(57)【要約】  １つの磁束経路に基づく回路の動作を通じて、電気を生成する方法及び措置である。磁化可能部材が磁束経路を提供する。１つ以上の導電コイルが磁化可能部材の周囲に巻かれ、磁気抵抗又は磁束スイッチング装置が磁束を制御するのに使用される。動作中に、磁束スイッチング装置によって、磁化可能部材を通る永久磁石の磁束の極性（方向）の反転が生じ、それによって、それぞれの導電コイル内に代替電流が誘導される。磁束スイッチング装置は、静止的又は回転的であってもよい。静止的な実施形態では、１つ以上の定常永久磁石からの磁束が磁化可能部材を通して反転するように、２つ又は４つの磁気抵抗スイッチが動作する。代替の実施形態では、磁束スイッチング装置は、高透磁率及び低透磁率の材料の円筒から構成され、その円筒が回転し、磁石からの磁束が磁化可能部材を通して連続的に反転する。【選択図】図２
2009534015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を生成する永久磁石と、
磁化可能部材と、
前記磁化可能部材の周囲に巻かれた導電コイルと、
前記磁化可能部材を通る前記永久磁石からの前記磁束を連続的に反転するように動作し、それによって前記導電コイル内に電流を誘導する磁束スイッチング装置と、を備えることを特徴とする電気生成装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記磁束スイッチング装置は、静止的、ソリッドステートの複数の磁気抵抗スイッチを含むことを特徴とする電気生成装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記磁気抵抗スイッチは、巨大磁歪材（ＧＭＭ）と圧電（ＰＺＴ）材との混合であることを特徴とする電気生成装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記永久磁石は、本体を画定する間隙をわたって対向関係にあるＮ極終端ＮとＳ極終端Ｓとを有する第１ループを形成し、
前記磁化可能部材は、前記本体を共有する間隙をわたって対向関係にある終端Ａと終端Ｂとを有する第２ループを形成し、
前記磁束スイッチング装置は、前記本体内に置かれ、
ａ）ＮとＡ、ＳとＢを磁気的に接続し、次に、
ｂ）ＮとＢ、ＳとＡを磁気的に接続し、そして、
ｃ）ステップａ）及びｂ）順番に繰り返す、
ように動作することを特徴とする電気生成装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記磁束スイッチング装置は、
それぞれ、Ｎ及びＳに接続する一方の対向する２つの側と、それぞれ、Ａ及びＢに接続する他方の対向する２つの側と、からなる４つの側１〜４を前記本体内に有する定常ブロックと、
前記磁束スイッチと電気的に通信を行う制御ユニットと、を備え、
前記定常ブロックは、４つの電気的に動作する磁気抵抗スイッチにより分割された磁化可能材で構成され、
前記制御ユニットは、
ａ）側１−２及び側３−４を通る磁束経路を実現し、次に、
ｂ）側２−３及び側１−４を通る磁束経路を実現し、そして、
ｃ）ａ）及びｂ）を順番に繰り返す、
ように動作することを特徴とする電気生成装置。
【請求項６】
請求項４において、
前記磁束スイッチング装置は、
それぞれ、Ｎ及びＳに接続する一方の対向する２つの側と、それぞれ、Ａ及びＢに接続する他方の対向する２つの側と、からなる４つの側１〜４を前記本体内に有する定常ブロックと、
前記磁束スイッチと電気的に通信を行う制御ユニットと、を備え、
前記定常ブロックは、２つの電気的に動作する磁気抵抗スイッチにより分割された磁化可能材と、空気又は他の材料による２つの間隙とで構成され、
前記制御ユニットは、
ａ）側１−２及び側３−４を通るデフォルトの磁束経路を受動的に許容し、次に、
ｂ）側２−３及び側１−４を通る磁束経路を能動的に実現し、そして、
ｃ）ａ）及びｂ）を順番に繰り返す、
ように動作することを特徴とする電気生成装置。
【請求項７】
請求項４において、
前記磁束スイッチング装置は、高透磁率及び低透磁率の材料から構成される円筒を備え、
前記円筒が回転するとき、前記永久磁石からの磁束が前記磁化可能部材を通って連続的に反転することを特徴とする電気生成装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記円筒は、前記円筒を２つの半円筒に分割する低透磁率の材料の部分を除いて、高透磁率の材料で構成されることを特徴とする電気生成装置。
【請求項９】
請求項７において、
前記円筒は、機械的に回転することを特徴とする電気生成装置。
【請求項１０】
請求項７において、
前記円筒は、電気機械的に回転することを特徴とする電気生成装置。
【請求項１１】
請求項１において、
前記導電コイル内で誘導された前記電流の少なくとも一部分は、前記磁束スイッチング装置を操作するのに使用されることを特徴とする電気生成装置。
【請求項１２】
請求項１において、
反対方向に磁束を生成する第１及び第２の永久磁石と、
前記磁化可能部材を通る前記永久磁石からの前記磁束を連続的に反転するように動作し、それによって前記導電コイル内に電流を誘導する複数の磁束スイッチと、を備えることを特徴とする電気生成装置。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記第１及び第２の永久磁石は、それらのＮ極及びＳ極が反転して配置され、
前記磁化可能部材は、前記第１及び第２の永久磁石の間に置かれ、
前記磁化可能部材の各終端と各磁石の極との間に２つずつ、４つの磁束スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を備えることを特徴とする電気生成装置。
【請求項１４】
請求項１２において、
前記第１の永久磁石は、Ｎ極Ｎ１及びＳ極Ｓ１を有し、
前記第２の永久磁石は、Ｎ極Ｎ２及びＳ極Ｓ２を有し、
前記磁化可能部材は、２つの終端Ａ及びＢを有し、
ＳＷ１は、Ｎ１とＡとの間にあり、
ＳＷ２は、ＡとＳ２との間にあり、
ＳＷ３は、Ｎ２とＢとの間にあり、
ＳＷ４は、ＢとＳ１との間にあり、
ａ）ＳＷ１及びＳＷ４を活性化し、次に、
ｂ）ＳＷ２及びＳＷ３を活性化し、そして、
ｃ）ステップａ）及びｂ）順番に繰り返す、ように動作する制御回路をさらに含むことを特徴とする電気生成装置。
【請求項１５】
導電コイルが周囲に巻かれた磁化可能部材を用意するステップと、
前記磁化可能部材を通る永久磁石からの磁束を連続的に反転し、それによって前記導電コイル内に電流を誘導するステップと、を有することを特徴とする電流生成方法。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記導電コイル内に誘導された前記電流の少なくとも一部分を、前記磁化可能部材を通る前記永久磁石からの磁束を連続的に反転するのに使用するステップをさらに有することを特徴とする電気生成方法。
【請求項１７】
請求項１５において、
前記磁化可能部材を通る複数の永久磁石からの磁束を連続的に反転し、それによって前記導電コイル内に電流を誘導するステップを有することを特徴とする電流生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイル内に電気を誘導する目的で、巻き導電コイルのある周辺の単一磁束経路を通して、１つ以上の永久磁石からの磁束の極性（方向）が繰り返し反転する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動的な電気生成器及び交流電源に含まれる電気機械及び電気磁気の方法がよく知られている。交流電源及び生成器は、しばしば永久磁石を採用し、通常、ＥＭＦ（起電力）が誘導される回転子と固定子とコイルを有している。電気の生成に含まれる物理は、生成器の式Ｖ＝∫（ｖ×Ｂ）・ｄｌによって説明される。
【０００３】
高保磁性、高磁束密度・高起磁力（ｍｍｆ）、及び磁気強度の重大な経時的劣化のない材料で製作される永久磁石は、現在、よく知られている。例として、セラミックフェライト磁石（Ｆｅ2Ｏ3）；サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ5）；鉄、ネオジム、及びホウ素の混合；及びその他がある。
【０００４】
変圧器の磁気経路は、よく積層鉄材で構成され、インダクタは、よくフェライト材を採用するが、これらは、両方の装置のより高い周波数動作で使用される。磁気回路内の磁気経路として使用される高性能な磁気材料が現在利用可能であり、渦電流が最小の磁束の（高速）スイッチングによく適している。一例として、日本の日立によって製造されるＦＩＮＥＭＥＴ（登録商標）ナノ結晶コア材料がある。
【０００５】
モスコウィツ（Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ）“永久磁石の設計及び応用ハンドブック（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ）”１９９５年、５２頁（非特許文献１）によると、磁束は、磁性材の表面に対して常に直角に出て入る束の線として考えられるということであるが、真の直角に曲がることはなく、直線又は湾曲した経路のみを通り、最も短い距離をたどり、磁気抵抗が最小の経路をたどる。
【０００６】
“磁気抵抗スイッチ”は、磁気経路の磁気抵抗（起磁力の抵抗）を直接的かつ速やかに有意に増加又は減少（通常は増加）させ、その後その元の値に（通常、低く）直接的かつ速やかに復帰させる装置である。磁気抵抗スイッチは、通常、アナログ特性を有する。対照的に、オフ／オン電気スイッチは、通常、電気的な“しみ出し（ｂｌｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）”が無いようなデジタル特性を有する。当該技術の現在の状態では、磁気抵抗スイッチは、磁束のしみ出しを有する。磁気抵抗スイッチは、キーパームーブメントを起こしたり、空隙を生み出したり、又はいくつかの手段による電気的、又は他の方法のように機械的に実現することができる。１つの電気的手段は、磁束経路の周囲に巻かれた制御コイルを使用することである。別の電気的手段は、電気用途上でそれらの磁気抵抗を変える（通常は増加）ある階級の材料の磁束経路内の配置である。別の電気的手段は、“バーチャル空隙長計算の改良された方法（Ａｎ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ａｉｒ  Ｇａｐ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ）”、ＩＥＥＥトランザクションオンマグネチックス、Ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．１０、２００５年１０月（非特許文献２）においてコンラド（Ｌｏｎｒａｄ）及びブラドニ（Ｂｒｕｄｎｙ）によって説明されたように導電性の電気線を材料の中に挿入することにより、磁気抵抗が空気の磁気抵抗までに増加するようにスイッチ材料の領域を飽和させることである。
【０００７】
特許文献は、電気を生成することを目的として、代替の磁束経路の間で繰り返し定常永久磁石から磁束を不均衡に分割することによって代替の磁束経路内の磁束の量を変えるために発明された多くの構成を説明している。１つの磁気経路内の磁束の増加及び他の経路における関連する減少は、コイルが経路の周辺に巻かれているとき、電気を生み出す基礎を提供する。これらの構成による電気生成を含む物理は、変圧器の式Ｖ＝−∫ｄＢ／ｄｔ・ｄｓで説明される。種々な磁気抵抗スイッチング手段は、他の経路内の減少／増加に応じて特定の代替経路を通る磁束が増加／減少を引き起こされ、繰り返されるために採用されてきた。
【０００８】
永久磁石の対極間の代替経路に沿った磁束のスイッチング手段は、エンジニアーズダイジェスト、１９６３年７月、Ｒ．Ｊ．ラダス（Ｒａｄｕｓ）によって説明された磁束の移送原理を含んでいる。
【０００９】
特定の条件の下で、一般に同じ外形及び透磁性の代替磁束経路を提供する結果は、最初に選択された代替経路又は多数の磁束のために選択された経路は、等しい磁気抵抗を有する経路に拘わらず、より多くの磁束を保持し他の経路であろう“好ましい経路”として維持するというものである（同一経路間の磁束の自動的な均等化）。モスコウィツ（Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ）“永久磁石の設計及び応用ハンドブック（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ）”１９９５年、第８７頁は、磁束経路の周囲に巻かれたコイルの電気的なパルスを構成する磁気抵抗スッチング（磁気抵抗スイッチ）を介して永久磁石をオン／（ほとんど）オフすることにより、鉄及び鋼鉄を持ち上げて開放する永久磁石の工業的使用に関するこの効果について述べている。
【００１０】
略中央位置の対向する２つの棒の間の棒状永久磁石（１つの極で測定された磁束密度＝５０００ガウス）を備えた四角内に一緒に置かれた４つの長方形の鉄棒（各透磁率＝１０００）での実験結果は、棒磁石と平行の端の棒の１つの除去及び交換は、コンタクト内に残った棒内で約８０の磁束が残るという結果になるということを示した。さらに、この結果は、好ましい経路は、不均衡な磁束状態が生まれ代替経路に移動する前に、使用可能な代替経路の磁気抵抗の約１０×の磁気抵抗の増加を経験するということを示している。
【００１１】
フリーン（Ｆｌｙｎｎ）に付与された米国特許第６，２４６，５６１号（特許文献１）；パトリック（Ｐａｔｒｉｃｋ）その他に付与された米国特許第６，３６２，７１８号（特許文献２）；ペダーソン（Ｐｅｄｅｒｓｅｎ）に付与された米国特許第６，９４６，９３８号（特許文献３）は、すべて、電気（及び／又は起磁力）を生成することを目的として、代替経路の間の定常永久磁石からの磁束の量をスイッチング（分割）する方法及び装置を開示している。それらは、他の経路での減少に対応して１つの経路での磁束の増加を提供する。常に少なくとも２つの経路が存在する。
【００１２】
【特許文献１】米国特許第６，２４６，５６１号明細書
【特許文献２】米国特許第６，３６２，７１８号明細書
【特許文献３】米国特許第６，９４６，９３８号明細書
【非特許文献１】モスコウィツ（Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ）、“永久磁石の設計及び応用ハンドブック（Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ）”、１９９５年、Ｐ．５２、Ｐ．８７
【非特許文献２】コンラド（Ｌｏｎｒａｄ）、ブラドニ（Ｂｒｕｄｎｙ）、“バーチャル空隙長計算の改良された方法（Ａｎ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｖｉｒｔｕａｌ  Ａｉｒ  Ｇａｐ  Ｌｅｎｇｔｈ  Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ）”、ＩＥＥＥトランザクションオンマグネチックス、第４１巻、第１０号、２００５年１０月
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、単一磁束経路に基づいた回路の動作を介した電気の生成の方法及び装置に関する。磁化可能な部材が磁束経路を提供する。１つ以上の導電コイルが、磁化可能な部材の周囲に巻かれ、磁気抵抗又は磁束のスイッチング装置が磁束を制御するのに使用される。動作中、スイッチング装置は、磁化可能な部材を通して永久磁石の磁束の極性（方向）の逆転を発生させ、各コイル内に代替の電流が発生する。
【００１４】
本発明によれば、磁束スイッチング装置は、静止的又は回転的である。静止的な実施形態では、別のスイッチ対は閉じる（磁気抵抗を減らす）が、開けるための（磁気抵抗を増やす）第１のスイッチ対を生成する４つの磁気抵抗スイッチが制御ユニットによって操作される。他の対が開くとき、最初の対は閉じるなどである。この２×２の開閉サイクルが繰り返され、磁化可能部材を通して定常永久磁石からの磁束の極性が逆転し、導電コイル内で生成される電気が起きる。他の静止的実施形態は、２つの磁気抵抗スイッチと２つの空隙又は他の材料を使用する。
【００１５】
他の実施形態では、磁束スイッチング装置は、本体が回転し、磁化可能部材を介して磁石からの磁束が連続的に反転されるような、高透磁率及び低透磁率の材料が混合された本体で構成される。好ましい実施形態では、本体は、中心軸を有する円筒であり、本体がその軸に対して回転する。その円筒は、２つの半分の円筒に円筒を分割する低透磁率の材料の部分以外は高透磁率の材料で構成される。本体が回転する時に、電流がコイル内に発生するように、少なくとも１つの導電コイルが磁化可能部材の周囲に巻かれている。本体は、機械的、電気機械的又は他の力によって回転する。
【００１６】
電流を生成する方法は、周囲に巻かれた導電コイルを備え、磁化可能部材を介して永久磁石からの磁束が連続的に反転し、それによりコイル内に電流が発生する磁化可能部材を用意するステップで構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、静止的磁束スイッチを利用する本発明による磁気回路の構成図である。この回路は、以下のコンポーネントを含んでいる：永久磁石１０２、１つの磁束経路１０４、導電コイル１０６，１０８、及び４つの磁気抵抗スイッチ１１０，１１２，１１４，１１６。ユニット１１８の制御のもと、磁気抵抗スイッチ１１０，１１４が開き（磁気抵抗を増やす）、同時にスイッチ１１２，１１６が閉まる（磁気抵抗を減らす）。そして、磁気抵抗スイッチ１１０，１１４が閉まり、同時にスイッチ１１２，１１６が開く、等々。この２×２開閉サイクルが繰り返されて、定常永久磁石１０２からの磁束の極性が１つの磁束経路１０４を通って反転し、導電コイル１０６，１０８内で生成される電気が発生する。
【００１８】
永久磁石１０２の効率的な形状は、両極がお互いに近接して磁束スイッチで繋がる“Ｃ”である。１つの磁束は、磁化可能部材１００によって、また、お互いに近接しかつ磁束スイッチで繋がれる終端を有する“Ｃ”形状の中でもたらされる。この実施形態及び他の実施形態では、２×２スイッチングサイクルは、同時に実行される。そのようなものとして、制御回路１１８は、好ましくは、水晶制御クロックが供給されるデジタルカウンタ、フリップフロップ、ゲートパッケージ、又はライズ時間、フォール時間、リンギング及び他の寄生効果を調節するようなものなどによって、実現される。制御回路の出力段階は、必要に応じて、アナログ又はデジタル波形を磁気抵抗へルートするＦＥＴ（電界効果スイッチ）を使用することができる。
【００１９】
図２は、図１のコンポーネントを使用する装置の１つの可能な物理的実施形態の斜視図であり、お互いのそれぞれの位置を示している。磁気抵抗スイッチ１１０，１１２，１１４，１１６は、以下に示すように異なって実現されるが、通常、装置内の同じ相対位置を占める。図３は、静止的磁束スイッチの詳細図である。接続セグメント１２０，１２２，１２４，１２６は、高透磁率の磁性材料で作られなければならない。中央部１２８は、間隙を提供する貫通孔であり、それは、ガラス、セラミック又は他の低透磁率の材料で埋められてもよい。マイスナー効果をあらわす超伝導又は他の構造が、代わりに使用されてもよい。
【００２０】
図２及び図３に示された実施形態では、磁気抵抗スイッチ１１０，１１２，１１４，１１６は、静止的動作を容易にするソリッドステート構造で実現される。現在好ましい静止的磁気抵抗スイッチは、トシユキウエノ及びトシロヒグチによる論文“磁歪材料・圧電材料の積層で構成される磁束制御装置の動特性の解析（Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｌｕｘ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ  Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）”、東京大学、２００４年（これらのすべてが参照としてここに取り込まれる）に記載されている。図４に示すように、このスイッチは、電気が供給されるＰＺＴ（圧電）材４４，４６によって両側が接着されたＧＭＭ（巨大磁歪材４２）、ＴｂＤｙＦｅ合金の積層で作られる。ＰＺＴへの電気供給は、ＧＭＭ上に歪を作り出し、磁気抵抗を増やす。
【００２１】
米国特許出願第２００６／００１２４５３号（全内容が参照としてここに取り込まれる）で開示された他の配置も適用可能である。この参照で開示されたこれらのスイッチは、磁気抑制及び圧電効果の形態の液晶材料の磁気電気（ＭＥ）効果に基づいている。例えば、ＭＥ材料の特性は、リュー（Ｒｙｕ）その他“磁気抑制及び圧電材料の混合における磁気電気効果（Ｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）”、ジャーナルオブエレクトロセラミック（Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｅｒａｍｉｃｓ）、第８巻、１０７−１  １９、２００２年；フィリポ（Ｆｉｌｉｐｏｖ）その他、“磁性電気層における圧電共振の磁気電気効果（Ｍａｇｎｅｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｅｆｆｅｃｔｓ  ａｔ  Ｐｉｅｚｏｒｅｓｏｎａｎｃｅ  ｉｎ  Ｆｅｒｒｏｍａｇｅｎｔｉｃ−Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｌａｙｅｒｅｄ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）”、要約、アメリカフィジカルソサイティミーティング（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｖ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ）、２００３年３月；チャン（Ｃｈａｎｇ）その他、“蓄積されたナノグラファイトリボンの磁気バンド（Ｍａｇｎｅｔｏ−ｂａｎｄ  ｏｆ  Ｓｔａｃｋｅｄ  Ｎａｎｏｇｒａｐｈｉｔｅ  Ｒｉｂｂｏｎｓ）”、要約、アメリカフィジカルソサイティミーティング（Ａｍｅｒｉｃａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｖ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  ）、２００３年３月に記載されている。これらの論文のすべての内容もまた、ここに取り込まれる。
【００２２】
さらなる代替は、キューリ温度の上及び下に連続的に熱せられ冷やすことができる（又は冷やされ暖めることができる、または活動的に熱せられ冷やす）材料を含み、それによって磁気抵抗が変調される。ガドリニウムは、キューリポイントが室温に近いので候補となる。高温超伝導体は、事実上のキューリポイント又はそれに近い温度に絶縁チャンバ内で冷やされる材料とともに他の候補である。ハイクロ波又は他のエネルギーソースは、このスイッチングを効果的にする制御ユニットと併せて使用することができる。スイッチがどんなに厳格に含まれているかに応じて、更なる拡大制限“拘束”が図４で見られるブロック周辺で、必要又は不必要であろう。
【００２３】
図５は、空隙又は他の材料を利用する本発明による代替の静止的磁束スイッチの詳細図である。この実施形態は、定められた手段でスイッチが活性化され、磁石１０２からの磁束が、スイッチを含むスイッチセグメントに沿って阻止され、間隙を含むセグメントに向かって進むような、２つの電気的に動作する磁気抵抗スイッチ１１０，１１４、及び２つの間隙１１３，１１５を使用し、それによって、磁化可能部材１００を通る磁束が反転する。２つの磁気抵抗スイッチ１１０，１１４の活性化により、磁束は、充分に低い磁気抵抗の経路を探し、（非活性化されない）磁気抵抗スイッチを含む元の経路に戻り、それにより、部材１００を通る磁束を反転する。磁束スイッチもまた、磁気抵抗が空気（又は間隙材料）のそれにまで増加し、本発明の背景におけるコンラド（Ｌｏｎｒａｄ）及びブラドニ（Ｂｒｕｄｎｙ）によって説明された仮想的な間隙を生成するようなスイッチの局所領域を飽和するのに電気磁気的であることに注目すべきである。
【００２４】
特に、本実施形態による磁束スイッチ装置は、本体を規定する間隙をわたって反対関係のＮ極及びＳ極を有する永久磁石を使用する。終端“Ａ”及び“Ｂ”を有する磁化可能部材が、間隙を横切って本体を共有して対向関係に支持され、磁気スイッチは、それぞれＮ及びＳに接続された２つの対向する側を有し、それぞれＡ及びＢに接続された他の２つの対向する側を有する、４つの側面１〜４を有する本体内の定常ブロックにより構成される。ブロックは、２つの電気的動作磁束スイッチと、空気又は他の材料で満たされた２つの間隙によって分割された磁化可能材料で構成される。磁束スイッチを有する電気通信内の制御ユニットは、（ａ）側１−２及び３−４を通るデフォルト磁束経路を受動的に許可し、（ｂ）側２−３及び１−４を通る磁束経路を能動的に達成し、（ｃ）連続的に（ａ）及び（ｂ）を繰り返す、ように動作する。
【００２５】
静止的磁束スイッチの代替として、２×２代替順序を実現するために回転磁束スイッチが使用される。図６及び図７を参照して、磁束間隙を有する円筒１３０が、動的手段１３４により回転する。これにより、円筒１３０の半分に２つの協働して作用する分離された磁束ブリッジ（例えば、“閉まった”磁気抵抗スイッチ状態）を提供し、磁化可能部材１３６の所定の端が定常永久磁石１３８の極の１つと対になる。同時に、１つの磁束経路キャリヤ１３６の他の端が定常永久磁石１３８の対極と対になる。
【００２６】
図７は、円筒の詳細図である。円筒のそれぞれの９０度の回転によって、第１の磁束ブリッジが破壊され（“開いた”磁気抵抗スイッチ状態）、部材１３６の所定の端に、第２セットの磁束ブリッジが作られ、定常永久磁石１３８の対極が橋渡しされる。円筒１３０のフル回転によって、４つのこのような反転が生じる。１つの磁束経路２内のそれぞれの磁束反転によって、導電コイル１４０，１４２内に電流が発生する。この実施形態では、円筒１３０が回転することによって磁束ブリッジが提供されるとき、永久磁石１３８の両極及び磁束経路キャリヤ１３６の終端に対応して、（回転する）円筒１３０の“半分”のそれぞれの間の正確かつ堅実な間隔を保つことが重要である。
【００２７】
回転する円筒１３０は、磁束間隙１３２によって完全に分割される、高透磁率の材料で作られる。好ましい材料は、日立によって製作されたＦＩＮＥＭＥＴ（登録商標）などのナノ結晶材料である。磁束間隙１３２は、空気、ガラス、セラミック、又は低透磁率を示す他の材料でもよい。超伝導又はマイスナー効果を示す他の構造も代わりに使用することが可能である。
【００２８】
磁化可能部材１３６の効率的な形状は、対向する終端が円筒１３０と同じ曲率半径で曲線を描き、回転する円筒１３０と可能な限り近接している“Ｃ”形状である。好ましくは、永久磁石１３８もまた、対向する終端が円筒１３０と同じ曲率半径で曲線を描き、回転する円筒１３０と可能な限り近接しているＣ形状がよい。製造及び組み立てについての考慮が、他の形状を示唆するであろう。
【００２９】
以上、１つの永久磁石を利用する実施形態を説明してきたが、１つの磁束経路を生成するのにもかかわらず複数の永久磁石を利用する本発明による他の実施形態も可能である。図８は、２つの永久磁石と１つの磁束経路を利用する回路を示す。図９は、磁気抵抗スイッチ制御ユニット１５８を含む図８のコンポーネントに基づく装置の１つの可能な物理的実施形態を示す。
【００３０】
ユニット１５８の制御のもと、磁気抵抗スイッチ１５０，１５２が開く（磁気抵抗が増加し）と同時にスイッチ１５４，１５６が閉じる（磁気抵抗が減少する）。そして、磁気抵抗スイッチ１５０，１５２が閉じると同時にスイッチ１５４，１５６が開く、等々。この２×２の開閉サイクルが繰り返され、定常永久磁石１６０，１６２からの磁束の極性が磁化可能部材を通して反転し、導電コイル１６６，１６８内に生成される電気が発生する。
【００３１】
この実施形態の好ましい設計では、磁石のＮ極とＳ極が反転してその磁石が配置される。磁化可能部材は、２つの磁石の間に置かれ、磁化可能部材の各終端と各磁石の極との間に２つずつ、４つの磁束スイッチＳＷ１〜ＳＷ４がある。磁気抵抗スイッチは、図１〜図３を参照して上述した構造で実現される。
【００３２】
付加された特徴のために、第１の磁石はＮ極（Ｎ１）とＳ極（Ｓ１）とを有し、第２の磁石はＮ極（Ｎ２）とＳ極（Ｓ２）とを有し、磁化可能部材が２つの終端Ａ，Ｂを有すると仮定する。ＳＷ１がＮ１とＡとの間に位置し、ＳＷ２がＡとＳ２との間に位置し、ＳＷ３がＮ２とＢとの間に位置し、ＳＷ４がＢとＳ１との間に位置すると仮定すると、制御回路は、ＳＷ１及びＳＷ４を活性化し、次にＳＷ２及びＳＷ３を活性化し、そして順序に従ってこのプロセスを繰り返すように動作する。ここで述べた他の実施形態のように、効率の観点から、スイッチングは同時に実行される。
【００３３】
ここで述べたすべての実施形態において、永久磁石として使用される材料は、磁気アセンブリ又は１つの磁化ユニットのどちらでもよい。好ましい材料は、セラミックフェライト磁石（Ｆｅ2Ｏ3）、サマリウムコバルト（ＳｍＣｏ5）、又は鉄とネオジムとホウ素との混合である。１つの磁束経路は、高透磁率を有する材料によって実現され、渦電流を最小化するように構成される。このような材料は、変圧器に使用されるような積層された鉄又は鋼鉄アセンブリ又はフェライトコアがよい。好ましい材料は、ＦＩＮＥＭＥＴ（登録商標）のようなナノ結晶材料である。導電コイルは、１つの磁束経路を実現するように材料の周囲に巻かれ、目的の電圧、電流又は電力に見合う必要な巻き回数である。普通の状態、標準的、絶縁された銅磁石ワイヤ（モータワイヤ）で充分かつ許容できる。超伝導材料もまた、使用することができる。導電コイル内に生成される少なくともいくつかの電気は、スイッチ制御ユニットにフィードバックされる。この動作モードでは、電気の開始パルスは、必要に応じて、化学的に又は太陽電池から供給される。
【００３４】
図２及び図６の実施形態では、磁石及び磁束伝播材料は、磁石によって説明された本体の外部に横たわる磁束伝播材料の直交面に横たわる平らな要素であったが、磁束経路は、磁石本体の“内部”に置かれ、角度を持って構成されてもよい。要素の物理的スケールもまた、製造技術を利用して又は他の利点を利用して、種々変更可能である。例えば、図１０は、電圧又は電流の要求に応じて、直列、並列、又は直並列構成とした、それぞれ１つ以上のコイルを有する磁気回路のアレイを示す。それぞれの場合において、磁石は、マイクロエレクトロニクス産業の一般的な技術を使用して配置されて製造される。機械的な磁束スイッチが使用された場合は、それらはＭＥＭタイプの技術を使用して製造されるであろう。静止的スイッチが使用された場合、材料は、配置及び／又は堆積されるであろう。経路は、好ましくは、前もって巻かれ、つまみあげて示した場所に置かれる。図９に示した実施形態もまた、小型化及び複製に素直に従う。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明による磁気回路の構成図である。
【図２】静止的磁束スイッチに基づく本発明の実施形態の斜視図である。
【図３】本発明による静止的磁束スイッチの詳細図である。
【図４】本発明による磁気抵抗スイッチの詳細図である。
【図５】間隙又は他の材料を利用する本発明による代替の静止的磁束スイッチの詳細図である。
【図６】本発明による回転磁束スイッチを使用するシステムの構成図である。
【図７】本発明による回転磁束スイッチの詳細図である。
【図８】２つの永久磁石と１つの磁束経路を利用する本発明による回路の構成図である。
【図９】磁気抵抗スイッチ制御ユニットを含む、図８の構成を備えた装置の１つの可能な物理的実施形態を示す図である。
【図１０】本発明による相互接続された電気生成器アレイを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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