(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両を移動させるための部材を含む車両であって、前記移動部材が発電機システムに接続され、そこからエネルギを受け取る、車両を備え、
前記発電機システムは、多相材料及び圧縮空気を使用して運動エネルギを電気エネルギに変換するものであって、発射管と、前記発射管に圧縮空気を送り出すように構成されるエアマニホルドと、を有し、
前記多相材料は、多種多様な元素がまとめて結合された材料を含む多相複合構造を有する、
装置。
【請求項２】
前記発射管は、多相材料及び加圧空気を受け入れ可能な中空構造を有するとともに、前記発射管に圧縮空気を送り出すための空気圧縮機をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記発電機システムは、前記圧縮空気を前記発射管に定時的に導入するための高速動作弁をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記発電機システムは、前記多相材料を受け入れ、電気エネルギを捕獲し、前記電気エネルギを前記車両の電子機器に伝達する発電機をさらに有する、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記発電機システムは、前記多相材料が前記発電機によって受け入れられた後に前記多相材料を受け入れるためのリザーバをさらに有し、前記発電機システム内で前記多相材料を再利用できるように前記リザーバが前記発射管に接続される、請求項４記載の装置。
【請求項６】
前記多相材料は、砂とガスの混合物を含む、請求項１記載の装置。
【請求項７】
多相材料を使用する発電機システムを有する車両を操作するための方法であって、前記方法は、
前記発電機システムの発射管に前記多相材料を提供することと、
前記発射管に十分な力の圧縮空気を送り出し、前記多相材料が前記発射管から発電機内に移動できるようにすることと、を含み、
前記多相材料は、多種多様な元素がまとめて結合された材料を含む多相複合構造を有し、
前記発電機が前記多相材料を受け入れるように構成され、それにより電気エネルギを捕獲し、前記電気エネルギを自動車の電子機器に伝達し、
前記発電機は、前記電気エネルギをエネルギ貯蔵部材に伝達するように構成される、方法。
【請求項８】
前記発電機は、前記電気エネルギをパワー・コントローラに伝達するように構成され、前記自動車の車輪が回転し、それにより前記自動車を移動させるように、前記パワー・コントローラが前記自動車の前記車輪の車軸に動力を送り出すように構成される、請求項７記載の方法。
【請求項９】
発電機システムと、車両を移動させるための回転部材と、を備え、
前記発電機システムは、第１の端部と第２の端部とを含む発射管と、前記発射管の第１の端部に接続された発電機と、前記発射管から前記発電機に多相材料を送り出すように構成された送り出しシステムと、前記車両の前記回転部材と前記発電機を接続する接続システムと、を有し、
前記多相材料は、多種多様な元素がまとめて結合された材料を含む多相複合構造を有し、
前記発電機は、前記多相材料及び圧縮空気を使用して電気エネルギを生成し、前記電気エネルギを前記車両の前記回転部材に伝達する、
車両。
【請求項１０】
前記送り出しシステムは、エアマニホルドと、圧縮空気のリザーバと、高速動作弁と、を有し、前記圧縮空気リザーバが前記高速動作弁を介して前記発射管に圧縮空気を送り出せるように、前記エアマニホルドが前記圧縮空気リザーバを前記発射管に接続する、請求項９記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  本発明の諸実施形態は、空気駆動式車両（air-driven vehicle）に関し、特に、車両を推進するための電気を発生するための多相材料発電機（multiphase material generator）システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  現在、車両の分野では、車両を推進するために燃料源を使用することが一般的な慣習になっている。このような装置は、一般に、それに関連する重大な非効率のために運転時に不満足なものであることが分かっている。具体的には、このような車両の構築に伴う膨大な重量並びに短距離であってもこのような車両を推進するのに必要な大量の燃料がその構築を非実用的なものにしている。車両に関連する問題の多くは、燃料が希少資源であることと、その燃焼によって環境上有害な煙霧を生成することが中心になっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[0003]  従って、効率的、効果的、しかも環境上安全に、車両を推進するためのシステム及び方法を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0004]  本発明の一実施形態によれば、車両を推進するためのシステムは発電機を含み、その発電機は電気エネルギを捕獲し、その電気エネルギを少なくとも１つの車輪内のモータに伝達する。
【０００５】
[0005]  本発明のその他の態様及び特徴は、特許請求の範囲のみに定義されるように、添付図面に関連して本発明に関する以下の非限定的な詳細説明を検討すると、当業者にとって自明のものになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0006]本発明のいくつかの実施形態による車両及びその車両を推進するためのシステムの一例である。
【図２】[0007]いくつかの態様による図１のシステムの一例のブロック図である。
【図３Ａ】[0008]いくつかの態様による発電機システムのブロック図の一例である。
【図３Ｂ】[0009]いくつかの態様による発電機システムの一例である。
【図３Ｃ】[0010]いくつかの態様による発電機の一例である。
【図３Ｄ】[0010]いくつかの態様による発電機の一例である。
【図３Ｅ】[0011]いくつかの態様による発電機の一例である。
【図３Ｆ】[0012]いくつかの態様による図１の発電機の上面図である。
【図３Ｇ】[0013]いくつかの態様による運転時の発電機の一例である。
【図４Ａ】[0014]いくつかの態様による発電機の他の例を示す図である。
【図４Ｂ】[0014]いくつかの態様による発電機の他の例を示す図である。
【図４Ｂ】[0015]いくつかの態様による発電機の他の例である。
【図５】[0016]図４Ａの発電機によって発生させた信号のグラフである。
【図６】[0017]いくつかの態様による発電機の他の例である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0018]  諸実施形態に関する以下の詳細な説明は添付図面を参照するものであり、添付図面は本発明の特定の諸実施形態を示している。異なる構造及び動作を有する他の諸実施形態は本発明の範囲を逸脱するものではない。
【０００８】
[0019]  図１は、本発明のいくつかの実施形態による車両５０及びその車両を推進するためのシステム１００の一例である。この車両は、ボディと、車両のボディを移送するように構成された少なくとも１つの回転部材（rotatable member）と、を含む。この車両は少なくとも１つの回転部材によって推進可能な任意の移動装置にすることができることを理解されたい。例えば、この車両は、自動車、トラック、オートバイ、機関車、ボート、トレーラ、ゴルフカードなどにすることができる。
【０００９】
[0020]  例示を容易にするために、示されている模範的な車両は自動車５０である。自動車５０はボディ５２と、４つの回転部材（例えば、車輪５４）と、を含む。車輪５４は、ボディ５２を支え、ボディ５２を移動させるように構成される。
【００１０】
[0021]  車両の回転部材は車輪５４に限定すべきではなく、飛行機のプロペラ又はボートのモータなど、車両の推進を容易にするその他のメカニズムにすることができることを理解されたい。従って、回転部材は、車両を移動させるための電動装置に接続される任意の装置にすることができる。
【００１１】
[0022]  システム１００は、後で述べるように、回転部材に取り付けられ、車輪５４を回転させるための電気を発生する発電機に圧縮空気を提供するように構成される。
【００１２】
[0023]  このシステムの様々な実施形態を使用することができる。例えば、多相材料（ＭＰＭ）を使用する発電機システムを使用することができる。
【００１３】
[0024]  図２は、本発明のいくつかの実施形態による図１のシステム１００の一例のブロック図である。システム１００は、本明細書に記載されているコンポーネントのうちの１つ又は複数を含む場合もあれば、開示されたコンポーネントより多くを含む場合もある。図２に示されている模範的なシステム１００は、空気圧縮機１０２と、貯蔵タンク１０４と、高速動作弁（fast acting valve）１０６と、発射管（launch tube）１０８と、多相材料（ＭＰＭ）ランナ１１０、１１０’と、発電機１１２と、エネルギ貯蔵回路１１４と、パワー・コントローラ１１６と、デジタル・コントローラ１１８と、ドライビング・コンピュータ１２０と、インホイール・ベース・モータと、ドライビング・コンピュータ１２０用の制御インターフェース１２４と、環境センサ１２６とを含む。これらのコンポーネントは図２に示されているように相互接続される。
【００１４】
[0025]  エネルギ・プロセスの一般的な概要として、いくつかの実施形態により、ＭＰＭ１０７は発射管１０８に充填される。貯蔵タンク１０４に貯蔵されている圧縮空気は、高速動作弁１０６を介して発射管１０８に急速に導入される。この空気は衝撃波を発生するものであるが、ＭＰＭ１０７が移動し始めると、衝撃波が発生し、発射管１０８のベースからＭＰＭ１０７とともに上に伝搬し、発射管１０８内では反対方向に移動する残存波（depression wave）が発生し、ＭＰＭ１０７を発射管１０８を通って発電機１１２に向かって急速に移動させる。電気エネルギは発電機１１２によって捕獲され、自動車用の電子機器に伝達される。ＭＰＭ１０７が発電機１１２内を移動するか又は発電機１１２から外へ移動した後、ＭＰＭ１０７はＭＰＭリザーバに戻されるか又は使用できないＭＰＭは廃棄される。上記のプロセス概要は本発明のプロセスの一例であり、様々なその他のステップ及び代替ステップをこのプロセスに含めることができることに留意されたい。本発明のいくつかの態様に関するより詳細な説明を以下に示す。
【００１５】
[0026]  次に、いくつかの実施形態における発電機システムの各部分について、図２〜図３Ｇに関連して以下に述べる。
【００１６】
[0027]  このシステムでは任意の種類の空気圧縮機１０２を使用することができる。一実施形態ではこれはピストン圧縮機にすることができ、他の実施形態ではスクリュー式の圧縮機にすることができるであろう。空気圧縮機１０２は、貯蔵タンク１０４にガスを貯蔵し、そのガスが発射管１０８に送り出される準備ができるまでこのような貯蔵タンク１０４を加圧する。一実施形態では、空気圧縮機１０２は、車載圧縮機であるので、車両内に搭載されるものとし、従って、空気圧縮機１０２は軽量かつ高性能でなければならない。空気圧縮機１０２は、デジタル・コントローラ１１８及び貯蔵タンク１０４と通じている。
【００１７】
[0028]  貯蔵タンク１０４は、圧縮空気を貯蔵し、デジタル・コントローラ１１８及び高速動作弁１０６と通じている。貯蔵タンク１０４は、軽量及び耐久性を維持するために複合材料から製造することができる。衝撃又は車両事故の場合に貯蔵タンクが爆発する可能性を防止するために、タンクの構造は、圧力を一度に軽減し、その結果、爆発させるのではなく、圧力を緩やかに軽減するように構成されている。
【００１８】
[0029]  高速動作弁１０６は、貯蔵タンク１０４から圧縮空気を受け入れ、定時サイクルで発電機１１２に圧縮空気を分配するための分配器として動作する。高速動作弁１０６の動作は、ＭＰＭ１０７を活性化するために急速に行われる。定時サイクルごとに、高速動作弁は、ＭＰＭを保持する空洞（発射管と同等）に圧縮空気を解放する。この解放は、ノズル端部から空洞のベースに向かって連続的に進行する。このシーケンスは動作弁の下のＭＰＭを所定の位置に保持するように時間設定される。このシーケンスが空洞のベースに向かって進行するにつれて、動作弁の上のＭＰＭはノズルから上に放出され、圧縮空気の位置エネルギから変換された運動エネルギを伝達する。
【００１９】
[0030]  圧縮機１０２から発射管１０８内に空気圧を解放すると、発射管全体にわたって衝撃波が発生し、従って、ＭＰＭは発電機１１２に向かって発射管から外へ上向きに急速に放出され、残存波が発生することになる。ＭＰＭが発射管の上へ移動するにつれて、移動しているＭＰＭの運動エネルギから静電エネルギが変換され、これが（後述するように）最終的に発電機によって捕獲される。
【００２０】
[0031]  本発明で使用可能な模範的な発射管１０８は係属中の米国特許出願第１２／４７６５５５号に記載されており、同出願は参照により全体として本明細書に組み込まれる。図３Ｅに示されているように、発射管１０８は、材料（例えば、ＭＰＭ）を受け入れて保持することができ、加圧することができる、任意の容器にすることができる。発射管１０８は任意の形状又はサイズのものにすることができる。例えば、発射管１０８は円筒形にすることができる。発射管１０８の少なくとも一部分は初めは中空である。発射管のボディは、金属（例えば、鋼、アルミニウムなど）、プラスチック（例えば、ＰＶＣ）などを含む、任意のタイプの材料で構成される。一実施形態では、発射管１０８は中空パイプ又はプラスチック管である。発射管１０８は、ＭＰＭ及び／又は加圧空気／ガスを受け入れるために少なくとも１つの開口部１０８を有する。例えば、発射管１０８は高速動作弁を介して加圧ガスを受け入れるために複数の開口部を有することもでき、発射管１０８は、リザーバからのＭＰＭ及び／又はすでに使用され、（例えば、バルブを介して）発射管１０８に戻されるＭＰＭなどのＭＰＭ１０７を受け入れるために他の開口部も有することができる。
【００２１】
[0032]  発射管１０８は、ＭＰＭ１０７の等流を発生するための等流システムを含むことができる。このような等流システムは、発射管内に位置し、ＭＰＭが発電機１１２に達するとＭＰＭの一様な層流を発生する。このシステムは、図３Ｇに示されているように、一続きの拡散器（diffuser）及び噴散器（effuser）１１３など、任意の装置システムにすることができる。これらの拡散器及び噴散器１１３は、ＭＰＭの流れに対するベンチュリ効果を生み出し、それによりＭＰＭが発電機１１２に一様に流れ込むことになる。一実施形態では、このような噴散器は第１の開口部と第２の開口部と概ね円錐形を有し、それにより第１の開口部の表面積と第２の開口部の表面積が同等になっている。この噴散器は、使用可能な模範的な発電機の詳細な説明に関して後でより詳細に述べる様々な実施形態により２つの磁石の間に生成された磁界領域を通ってＭＰＭを誘導する。
【００２２】
[0033]  拡散器及び噴散器１１３は、発電機の内壁に影響するＭＰＭの腐食作用を最小限にするような方法でＭＰＭの流れを誘導する。また、拡散器及び噴散器は乱流も低減し、発電機の内部構造の周りに一様な層流を発生させる。また、拡散器及び噴散器はＭＰＭの群化作用（grouping effect）も低減又は除去し、発射管１０８の中央部分にＭＰＭを集中させる。
【００２３】
[0034]  いくつかの実施形態では、ＭＰＭ１０７は多相複合構造を有する任意の材料（例えば、気体と合成した誘電材料、固体及び／又は気体及び／又は流体など）である。このようなＭＰＭの一例は砂とガスの混合物を含む。ＭＰＭ材料のその他の例としては、少なくとも１つの異なる相を有する材料と混合した石英、プラスチックなどを含む。一実施形態では、ＭＰＭは、結合が切断された時にエネルギが解放されるように多種多様な元素がまとめて結合された任意の材料を含む。ＭＰＭは０より大きく１以下の多孔度を有する。発射管１０８の内部空洞の少なくとも一部分又は全部はＭＰＭで充填される。
【００２４】
[0035]  他の実施形態では、ＭＰＭは吸着などのその他の特性を有する。このような特性の存在下では、結合の切断は材料の表面上のみで発生するが、機械的構造は損なわれない可能性があり、材料は交換なしで長期間の間、使用されるであろう。
【００２５】
[0036]  図３Ｅ及び図３Ｇに示されているように、供給ホッパ又はその他の供給源から発射管１０８にＭＰＭが入れられた後、高速動作弁は貯蔵タンク１０４からの圧縮空気を使用して定時シーケンスで動作する。圧縮空気を連続的に導入すると衝撃波並びに反対方向の残存波を発生し、その残存波がＭＰＭ材料に運動エネルギを付与し、ＭＰＭを発射管から急速に放出することになる。
【００２６】
[0037]  ランナ１１０、１１０’は発電機１１２に接続される。ランナは、第１の組のランナ１１０と戻りの１組のランナ１１０’とを含む。これらのランナは発電機との間でＭＰＭを運搬する。第１の組のランナ１１０は、発射管１０８の端部であって、発電機１１２に入る前に敷設することができる。前に述べたように、圧縮空気により発射管から発電機にＭＰＭが放出される。戻りの１組のランナ１１０’の場合、これらのランナは発電機の後であってＭＰＭ供給ホッパへの戻り経路上に敷設される。戻りランナは、ＭＰＭが発電機内を移動した後の戻り経路を形成する。戻りランナ１１０’はＭＰＭと空気を分離し、分離された空気はシステムから排出され、ＭＰＭは次のサイクルのために収集される。
【００２７】
[0038]  発電機１１２は、ＭＰＭが発電機１１２内を移動することに基づいて電気エネルギを発生する任意の装置にすることができる。使用可能な発電機の様々な実施形態については後述する。例えば、帯電したＭＰＭは発電機内を移動することができ、発電機の電極は電子を収集し、その結果、電力を発生することができる。その他の例については後で開示する。それにもかかわらず、発電機が電気エネルギを捕獲した後、このようなエネルギはエネルギ貯蔵回路などの電気回路に伝達される。
【００２８】
[0039]  発電機によって発生させた電力は車両の要求に依存する。ドライバが加速又は減速すると、前述のキャパシタ／レギュレータ回路に流れる電流の安定した発生源を維持するために発電機のサイクル時間を調整しなければならない。発電機サイクルのタイミングはデジタル・コントローラによって調節される。デジタル・コントローラは、ドライビング・コンピュータ、環境センサ、及びパワー・コントローラからのフィードバック・ループとして動作し、車両の要求と蓄積エネルギとのバランスを取り、次に高速動作弁のサイクル時間を増加又は減少することによって電力の発生を調整する。発電機内部では、高速動作弁はＭＰＭを保持する空洞内に圧縮空気を解放する。この解放は、発電機に最も近い発射管（空洞）端部から発射管のもう一方の端部に向かって連続的に進行する。このシーケンスは動作弁の下のＭＰＭを所定の位置に保持するように時間設定される。このシーケンスが発射管のベースに向かって進行するにつれて、動作弁の上のＭＰＭは発射管及び等流システムから上に放出され、ＭＰＭが圧縮空気の位置エネルギから変換された運動エネルギを伝達することになる。
【００２９】
[0040]  エネルギ貯蔵回路１１４の場合、ＤＣ／ＤＣコンバータは、発電機１１２から発生させた電気エネルギ並びに車両のブレーキ・システムによって回収されたエネルギを捕獲し、このようなエネルギをエネルギ貯蔵回路１１４に貯蔵する。エネルギ貯蔵回路１１４は、バッテリ、燃料電池、圧縮空気、及び電気エネルギを貯蔵するための任意のその他の手段などであるがこれらに限定されない、エネルギを貯蔵できる任意の回路にすることができる。しかし、車両のエネルギ貯蔵の大部分が圧縮空気の形になっているので、このようなエネルギ貯蔵のその他の手段は他の設計に見られるものよりかなり小さい。自動車に適用する場合、ＤＣエネルギが発生し、より高いＤＣ電圧に変換するためにアップ・コンバータが使用され、標準的なＤＣ／ＤＣが行われる。発電機のその他の適用例の場合、ＡＣが必要な場合があり、ＤＣ／ＡＣコンバータが使用される。一例は、位相及び周波数の両面で同期を必要とする電力配分グリッドに電気を提供することになるであろう。
【００３０】
[0041]  パワー・コントローラ１１６の場合、ＣＭＯＳ及び／又はその他の回路は両方向回路を含み、それにより車輪５４に接続されたモータにエネルギを伝達することができる。モータについてはより詳細に後述する。また、ＣＭＯＳ及び／又はその他の回路は、車輪に動力が供給されていない時に電気エネルギを回収することもできる。一実施形態では、これらの回路は回路及びトルク・センサによってデジタル・モータを制御する。これらの回路は、蓄積キャパシタ（例えば、バッテリ）からのエネルギを伝達してモータに動力を供給できるだけでなく、モータの減速又は停止中にエネルギを伝達して蓄積キャパシタに戻すこともできる。従って、モータに動力が供給されていない時に、エネルギの回復が可能である。
【００３１】
[0042]  デジタル・コントローラ１１８は、すべての必須回路の制御を可能にし、システム１００の全体にわたって同期及び円滑なエネルギの流れを維持することを可能にするメイン・コントローラである。コンポーネント及びサブシステムの冗長性を取り入れ、並列回路設計に付随するシステム障害の確率における固有の減少を利用することにより、システムの信頼性は強化される。「ウォッチドッグ」エレメントを使用して、コンポーネント又はサブシステムの障害の有無をモニターし、障害が発生した項目の並列バックアップに自動的にシフトする。このようなシステム及びサブシステムはプロセッサ駆動型になり、すべてのデータ間交換メカニズムが本明細書に組み込まれる。
【００３２】
[0043]  デジタル・コントローラ１１８は、発電機を制御し、充電サイクルと放電プロセスを同期させる。このコントローラ１１８のもう１つの機能は、システム１００のオペレータ１５０からのメカニズム指示をシステム１００全体の制御信号及びシーケンスに変換することである。
【００３３】
[0044]  ドライビング・コンピュータは、基本的に、車両を「コンピュータ制御方式（Drive by Wire）」の自動車にすることができる、マイクロプロセッサ制御のユニットである。オペレータが車両の制御装置類を調整すると、これらの入力装置（「アクセルペダル」、ブレーキ、ステアリングなど）はデジタル・コントローラに要求するようドライビング・コンピュータに指示し、次にそのデジタル・コントローラは、最大加速中に余分な動力が使用可能になるように、発電機サイクル・タイミング、エネルギ回収ブレーキ・システム、及びおそらく換気扇すら調整する。ドライビング・コンピュータは、駆動媒体（車輪５４）並びに制御装置類１２４から（基本的にドライバ１５０から）のデータを処理して比較し、様々な時間領域変数により動力増加（加速）、動力減少（減速）、又は完全停止を要求する。この比較されたデータは最初に単一の「要求」ストリーミングを発生し、それによりデジタル・コントローラ１１８は、そのストリームを考慮して、動力装置の要求と貯蔵を制御し計画することになる。
【００３４】
[0045]  インホイール・ベース・モータ（図示せず）は比較的信頼できるモータである可能性がある。ギア、ピストンなどを介して化石燃料モータの可動部からエネルギを伝達するのではなく、本発明の発電機１１２内で発生させた電気は各車輪内のモータに伝達される。一実施形態では、システム１００は、完全かつ統合されたデジタル制御装置とともに、熱防止回路及びエア・サスペンデッド・ベアリング・システムを含むことができる。他の実施形態では、このホイール・ベースのデジタル・モータは二重目的ステップ・モータにすることができ、その場合、車両を減速することが望ましい時に、モータのステータ・コイルが発電機として動作するように回路が切り替えられる。その結果の逆起電力は、車両を停止するだけでなく、車両の運動エネルギを元の電気エネルギに変換し、前に述べたようにその電気エネルギはエネルギ貯蔵システム１１４に回収し貯蔵することができる。摩擦及び熱によって効率が減少するようなギア及びトランスミッション・システムを使用する代わりに、革新的な方法を使用して、車輪５４の一体型要素として構築される直接駆動モータを接続する。このような設計は、ギア及びシフト・メカニズムに関連する摩擦、一定の潤滑、及び放熱を回避することになるであろう。ギア駆動システムでは、機械的摩擦のためにわずか３０％の効率にしか達しないであろう。完全に合成オイルによる潤滑を行う最新システムは６０％の効率障壁近くに達している。本発明のシステムには、中間のギア及びシフト・メカニズム、潤滑及び関連の効率損失、或いは重量及び熱の放散を含まない可能性がある。モータの一例は、ボールベアリング・ホイール・サスペンション付きのリムビルト・モータになるであろう。
【００３５】
[0046]  環境センサ１２６は、電気エネルギを発生し、貯蔵し、使用するプロセスを最適化するために、温度、湿度、運転条件、高度などの環境パラメータの全部又はほとんどを収集することができる。センサは、運転条件を含む、現在の環境観測値を提供する。駆動系全体の最適化及び制御のためにさらに計算し考慮するために、ほとんどの重大な環境パラメータがシステム１００に入力される。
【００３６】
[0047]  次に発電機１１２の様々な実施形態について説明する。このような発電機システムの３つの模範的な実施形態を使用することができ、これらについて本明細書で説明する。即ち、１）永久磁石又は一時磁石と誘電ＭＰＭを使用する磁気流体発電機、２）コイルと磁気的に柔らかいＭＰＭを使用する発電機、３）コイルと永久磁性のＭＰＭを使用する発電機である。ＭＰＭを使用する発電機システムの様々なその他の実施形態が十分に本発明の範囲内であることを理解されたい。これらのシステムのそれぞれについて以下に説明する。本発明で使用可能な発電機の例は米国仮特許出願第６１／１１０７３７号及び第６１／１７０８６９号に記載されており、これらの出願はどちらも参照により全体として本明細書に組み込まれることに留意されたい。
【００３７】
永久磁石又は一時磁石と誘電ＭＰＭを使用する磁気流体発電機
[0048]  一実施形態により、発電機システム３００は２つの対向する部分１１７、１１９を含むことができる。発電機のベース１１５は発射管１０８の端部に取り付けられ、２つの対向する部分は発電機のベースから外に向かって円錐形に延びている。また、この発電機は、図３Ｃ、図３Ｅ、及び図３Ｆに最もよく示されているように、２つの磁石（即ち、Ｎ極１２１とＳ極１２３）を含む。これらの磁石１２１、１２３は、２つの個別磁石である場合もあれば、単一磁石の対向する両端である場合もある。それにもかかわらず、これらの磁石１２１、１２３は、発電機１１２のベースであって、発射管１０８の端部のすぐ上に位置決めされる。ＭＰＭの等流は、ＭＰＭが磁界に曝されるように２つの磁石１２１、１２３の間を移動する。これにより、図３Ｆに示されているように、磁界の方向に垂直な２つの方向にＭＰＭが分割される。
【００３８】
[0049]  一般的な概要として、ＭＰＭが発射管から解放された時に発電機１１２は移動しているＭＰＭの静電エネルギ及び／又は運動エネルギを電気エネルギに変換する。これを行うために、発電機１１２は、図３Ｅに示されているように、２つの対向する部分１１７のそれぞれの端部にメッシュと電極（まとめて要素１３１として示されている）を含む。帯電しているＭＰＭがメッシュ及び電極１３１に最も近接して通過する時に、ＭＰＭがメッシュ内に引き寄せられ、イオン化電極が電極になり、次にその電極が電気回路に渡される。次に静電エネルギがＭＰＭから解放され、使用されたＭＰＭは再利用のためにＭＰＭ供給ホッパに戻される。従って、発射管内のＭＰＭに加圧ガスを加えることにより電力が発生する。
【００３９】
[0050]  前に述べたように、ＭＰＭは、上述の通り、発射管から発射された時に、その絶縁特性のために電荷を発生する微粒子誘電材料で構成することができる。このように、等流システム（例えば、一続きのインタロック・ノズル）は、誘電ＭＰＭ材料のイオン化を劇的に増加することによりＤＣ電荷へのＭＰＭ運動エネルギの変換を最適化するような方法でＭＰＭを誘導する。さらに、前に述べたように、等流システムは、発電機の内壁に影響するＭＰＭの腐食作用を最小限にするような方法でＭＰＭの流れを誘導するように設計されている。材料の電気陰性度次第で、この等流システムはＭＰＭのかなり大きい部分で正電荷を発生させ、等しい部分が陰性に帯電することになる。
【００４０】
[0051]  図３Ｃ〜図３Ｇに示されているように、帯電しているＭＰＭの「プルーム（plume）」は、強いネオジム希土類磁石などの磁石によって提供される磁界に入る。粒子は、以下のローレンツの式によって記述される力を経験する。
【数１】
0005537665.tif 000002
ここで、ｑは電荷であり、
【数２】
0005537665.tif 000003
は速度ベクトルであり、
【数３】
0005537665.tif 000004
は磁界ベクトルである。この力は正電荷及び負電荷を反対方向に向け、そこで磁界ベクトル及び速度ベクトルに直角に配置された電極によって収集される。この力によって発生させた表面電荷密度σは以下の式で示される電位をもたらす。
【数４】
0005537665.tif 000005
ここで、ｄは電極間隔であり、ε０は自由空間の誘電率であり、電界強度をもたらす定数である。この電界が強度を増すにつれて、帯電しているＭＰＭは減速し、その運動エネルギを電気エネルギに効果的に変換し、その電気エネルギは示されているキャパシタに貯蔵される。このエネルギは、レギュレータによって調節された後、以前の発電機と同様に、車両のモータ及び電子機器に動力を供給するために使用される。
【００４１】
コイルと磁気的に柔らかいＭＰＭを使用する発電機
[0052]  前に述べたように、前述の発電機１１２は、電気エネルギを発生するために使用可能な唯一の発電機ではない。実際は、様々な他の発電機システムを使用することができる。
【００４２】
[0053]  次に上記の発電機１１２の代わりに使用可能な代替発電機システム４００について説明する。ここで説明する発電機システムは一時磁性のＭＰＭを使用する。このような一時磁性のＭＰＭは、「軟」鉄合金（例えば、電磁石を使用して磁化可能な「軟」鉄又はその他の材料）など、磁化率が高いが残磁性が低い強磁性体材料で構成される。
【００４３】
[0054]  一時磁性のＭＰＭは、発射管に入れられ、発射管から発射される。一時磁性のＭＰＭは、一時磁性のＭＰＭの「プルーム」と呼ばれる。
【００４４】
[0055]  図４Ａ及び図４Ｂに示されているように、一時的に磁性のＭＰＭのこの「プルーム」は、それぞれのＭＰＭ粒子の双極子モーメントを位置合わせする界磁コイル４０２を通過し、それにより磁化材料のプルームになる分極磁性「流体」４０４が生成される。この磁性「流体」４０４は二次コイル４０６全体に存続し、そこで電磁誘導のファラデーの法則により起電力を発生させる。いくつかの実施形態では、界磁コイル４０２及び二次コイル４０６はそれぞれ、中心点の周りに電線を巻いた一続きの巻線である。二次コイル４０６は、いくつかの実施形態によれば、界磁コイル４０２よりコイルの巻線が多い場合がある。さらに、他の実施形態では、界磁コイル４０２に追加のコントローラ（図示せず）を使用できるであろう。
【００４５】
[0056]  それにもかかわらず、磁化ＭＰＭのプルームが移動する時に電流の正弦パルスが二次コイル内に発生し（図５を参照）、このようなパルスは整流器を通り、発生させた電気エネルギを貯蔵するためのキャパシタに誘導される。
【００４６】
[0057]  発射管がＭＰＭを「再ロード」するための時間間隔を必要とする一実施形態では、二次コイル内の電圧が連続的に発生しないことは注目すべきことである。しかし、複数の発射管が使用され、他の発射管が再ロードされている時にいくつかの発射管が起動する場合に連続電圧信号を発生できることは本出願の範囲内である。さらに、連続再ロード・プロセスも本発明で企図されており、ＭＰＭは連続的に発射管に充填され、発電機を介してＭＰＭ（誘電性又は磁性いずれかのＭＰＭ）を連続的に発射する。
【００４７】
[0058]  それにもかかわらず、ＭＰＭは、その運動エネルギが電気エネルギに変換されるにつれて減速し、ベント・システムによって捕獲される。前に述べたように、そこから重力によりＭＰＭは供給ホッパ内に戻ることができる。加えて、キャパシタを界磁コイルに接続することにより、正のフィードバックを確立することができ、それによりＭＰＭの磁化を増加する。このプロセスを理解するための有用な類推は一般的な自動車用同期発電機である。現在、バッテリは、この同期発電機のハウジング内の一続きのコイル内に磁界を確立する。回転体は、エンジンの伝動ベルトによって回転され、この磁界内を移動し、バッテリ内に戻る電流を発生させ、従って、装置の全体的な効率が高くなる。
【００４８】
[0059]  実際には、二次コイルはシステムの発電機になり、磁化ＭＰＭが二次コイルに入った時に電流が発生し捕獲されるようになっている。
【００４９】
永久磁性ＭＰＭを使用する発電機
[0060]  他の代替実施形態では、全体的な発電機システム３００用の発電機１１２として、（一時磁性ＭＰＭの代わりに又はそれに加えて）永久磁性ＭＰＭを使用する発電機を使用することができる。永久磁性ＭＰＭは、磁界を発生する永久磁石材料を含む。このような永久磁性ＭＰＭを使用すると、界磁コイル４０２がＭＰＭプルームを磁化する必要性を除去するか又は最小限にする。永久磁性ＭＰＭが一時磁性材料と組み合わせて使用することができ、均質な磁性材料に限定する必要がないことは注目すべきことである。
【００５０】
[0061]  それにもかかわらず、永久磁性ＭＰＭを使用する発電機１１２は、界磁コイルがシステムの任意選択部分であることを除いて、一時磁性材料を使用する上記の発電機システムと同じように動作する。例えば、永久磁性ＭＰＭのプルームは、界磁コイル内を移動せずに前述のシステムの発射管から図４の二次コイル内に発射される。一実施形態では、永久磁性ＭＰＭプルームは界磁コイル内を移動して、望ましい任意の磁化可能材料を磁化する。前に述べたように、永久磁性ＭＰＭプルームが界磁コイル４０２内を移動するにつれて、電流が発生し、電力が受け取られて使用されるか又は貯蔵される。
【００５１】
[0062]  ＭＰＭを使用する発電機のその他の実施形態も使用することができ、本出願は本明細書に開示されている諸実施形態によって限定するべきではない。
【００５２】
[0063]  本明細書で使用する用語は、特定の諸実施形態のみを記述するためのものであり、本発明を制限するためのものではない。本明細書で使用する単数形「a」、「an」、及び「the」は、文脈が明確に他の指示をしない限り、複数形も含むものである。本明細書で使用する場合、「comprises」及び／又は「comprising」並びに「includes」及び／又は「including」という用語は明記された特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又はコンポーネントの存在を指定するが、１つ又は複数のその他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、コンポーネント、及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではないことはさらに理解されるであろう。
【００５３】
[0064]  特定の諸実施形態について本明細書で例示し説明してきたが、当業者であれば、同じ目的を達成するために計画された任意の配置が図示されている特定の諸実施形態の代わりに使用することができ、本発明は他の環境において他にも適用可能であることを認識するであろう。本出願は本発明の任意の適合例又は変形例を包含するものである。以下の特許請求の範囲は、いかなる点においても、本発明の範囲を本明細書に記載された特定の諸実施形態に限定するものではない。
【図１】
0005537665.tif 000006
【図２】
0005537665.tif 000007
【図３Ａ】
0005537665.tif 000008
【図３Ｂ】
0005537665.tif 000009
【図３Ｃ】
0005537665.tif 000010
【図３Ｄ】
0005537665.tif 000011
【図３Ｅ】
0005537665.tif 000012
【図３Ｆ】
0005537665.tif 000013
【図３Ｇ】
0005537665.tif 000014
【図４Ａ】
0005537665.tif 000015
【図４Ｂ】
0005537665.tif 000016
【図５】
0005537665.tif 000017
【図６】
0005537665.tif 000018