性要素の該第１極と概ね対向するよう配置して、該第１、第２磁性要素に関して不均衡な磁界を発生させるように構成された支持構造体と
を備える電気機械システムと、
該ケース内に収容されたエネルギー蓄積装置と
を備えるシステム。
【請求項４１】
前記第１磁性要素は希土類磁石からなる請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記第２磁性要素は希土類磁石からなる請求項４１に記載のシステム。
【請求項４３】
前記物理的特性は長さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】
前記不均衡な磁界は、該磁界が圧縮された領域を含む請求項４３に記載のシステム。
【請求項４５】
前記支持構造体は前記磁性構造体と前記コイルシステムの互いに対する移動を可能にするよう構成されている請求項４４に記載のシステム。
【請求項４６】
前記磁性構造体が前記コイルシステムに対して移動する時、前記領域が該コイルシステムを通過する請求項４５に記載のシステム。
【請求項４７】
前記コイルシステムは複数のコイルを備える請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記複数のコイルは第１方向に巻かれた第１コイルと、該第１方向と異なる第２方向に巻かれた第２コイルとを含む請求項４７に記載のシステム。
【請求項４９】
前記第１コイルは、第１の巻数を有し、前記第２コイルは、該第１の巻数と異なる第２の巻数を有する請求項４８に記載のシステム。
【請求項５０】
前記第１コイルは、第１の半径を有する第１ワイヤからなり、前記第２コイルは、該第１の半径と異なる第２の半径を有する第２ワイヤからなる請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記コイルシステムは、直列並列構成で結合された複数のコイル対を備える請求項４５に記載のシステム。
【請求項５２】
前記複数のコイルのうち１つのコイル対の第１コイルは、第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、
該コイル対の第２コイルは、該第１方向と反対の第２方向に巻かれた第２ワイヤからなる請求項５１に記載のシステム。
【請求項５３】
前記物理的特性は強さであり、前記第１の大きさは前記第２の大きさより大きい請求項４２に記載のシステム。
【請求項５４】
該システムは前記コイルシステムに対する前記磁性構造体の相対円運動を可能にするよう構成されている請求項４５に記載のシステム。
【請求項５５】
前記第１磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有し、前記第２磁性要素の前記第１極はほぼ半円環状の面を有する請求項４０に記載のシステム。
【請求項５６】
前記２つのほぼ半円環状の面は、前記第１磁性要素と前記第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するよう寸法が設定されている請求項５５に記載のシステム。
【請求項５７】
前記コイルシステムは、ほぼ円環状のコイルを備える請求項４０に記載のシステム。
【請求項５８】
磁界を生成する第１手段と、
磁界を生成する第２手段と、
磁界を生成する該第１と第２手段を互いに対して配置して、不均衡で該第１と第２手段に隣接する領域において圧縮された磁界を発生させる手段と、
電流を伝導する手段と、
該圧縮された磁界領域と電流を伝導する該手段の間の相対移動を可能にする手段と
を備える電気機械システム。
【請求項５９】
磁界を生成する前記第１と第２手段はそれぞれ永久磁石からなる請求項５８に記載のシステム。
【請求項６０】
電流を伝導する前記手段はコイル対を備え、該コイル対の第１コイルは、第１の外周長を有し第１の巻数第１方向に巻かれた第１ワイヤからなり、該コイル対の第２コイルは、該第１の外周長と異なる第２の外周長を有し第２の巻数第２方向に巻かれた第２ワイヤからなり、該第２の巻数は該第１の巻数と異なり、該第２方向は該第１方向と異なる請求項５９に記載のシステム。
【請求項６１】
前記第１の巻数は前記第２の巻数より大きく、前記第１の外周長は前記第２の外周長より小さい請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
電流を伝導する前記手段は、電流を伝導する該手段の出力の電位差への前記第１コイルの寄与が、該電位差への前記第２コイルの寄与と同じ極性を有するよう該第１コイルを該第２コイルに結合する結合構成を更に備える請求項６１に記載のシステム。
【請求項６３】
ほぼ半円環状の面を有する第１磁性要素と、
ほぼ半円環状の面を有する第２磁性要素と、
該第１磁性要素と該第２磁性要素とを隔て、該第１と第２磁性要素の間にほぼ円環状の空洞を形成するように保持するよう構成された支持構造体と
を備えるシステム。
【請求項６４】
コイルシステムを更に備える請求項６３に記載のシステム。
【請求項６５】
前記第１磁性要素は前記第２磁性要素とほぼ同一である請求項６３に記載のシステム。
【請求項６６】
前記第１磁性要素の長さは前記第２磁性要素の長さより長い請求項６３に記載のシステム。
【請求項６７】
前記第１磁性要素はほぼ円筒形の永久磁石からなる請求項６３に記載のシステム。
【請求項６８】
前記コイルシステムはほぼ円環状のコイルを備える請求項６４に記載のシステム。
【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１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【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１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７Ａ】
【図１７Ｂ】
【図１８Ａ】
【図１８Ｂ】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公表番号】特表２０１０−５１４３８８（Ｐ２０１０−５１４３８８Ａ）
【公表日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１８１５５（Ｐ２００９−５１８１５５）
【出願日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１４２２７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／００２４１４
【国際公開日】平成２０年１月３日（２００８．１．３）
【出願人】（５０８３７４８７４）バテル エナジー アライアンス エルエルシー (2)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年４月３０日（２０１０．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月１４日（２００７．６．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１４２２７
【国際公開番号】ＷＯ２００８／００２４１４
【国際公開日】平成２０年１月３日（２００８．１．３）
【出願人】（５０８３７４８７４）バテル エナジー アライアンス エルエルシー (2)
【Ｆターム（参考）】
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