(57)【要約】電力発生に特に有用な動的磁石システムであって、複数の磁石（２、４）をサポート構造（６）に対して相互に極対向方向に配置して用いる。磁石（２、４）は、水平方向の静止位置からの変位の限界角度が１度未満であり、磁石（２、４）の少なくとも一部は、相互に異なる特性を有している。磁場強度が異なると、等しい磁石の場合よりも、特定の磁場強度比率の場合に、サポート構造の移動に応答してより大きな動きが両方の磁石に対して生じる。磁石の動きは、電気信号に変換して動作システムに給電することができる。超低摩擦磁性流体ベアリングを用いると、磁石とサポート構造との間の静摩擦係数を０．０２未満にすることが可能であり、サポート構造のほんの僅かな移動からでも有用な電力を発生させることができる。
2005518774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動的磁石システムであって、
サポート構造と、
前記サポート構造に対して個別の動きをするために極対向方向に向けられた複数の磁石であって、これら複数の磁石の中の少なくとも一部は相互に異なる性質を有している複数の磁石と、
を備えていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項２】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なる磁場強度を有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項３】
請求項２記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、実質的に等しいサイズを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なるサイズを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５】
請求項４記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、実質的に等しい単位磁場強度を有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項６】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石と前記サポート構造との間の静摩擦係数を０．０２未満に確立するベアリングを更に備えていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項７】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石と前記サポート構造との間に磁性流体ベアリングを更に備えていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項８】
請求項７記載の動的磁石システムにおいて、前記磁性流体は、１０センチポアズ未満の粘性を有することを特徴とする動的磁石システム。
【請求項９】
請求項８記載の動的磁石システムにおいて、前記磁性流体は、イソパラフィニック酸と混合された軽油媒体を含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１０】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、導体を更に備えており、前記導体は、前記磁石の移動が前記導体において電気信号を誘導するように前記サポート構造と磁石とに対して向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の動的磁石システムにおいて、導体を更に備えており、前記導体は、前記磁石の移動が前記導体に電気信号を誘導するように前記サポート構造と磁石とに対して向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１２】
請求項１０記載の動的磁石システムにおいて、前記信号によって給電される動作システムを更に含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１３】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記移動磁石の移動を制限する１対の端部磁石を更に備えており、前記端部磁石は、最も近い移動磁石に対して極対向方向に向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１４】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石は、前記サポート構造に対して複数の発振モードを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１５】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記サポート構造は前記磁石を基本的に水平方向に移動させるように向けていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１６】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石は、共通軸に沿って移動するように向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１７】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、水平方向の静止位置からの前記磁石の変位の限界角度が１度未満であることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１８】
請求項１７記載の動的磁石システムにおいて、前記限界角度は１０分未満であることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１９】
エネルギ・ハーベスタであって、
サポート構造と、
前記サポート構造に対して複数の発振モードで発振するように極対向方向に向けられた複数の磁石であって、これら複数の磁石の中の少なくとも一部は相互に異なる性質を有している複数の磁石と、
前記磁石と前記サポート構造との間の静摩擦係数を０．０２未満に確立するベアリングと、
導体であって、前記サポート構造の移動に応答する前記磁石の発振がこの導体において電気信号を誘導するように、前記サポート構造と磁石とに対して向けられている導体と、
を備えていることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２０】
請求項１９記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なる磁場強度を有していることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２１】
請求項２０記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、実質的に等しいサイズを有していることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２２】
請求項１９記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なるサイズを有していることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２３】
請求項２２記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、実質的に等しい単位磁場強度を有していることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２４】
請求項１９記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記ベアリングは磁性流体を含むことを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２５】
請求項２４記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記磁性流体は、１０センチポアズ未満の粘性を有することを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２６】
請求項２４記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記磁性流体は、イソパラフィニック酸と混合された軽油媒体を含むことを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２７】
請求項１９記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記信号によって給電される動作システムを更に含むことを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２８】
請求項１９載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記サポート構造は前記磁石を基本的に水平方向に移動させるように向けていることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項２９】
エネルギ・ハーベスタであって、
サポート構造と、
前記サポート構造に対して複数の発振モードで発振するように極対向方向に向けられた複数の磁石であって、これら複数の磁石の中の少なくとも一部は相互に異なる性質を有している複数の磁石と、
導体であって、前記サポート構造の移動に応答する前記磁石の発振がこの導体において電気信号を誘導するように、前記サポート構造と磁石とに対して向けられている導体と、
を備えており、このエネルギ・ハーベスタは、水平方向の静止位置からの前記磁石の変位の限界角度が１度未満であることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項３０】
請求項２９記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記磁石は、異なる磁場強度を有していることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項３１】
請求項２９記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記限界角度は１０分未満であることを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項３２】
請求項２９記載のエネルギ・ハーベスタにおいて、前記信号によって給電される動作システムを更に含むことを特徴とするエネルギ・ハーベスタ。
【請求項３３】
動的磁石システムであって、
サポート構造と、
前記サポート構造に対して共通軸に沿って個別の動きをするために極対向方向に向けられた偶数個の磁石であって、これらの磁石の中の少なくとも一部は相互に異なる性質を有している複数の磁石と、
を備えていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項３４】
請求項３３記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なる磁場強度を有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項３５】
請求項３４記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、実質的に等しいサイズを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項３６】
請求項３３記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なるサイズを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項３７】
請求項３６記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、実質的に等しい単位磁場強度を有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項３８】
請求項３３記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石と前記サポート構造との間の静摩擦係数を０．０２未満に確立するベアリングを更に備えていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項３９】
請求項３３記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石と前記サポート構造との間に磁性流体ベアリングを更に備えていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４０】
請求項３９記載の動的磁石システムにおいて、前記磁性流体は、１０センチポアズ未満の粘性を有することを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４１】
請求項３９記載の動的磁石システムにおいて、前記磁性流体は、イソパラフィニック酸と混合された軽油媒体を含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４２】
請求項３３記載の動的磁石システムにおいて、導体を更に備えており、前記導体は、前記磁石の移動が前記導体において電気信号を誘導するように前記サポート構造と磁石とに対して向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４３】
請求項４２記載の動的磁石システムにおいて、前記信号によって給電される動作システムを更に含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４４】
請求項３３記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石は、前記サポート構造に対して複数の発振モードを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４５】
請求項３３記載の動的磁石システムにおいて、前記サポート構造は前記磁石を基本的に水平方向に移動させるように向けていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４６】
請求項３３記載の動的磁石システムにおいて、水平方向の静止位置からの前記磁石の変位の限界角度が１度未満であることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４７】
請求項４６記載の動的磁石システムにおいて、前記限界角度は１０分未満であることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４８】
動的磁石システムであって、
サポート構造と、
前記サポート構造に対して移動するように極対向方向に向けられた複数の磁石であって、これらの磁石の中の少なくとも一部は相互に異なる性質を有している複数の磁石と、
前記磁石と前記サポート構造との間の静摩擦係数を０．０２未満に確立するベアリングと、
を備えており、前記サポート構造は、基本的に水平方向に移動するように前記磁石を向けていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４９】
請求項４８記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なる磁場強度を有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５０】
請求項４９記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、実質的に等しいサイズを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５１】
請求項４８記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なるサイズを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５２】
請求項５１記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、実質的に等しい単位磁場強度を有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５３】
請求項４８記載の動的磁石システムにおいて、前記ベアリングは磁性流体を含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５４】
請求項５３記載の動的磁石システムにおいて、前記磁性流体は、１０センチポアズ未満の粘性を有することを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５５】
請求項５３記載の動的磁石システムにおいて、前記磁性流体は、イソパラフィニック酸と混合された軽油媒体を含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５６】
請求項４８記載の動的磁石システムにおいて、導体を更に備えており、前記導体は、前記磁石の移動が前記導体において電気信号を誘導するように前記サポート構造と磁石とに対して向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５７】
請求項５６記載の動的磁石システムにおいて、前記信号によって給電される動作システムを更に含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５８】
請求項４８記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石は、前記サポート構造に対して複数の発振モードを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５９】
動的磁石システムであって、
サポート構造と、
前記サポート構造に対して移動するように極対向方向に向けられた複数の磁石であって、これら複数の磁石の中の少なくとも一部は相互に異なる性質を有している複数の磁石と、
を備えており、前記サポート構造は前記磁石を基本的に水平方向に移動するように向けており、
水平方向の静止位置からの前記磁石の変位の限界角度を１度未満であることを特徴とするシステム。
【請求項６０】
請求項５９記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも一部の磁石は、異なる磁場強度を有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項６１】
請求項５９記載の動的磁石システムにおいて、前記限界角度は１０分未満であることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項６２】
請求項５９記載の動的磁石システムにおいて、導体を更に備えており、前記導体は、前記磁石の移動が前記導体において電気信号を誘導するように前記サポート構造と磁石とに対して向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項６３】
請求項６２記載の動的磁石システムにおいて、前記信号によって給電される動作システムを更に含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項６４】
請求項５９記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石は、前記サポート構造に対して複数の発振モードを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動的磁石システムに関し、更に詳しくは、電力を発生するのに用いられる複数磁石システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性コイルの中を磁石を移動させると、そのコイルを流れる電流が誘導させる。磁石が反復的に前後に移動されると、コイルを流れる電流の向きは、それぞれの連続的な移動について反転され、交流電流が生じる。
【０００３】
１又は複数のコイルの中の磁石の往復運動を利用する電力発生システムは、これまで、いくつかが開示されている。例えば、米国特許第５，３４７，１８５号の複数の実施例では、１、２又は３つの希土酸化物による磁石が１又は複数のコイルに対して直線状に前後に移動するように配置されている。磁石が固定されていてコイルが磁石に対して波の作用のように上下に動かされる、コイルが固定されていて磁石が気体圧力によってコイルに対して移動される、コイルのハウジングがジョギングをしている人によって運ばれているように振られる又は振動する、などのいずれかにより、コイルの中を移動する磁石の反復的又は発振的な移動を生じさせることができる。ある実施例では、４つの磁石が連続的な極対向方向に提供され、端部にある２つの磁石が固定されており、中間にある磁石は管部分に沿って自由に前後に移動するように構成されている。２つの中間にある磁石は、中間のコイルのためのキャリアによって相互に分離されており、キャリアは、中間の磁石のいずれよりもほぼ２倍の幅を有している。
【０００４】
米国特許第５，８１８，１３２号では、ある実施例として、垂直方向の管の中に吊り下げられている３つの移動する磁石が開示されており、これらの磁石は、相互に及び端部にある磁石に対して極対向方向にあり、管の外部に複数のコイルが離間して配置されている構成である。移動する磁石と管との間の摩擦を最小化するために、管は、垂直方向に向けられ、コイルに対して磁石を上下に移動させることにより、コイルの中に電流を発生させている。しかし、垂直方向の配置では、磁石の移動の妨げにある。というのは、この構成では、磁石は、管に対して移動するためには重力に逆らわなければならないからである。磁石に対する管の運動という組合せは、これでは、減少してしまう。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、磁石のためのサポート構造と磁石自体に与えられる運動との間により大きな結合を達成する動的な複数磁石システムを提供する。これにより、与えられたデバイスのサイズ及び重量に対してより大きな電気的出力を得ることが可能になり、また、磁石を、基本的には水平方向に移動するように向けることが可能になり、従って、加えられる運動に対する磁石の感度を向上させることができる。
【０００６】
このような改良は、複数の磁石を、サポート構造に対して個別的移動ができるように極対向方向（polar opposition）に向け、磁石の中の少なくとも一部は相互に異なる特性を有しているように構成する。異なる磁化又はサイズを有する磁石を提供するなどの様々な手段によって達成される異なる磁場強度を有するようにすることができる。異なる磁化の程度を有する同じサイズの磁石、磁化の程度が等しくサイズが異なる磁石、又は、これらの２つの組合せを用いることができる。驚くべきことであるが、サポート構造に加えられる運動に対する磁石の応答は、特定の磁場強度の比率において、そのサイズ及び磁場強度の平均の有する２つの等しい磁石の場合よりも、大きいのである。
【０００７】
磁石には、好ましくは、磁石とサポート構造との間の静摩擦係数が０．０２未満となるような超低摩擦磁性流体ベアリングが提供される。この磁性流体は、好ましくは、１０センチポアズ（centipoise）未満の粘性を有し、特定の実施例では、イソパラフィニック酸（isoparaffinic acid）と混合された軽油を含む。
【０００８】
超低摩擦ベアリングを提供することにより、磁石をほぼ水平方向の向きに配置することが可能になり、その状態であれば、サポート構造への加えられた感度は著しく向上される。このような向きであれば、磁石は複数発振モードを示し、これによって、サポート構造の多くの異なる運動を有用な磁石運動に効果的に結合することができる。１又は複数の導電性コイルが、そのコイルの巻き（turns）が移動する磁場によって切断されるように配置されていると、電気信号が発生され、多くの種類の動作システムに給電することができる。水平方向の静的な位置からの磁石の変位の臨海角度は、好ましくは、１度未満であるが、磁性流体ベアリングを適切に選択すれば１０分未満にすることも可能である。
【０００９】
本発明の以上の及びそれ以外の特徴及び効果は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めば、この分野の当業者には明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、反復型又は発振型の磁石システムにおいて従来入手可能であったよりも、より効率的でありかつ柔軟性をもった電力の発生を提供する。電気は、磁石のサポート構造の、水平方向の平面から離れた、及び／又は、水平方向の平面におけるほんの僅かに運動から効果的に発生させることができる。例えば、歩行運動や、振り返る、コツコツ拍子を打つ動き、おじぎ、あるいは、振動を発生させる可能性のある車両に乗っているだけというようなそれ以外の通常の運動があると、磁石のサポート構造がユーザの手やシャツのポケットの中に保持されていれば、有用な量の電気を容易に発生させることができるし、同時に、波や風の作用に起因する水平方向から離れた僅かな運動も、電力発生に用いることができる。
【００１１】
本発明は、共通のサポート構造に対して移動する複数の磁石を使用する。本発明は、米国特許第５，１８１，１３２号の複数磁石システムで要求されている３つの磁石に限定されることはないし、偶数個の場合も含み、ほぼ任意の数の磁石を用いることができる。米国特許第５，１８１，１３２号の複数磁石での垂直方向という要件も、本発明では不要であり、それによって、サポート構造の移動に対してはるかに感度が高い水平方向の磁石運動も可能となる。
【００１２】
図１は、本発明を用いて動作システムに電力を提供する様子が図解されている。この実施例では、２つの移動磁石２及び４は、管状の非磁性エンクロージャ６の形態を有するサポート構造の軸に沿って、移動する。磁石は、相互に極対向方向にあり、その向かい合っている端部が同じ磁極を有するように向けられている。従って、磁石は、近傍に入ると相互に反発する。固定された磁石８及び１０は、エンクロージャの対向する端部に、その最も近い移動磁石２及び４に対して極対向方向なるように、配置されている。相互に面している側の移動及び端部磁石の端部は、やはり、同じように極対向関係にあり、それによって、隣接する磁石は相互に反発する。
【００１３】
磁石２は１単位のサイズを有するように図解されており、磁石４は２単位のサイズを有するように図解されている。この実施例ではすべての磁石は磁場強度が等しいものと仮定されているので、磁石４の全体の磁場強度は、磁石２の磁場強度の２倍である。エンクロージャに対する僅かな衝撃や、エンクロージャの水平方向からの僅かなズレが生じると、磁石とエンクロージャとの間の静摩擦係数が０．０２未満である場合には、磁石２及び４は、エンクロージャ６に沿ってスライドする。磁石の移動は、摩擦係数がこれよりも大きな場合には、エンクロージャをシャツのポケットに入れておくとかエンクロージャをもって歩くなど、比較的やさしいエンクロージャの動きに応答しては生じない。超低摩擦ベアリングを用いて２つの磁石を相互に極対向方向で用いると、単一の磁石に対してエンクロージャの固有振動数ではない、及び／又は、当初の磁石の移動と同相ではない、エンクロージャの動きに対する磁石の移動の応答性が著しく上昇することが発見された。驚くべきことに、２つの磁石が異なる磁場強度を有しているときには、両方の磁石は、中間的な磁場強度を有し２つの等しい磁石の場合よりも、エンクロージャの動きに対してより大きな応答を有するのである。換言すると、磁場強度が等しい２つの磁石から出発して、一方の磁石の磁場強度を上昇させ、他方の磁石の磁場強度を低下させると、これらの２つの磁石は、磁場強度比率の特定の範囲ではエンクロージャの動きに応答してより高速に発振することになる。このより大きな応答性により、システムを用いて発生させることができる電力量は、直接に増加する。
【００１４】
摩擦のレベルを希望するように低くするために、好ましくは、磁性流体ベアリングが、磁石とエンクロージャとのインターフェースとして用いられる。磁性流体は、サイズが約３０から１５０オングストロームの範囲にある微細に分割された磁性の又は磁化可能な粒子の分散であり、液体キャリアの中に分散されている。磁性粒子は、典型的には、表面活性剤又は分散剤で被覆されている。表面活性剤により、磁石粒子の間に恒久的な距離が保証され、ファンデルワールス力によって生じる引力を克服することができ、また、液体キャリアや周囲の環境にある化学物質と適合性のある被覆粒子の外部層上に化合的組成物を提供する。磁石粒子として用いられるフェライトや酸化鉄は、磁性流体に多くの物理的及び化学的特性を与えるが、これには、飽和磁化、粘性、磁気安定性、化学的安定性などが含まれる。複数のタイプの磁性流体が、米国ニューハンプシャー州ナシュア所在のフェロテック・コーポレーション（Ferrotec (US) Corporation）によって提供されている。磁性流体の準備に関する特許の概要は、米国特許第６，０５６，８８９号に提供されているが、移動型磁石発電機における磁性流体ベアリングの使用に関しては、同時継続中の「Electrical Generator with Ferrofluid Bearings」と題する米国特許出願第１０／０７８，７２４号で論じられている。この米国特許出願は、この出願と同日に同じ出願人によって出願され、本発明の譲受人であるイノベイティブ・テクノロジーＬＬＣに譲渡されたものである。この同時継続中の米国特許出願は、その全体をこの出願において援用する。
【００１５】
磁性流体と磁石との特性は関係がある。磁石が比較的低い磁場を有している場合には、比較的磁化の高い磁性流体が用いられるべきである。磁石の磁場は、約５００−４０００ガウスの範囲、磁性流体の磁化は５０−４００ガウスの範囲にあるのが一般的である。
【００１６】
磁性流体の摩擦係数は、その粘性（センチポアズ（ｃｐ）の単位で測定される）と、おおよそ関係があるが、直接的な関係はない。例えば、３００ｃｐの粘性を有する磁性流体は、約０．０１５の静摩擦係数を有することがわかっており、フェロテック・コーポレーション（米国）からのＥＦＨ１磁性流体は、６ｃｐのオーダーの粘性と約０．００２の静摩擦係数とを有するが、５ｃｐの粘性を有する水ベースの磁性流体は、約０．０１の静摩擦係数を有することがわかっている。摩擦係数が幾分高く粘性が幾分低い組成であると、水ベースの溶媒と関連する表面張力が生じる。
【００１７】
本発明のための好適な磁性流体の組成は、粘性がほぼ５ｃｐ未満、実際には２ｃｐ未満であり、この場合、０．０００８−０．００１２の範囲という非常に低い静摩擦係数が達成される。これは、ビームが約０．０７度だけ水平方向から離れて傾斜するときに、ビーム上にある磁石がスライドし始めるのを感知するのに十分である。この及びそれ以外の適切な磁性流体組成物は、「Mechanical Translator with Ultra Low Friction Ferrofluid Bearings」と題する米国特許出願第１０／０７８，１３２号で論じられている。この米国特許出願は、この出願と同日に同じ出願人ジェフリー・Ｔ・チュング（Jeffrey T. Cheung）によって出願され、本発明の譲受人であるイノベイティブ・テクノロジーＬＬＣに譲渡されたものである。この同時継続中の米国特許出願は、その全体をこの出願において援用する。その組成は、フェロテック・コーポレーションのＥＦＨ１軽油磁性流体とイソパラフィニック酸とが１対４の比率で混合され、２４時間の間、かくはんされたものである。イソパラフィニック酸の適切な供給源は、エクソンモービル・ケミカル・コーポレーションからの、イソパーＧ（Isopar G）及びイソパーＭ炭水化物流体である。
【００１８】
希釈されていないＥＦＨ１磁性流体を用いることも可能である。希釈されていないＥＦＨ１の組成物は、希釈されたものに対する場合よりもより大きな重量に絶える能力を有しているが、組成物を希釈しても、ほとんどの応用例については、十分な重量に絶える能力が保持される。静摩擦係数が０．０２までのこれ以外の磁性流体を用いることもできる。例えば、フェロテック・コーポレーションのタイプＥＭＧ８０５という、静摩擦係数が約０．０１であり粘性が約５ｃｐである水ベースの磁性流体である。というのは、０．０２の静摩擦係数によって達成できる電力出力は、依然として、ゼロ摩擦システムによって達成可能な約７５％であるからである。現在では、ＥＭＧ８０５の組成物は、ＥＦＨ１の組成物よりもかなり高価であり、負荷耐性能力は幾分低い。一般的に、適切な磁性流体は、磁石の移動を開始するのに、水平な静止位置からの変位が１度未満という限界角度であるが、ここで説明された混合物の場合には、限界角度は１０分未満である。
【００１９】
図１に戻るが、エンクロージャの中の磁性流体は、自然に引きつけあい、磁石２及び４の端部の周囲に、ビーズ１２及び１４と、ビーズ１６及び１８とがそれぞれ形成される。これにより、磁石がエンクロージャに対して自由にスライドすることを可能にする超低摩擦の潤滑剤が提供される。磁石は、エンクロージャが水平方向からの傾斜、エンクロージャの水平方向の移動又はより複雑な複合的な移動に応答して、移動する。移動する磁石の運動エネルギは、対応する端部の磁石に近づくにつれて位置エネルギに変換され、端部の磁石から反発によって離れると、再び運動エネルギに戻る。
【００２０】
１対の導電性コイル２０及び２２は、エンクロージャの対応する半分の周囲に巻かれている。あるいは、エンクロージャの内部の磁石の長さ全体に及ぶ移動にわたるような単一のコイルを用いることもできる。というのは、２つの磁石が反対の方向に移動し、対向する電流がこのようなときに１つのコイルの中に誘導されて、システム全体の効率を低下させることがありうるからである。
【００２１】
コイル２０及び２２は、全波ブリッジ整流回路２４及び２６にそれぞれ接続されており、これらの回路の出力は、全体的な動作システム３２の中で、バッテリ２８及び３０を充電する。これらのバッテリは、環境センサ、送信機、フラッシュライト、セルラ電話など、歩行運動、波動運動、風などの機械的に入力によって動作される動作デバイス３４に電力を提供する。あるいは、ブリッジの出力は、リアルタイムの電力が望まれる場合には、動作デバイスに直接に接続することもできる。
【００２２】
図２は、本発明の別の実施例を図解している。この図では、単純化のために、磁石とそのエンクロージャとだけが示されていて、コイルやそれ以外の回路は示されていない。この実施例では、１対の磁石３６及び３８が、やはり、極性が対向する端部磁石４２及び４４によって非磁性エンクロージャの中に保持されている。この場合には、これらの磁石はサイズが同じであるが、磁石３８は磁化の程度及び磁場強度がより大きく、その様子は、磁石３６では磁化矢印が１つだけであるのとは異なり、２つの磁化矢印で示されている。このタイプの構成の動作は、一般に、図１に示されているものと等しい。すなわち、磁石の断面はそれぞれが等しい単位磁場強度を有しているが、一方の磁石は２つの断面を有しており、他方は１つの断面を有している。両方の場合に、サイズと磁場強度との比率が特定の範囲にあると、２つの磁石が図２の強い方の磁石に等しい磁場強度を共に有している場合と比較して、両方の磁石が、エンクロージャの移動に応答してより高速で動く。
【００２３】
図３は、エンクロージャ５２の中に３つの磁石４６、４８及び５０がある別の実施例を図解している。この例では、磁石は、すべて、サイズ及び磁場強度が異なっており、それぞれが、超低摩擦磁性流体ベアリングの上に配置されている。最も大きな磁石は、他の２つの磁石の間に配置されているが、この順序は変更が可能である。磁石のサイズ及び磁場強度の間の比率を変更しても、本発明の範囲に属する。磁石の中の２つは、等しくして、第３の磁石が異なる磁場強度とすることもできる。本発明は、少なくとも２つは異なる磁場強度を有する任意の数の磁石に一般化することが可能である。ただし、磁石の数を増加させると、磁石の移動のために残されるエンクロージャの有効な長さが減少することになる。
【００２４】
図４は、超低摩擦ベアリングを用いた複数磁石システムの結果として生じる複数モードの振動を図解している、計算されたプロットである。このプロットは、複数の磁石が等しい磁場強度を有していると想定して作られており、磁石の中の１つの粘性を、時間の関数としてトレースしている。エンクロージャは、単一磁石システムの場合に１Ｈｚの固有振動数を結果的に生じる長さを有していると想定する。磁石が２つの場合には、それぞれの磁石についてそれぞれの１秒の期間の間に生じる複数の粘性ピークに対応して、複数の発振モードが存在する。これにより、複数磁石システムは、システムの固有振動数と一致しない及び／又は初期の磁石移動と同相でないエンクロージャの移動に、より大きな応答性を有するようになる。超低摩擦ベアリングを有する複数磁石トランスデューサの応答性の増加については、同時継続中の「Multiple Magnetic transducer」と題する米国特許出願第１０／０７７，９４５号で詳細に論じられている。この米国特許出願は、この出願と同日に同じ出願人によって出願され、本発明の譲受人であるイノベイティブ・テクノロジーＬＬＣに譲渡されたものである。この同時継続中の米国特許出願は、その全体をこの出願において援用する。同様に、複数発振モードは、本発明の主題である磁場強度が異なる複数の磁石を用いても生じる。
【００２５】
図５及び６は、磁石の質量及び磁化の比率の関数として、２磁石システムについて計算されたエネルギ出力を示している。ただし、１磁石システムの場合のエネルギ出力に対して正規化されている。図５は、強力な端部磁石（１１，４００ガウス）が想定された場合の結果であり、図６は、強力な端部磁石（３，８００ガウス）が想定された場合の結果である。磁性材料は同じであるが質量が異なる磁石について得られた結果は、質量が等しく磁場強度が異なる磁石についての結果と同じである。以下のことが仮定されている。
−強い方の磁石サイズは、直径が２．５４ｃｍで、長さが１．２７ｃｍである。
−強い方の磁石の磁場強度は、１１，４００ガウスである。
−管の長さは１５．２４ｃｍである。
−端部磁石のサイズは、直径が０．９５ｃｍで、長さが０．６３５ｃｍである。
−管に加えられる加速度は、１メートル／秒／秒であり、０．５秒は前方に０．５秒は後方に、１Ｈｚの周波数で交番する（腕の振りをシミュレートしている）。
−摩擦のないシステムである。
【００２６】
２磁石システムは、質量・磁化比率の特定の範囲では、単一磁石システムよりも大きなエネルギ出力を生じる。ただし、この範囲は、端部磁石の強度に依存する。図５の強い端部磁石を用いると、約０．０７５−０．２の比率に対して著しく強化された出力が計算されるが、他方で、図６の弱い端部磁石を用いると、低い方のピークが約０．０４であるような約０．３５−０．６の比率に対して著しく強化された出力が計算される。加えられる加速度は、単一磁石システムの共振周波数に近い周波数で交番するので、共振周波数から更に離れた周波数では、又は、ランダムな入力に対しては、更によい結果が予測される。
【００２７】
磁石のサイズ又は磁場強度が異なる２磁石システムについては、磁石のサイズ又は磁場強度が等しい（比率１に対応する）２磁石システムの場合よりも、より大きなエネルギ出力が計算されたということは、顕著である。図５のシステムでは、これは、１磁石システムと比較した場合とほぼ同じ範囲の比率の場合に生じているが、図６の場合には、これは、比率範囲の全体で生じている。
【００２８】
本発明は、多くの応用例を有しており、それには、セルラ電話、非常用送信機、環境センサなどへの給電が含まれ、更に、一般的な発電及びバッテリ充電システムも含まれる。
以上で、本発明の実施例を示し説明したが、多数の変形例及び別の実施例が、この分野の当業者にとっては、明らかであろう。例えば、図解したシステムよりも多数の磁石を用いることもできるし、あるいは、ここで言及したものとは異なる超低摩擦潤滑剤を用いることもできる。更に、磁石をハウジングの内部に配置してコイルをハウジングの外周の回りに巻く代わりに、これらの構成要素を反対にして、ハウジングの中にコイルを配置し、トロイダル型の磁石を外部に配置することもできる。従って、本発明は、特許請求の範囲の記載によってのみ範囲が画定されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】動作システムへの給電を提供する本発明による２つ磁石を用いた実施例を図解する概略図である。
【図２】異なる磁化を有するサイズが等しい２磁石型の実施例の概略図である。
【図３】本発明の３磁石型の実施例の概略図である。
【図４】等しい磁石を用いた２磁石型システムについて、磁石速度を時間の関数として計算してプロットしたものである。
【図５】強い及び弱い磁石システムについて、磁石の質量／磁化が相対的に異なる場合の相対的なエネルギ出力に関して計算されたグラフである。
【図６】強い及び弱い磁石システムについて、磁石の質量／磁化が相対的に異なる場合の相対的なエネルギ出力に関して計算されたグラフである。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年10月20日(2004.10.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動的磁石システムであって、
サポート構造（６）と、
前記サポート構造に対して移動するように向けられた少なくとも１つの磁石（２）と、
前記少なくとも１つの磁石と前記サポート構造との間の静摩擦係数を０．０２未満に確立するベアリング（１２、１４）と、
を備えていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項２】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記ベアリングは磁性流体ベアリングを含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項３】
請求項２記載の動的磁石システムにおいて、前記磁性流体ベアリングはそれぞれの磁石の端部に集中していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項４】
請求項１記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも１つの磁石は、極対向方向に向けられた複数の磁石（２、４）を含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかの請求項に記載の動的磁石システムにおいて、少なくとも１つの導体（２０）を更に備えており、前記少なくとも１つの導体は、前記少なくとも１つの磁石の移動が前記少なくとも１つの導体に電気信号を誘導するように、前記サポート構造と前記少なくとも１つの磁石とに対して向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項６】
請求項５記載の動的磁石システムにおいて、前記信号によって給電される動作システムを更に含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項７】
請求項１ないし請求項４のいずれかの請求項に記載の動的磁石システムにおいて、前記少なくとも１つの移動する磁石の移動を制限する１対の端部磁石（８、１０）を更に備えており、前記端部磁石は、最も近い移動する磁石に対して極対向方向に向けられていることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項８】
請求項４記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石は、前記サポート構造に対して複数の発振モードを有していることを特徴とする動的磁石システム。
【請求項９】
請求項３又は請求項７記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石は、偶数個の磁石を含むことを特徴とする動的磁石システム。
【請求項１０】
請求項４又は請求項８記載の動的磁石システムにおいて、前記磁石の少なくとも一部は相互に異なる性質を有していることを特徴とする動的磁石システム。
【国際調査報告】
2005518774.tif 000009
2005518774.tif 000010
2005518774.tif 000011