(57)【要約】【課題】【解決手段】可動部分のない電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）が、永久磁石（１２、１５４、１７４）と、第１磁路および第２磁路（１８、２０）を組み込んだ磁気コア（１６、１３２、１５６）とを含む。第１入力コイル（２６、１６６）および第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）が、第１磁路（１８）の一部の回りに延びている一方で、第２入力コイル（２８、１３８、１６８）および第２出力コイル（３０、１３５、１５３、１７８）が、第２磁路（２０）の一部の回りに延びている。入力コイル（２６、２８、１３８、１６８）は、交互にパルス化され、第２出力コイル（２９、３０、１３５、１３５、１５２、１５３、１７８）に誘導電流パルスを供給する。入力コイル（２６、２８、１３８、１６６、１６８）のそれぞれを経て電流を励振することにより、入力コイルが回りに延びている磁路内の永久磁石（１２、１５４、１７４）からの磁束のレベルを低減させる。
2005509394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁極（１４、２２、１４０）を両端に有する永久磁石（１２、１５４、１７４）と、
第１磁路および第２磁路（１８、２０）を前記永久磁石（１２、１５４、１７４）の前記両端の間に含む磁気コア（１６、１３２、１５６）と、から成り、
前記磁気コア（１６、１３２、１５６）が、閉じたループを備えると共に、
前記永久磁石（１２、１５４、１７４）が、前記閉じたループ内に延びており、
前記永久磁石（１２、１５４、１７４）の前記両端が、前記閉じたループの対向側面に隣接し、かつ前記閉じたループを備える前記磁気コア（１６、１３２、１５６）の内表面に接して配置され、
前記第１磁路（１８）の一部の回りに延びる第１入力コイル（２６、１６６）と、
前記第２磁路（２０）の一部の回りに延びる第２入力コイル（２８、１３８、１６８）と、
第１電気出力を供給するための、前記第１磁路（１８）の一部の回りに延びる第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）と、
第２電気出力を供給するための、前記第２磁路（２０）の一部の回りに延びる第２出力コイル（３０、１３５、１５３、１７８）と、
前記第１入力コイルおよび前記第２入力コイル（２６、２８、１３８、１６６、１６８）を経て交互に電流を励振する切替え回路（２４）とを備え、
前記第１入力コイル（２６、１６６）を経て励振される前記電流により、前記第１入力コイル（２６、１６６）が、前記第１磁路（１８）内において、前記永久磁石（１２、１５４、１７４）からの磁束の集中と対向する磁場を形成すると共に、
前記第２入力コイル（２８、１３８、１６８）を経て励振される前記電流により、前記第２入力コイル（２８、１３８、１６８）が、前記第２磁路（２０）内において、前記永久磁石（１２、１５４、１７４）からの磁束の集中と対向する磁場を形成する、電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項２】
前記永久磁石（１２、１５４、１７４）の磁極の第１タイプが、前記閉じたループの第１側に隣接して配置されると共に、
前記第１および第２入力コイル（２６、２８、１３８、１６６、１６８）が、前記閉じたループの前記第１側に沿って配置され、
前記第１入力コイル（２６、１６６）を経て励振される前記電流により、前記第１入力コイル（２６、１６６）が、前記永久磁石（１２、１５４、１７４）に隣接する前記第１入力コイル（２６、１６６）の端部において、磁極の前記第１タイプを有する磁場を形成すると共に、
前記第２入力コイル（２８、１３８、１６８）を経て励振される前記電流により、前記第２入力コイル（２８、１３８、１６８）が、前記永久磁石（１２、１５４、１７４）に隣接する前記第２入力コイル（２８、１３８、１６８）の前記の端部において、磁極の前記第１タイプを有する磁場を形成する、請求項１に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項３】
前記磁気コア（１６、１３２、１５６）が、ナノ結晶磁気合金から構成される、請求項１に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項４】
前記ナノ結晶磁気合金が、コバルト−ニオビウム−ホウ素合金である、請求項３に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項５】
前記ナノ結晶磁気合金が、鉄をベースとする合金である、請求項３に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項６】
前記磁気コア（１６、１３２、１５６）内における磁束密度の前記変化が、前記磁気コア（１６、１３２、１５６）を磁気飽和まで励振せずに生じる、請求項１に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項７】
前記切替え回路（２４）が、パルスの第１列に応答して、前記第１入力コイル（２６、１６６）を経て前記電流を励振すると共に、
前記切替え回路（２４）が、パルスの前記第１列内におけるパルスと交互になるパルスの第２列に応答して、前記第２入力コイル（２８、１３８、１６８）を経て前記電流を励振して、
パルスの前記第１列および前記第２列における前記パルスの持続期間が、約１１．５ミリ秒である、請求項１に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項８】
前記永久磁石（１２、１５４、１７４）が、希土類元素を含む材料からなる、請求項１に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項９】
前記永久磁石（１２、１５４、１７４）が、本質的にサマリウム・コバルトからなる、請求項８に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項１０】
前記永久磁石（１２、１５４、１７４）が、本質的に鉄、ネオジミウム、およびホウ素からなる、請求項８に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項１１】
前記第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）に誘導された電力の一部が、前記切替え回路（２４）を励振するための電力として供給する、請求項１に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項１２】
前記切替え回路（２４）が、開始過程中に外部電源（３８）によって励振され、かつ前記開始過程後の運転中に前記第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）に誘導された電力によって励振される、請求項１１に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項１３】
前記永久磁石（１２）の磁極（１４）の第１タイプが、前記閉じたループの第１側に隣接して配置され、
磁極（１４）の前記第１タイプと反対の、前記永久磁石（１２）の磁極（１４０）の第２タイプが、前記閉じたループの第２側に隣接して配置され、
前記第１入力コイル（２６）が、前記閉じたループの前記第１側に沿って配置され、
前記第２入力コイル（１３８）が、前記閉じたループの前記第２側に沿って配置され、
前記第１入力コイル（２６）を経て励振される前記電流により、前記第１入力コイル（２６）が、前記永久磁石（１２）に隣接する前記第１入力コイル（２６）の端部において磁極の前記第１タイプを有する磁場を形成し、
前記第２入力コイル（１３８）を経て励振される前記電流により、前記第２入力コイル（１３８）が、前記永久磁石（１２）に隣接する前記第２入力コイル（１３８）の前記端部において磁極の前記第２タイプを有する磁場を形成する、請求項１に記載の電磁発生装置（１３０）。
【請求項１４】
前記第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）に誘導される電力の一部が、前記切替え回路（２４）を励振する電力として供給する、請求項１に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項１５】
前記切替え回路（２４）が、開始過程中に外部電源（３８）によって励振され、かつ前記開始過程後の運転中に前記第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）に誘導される電力によって励振される、請求項１４に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項１６】
磁極（１４、２２、１４０）を両端に有する永久磁石（１２、１５４、１７４）と、
第１磁路および第２磁路（１８、２０）を前記永久磁石（１２、１５４、１７４）の前記両端の間に含む磁気コア（１６、１３２、１５６）と、
前記第１磁路（１８）の一部の回りに延びる第１入力コイル（２６、１６６）と、
前記第２磁路（２０）の一部の回りに延びる第２入力コイル（２８、１３８、１６８）と、
第１電気出力を提供するための、前記第１磁路（１８）の一部の回りに延びる第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）と、
第２電気出力を提供するための、前記第２磁路（２０）の一部の回りに延びる第２出力コイル（３０、１３５、１５３、１７８）と、
前記第１入力コイルおよび前記第２入力コイル（２６、２８、１３８、１６６、１６８）を経て交互に電流を励振する切替え回路（２４）とを備え、
前記第１入力コイル（２６、１６６）を経て励振される前記電流により、前記第１入力コイル（２６、１６６）が、前記第１磁路（１８）内において前記永久磁石（１２、１５４、１７４）からの磁束の集中に対向する磁場を形成すると共に、前記第２入力コイル（２８、１３８、１６８）を経て励振される前記電流により、前記第２入力コイル（２８、１３８、１６８）が、前記第２磁路（２０）内において前記永久磁石（１２、１５４、１７４）からの磁束の集中に対向する磁場を形成して、前記第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）に誘導される電力の一部が前記切替え回路（２４）を励振する電力として供給する、電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項１７】
前記切替え回路（２４）が、開始過程中では外部電源（３８）によって励振され、前記開始過程後の運転中では前記第１出力コイル（２９、１３５、１５２、１７８）に誘導される電力によって励振される、請求項２４に記載の電磁発生装置（１０、１３０、１５０、１７０）。
【請求項１８】
１対の間隔をおいて位置するプレート（１５８、１６０）を含む磁気コア（１５０，１７０）であって、前記間隔をおいて位置するプレート（１５８、１６０）のそれぞれが、中央開口（１６４）と、前記間隔をおいて位置するプレート（１５８、１６０）の間に延びる第１および第２の複数のポスト（１６２、１７６）とを含み、
前記１対の間隔をおいて位置するプレート（１５８、１６０）の間および前記複数のポスト（１６２、１７６）内の隣接するポスト（１６２、１７６）の間に個々に延びる複数の永久磁石（１５４、１７４）であって、前記複数の永久磁石（１５４、１７４）内の各永久磁石（１５４、１７４）が、磁極を両端に有すると共に、前記複数の永久磁石（１５４、１７４）内の全ての永久磁石（１５４、１７４）が、共通の方向を有する磁場を形成するように配向され、
第１および第２の複数の入力コイル（１６６、１６８）であって、前記第１および第２の複数の入力コイル（１６６、１６８）内の各入力コイル（１６６、１６８）が、前記複数のポスト（１６２、１７６）のポスト（１６２、１７６）と、前記複数の永久磁石（１５４、１７４）の永久磁石（１５４、１７４）との間において、前記間隔をおいて位置するプレート（１５８、１６０）内のプレート（１５８、１６０）の一部の回りに延びており、
電気出力を供給するために、前記第１および前記第２複数のポスト（１６２、１７６）内の各ポスト（１６２、１７６）の回りに延びる出力コイル（１５２、１５３、１７８）と、
前記第１および第２の複数の入力コイル（１６６、１６８）を経て交互に電流を励振する切替え回路（２４）とを備え、
前記第１の複数の入力コイル（１６６、１６８）において各入力コイル（１６６、１６８）を経て励振される前記電流により、前記ポスト（１６２、１７６）の各側にある永久磁石（１５４、１７４）からの前記第１の複数のポスト（１６２、１７６）内における各ポスト（１６２、１７６）内の磁束を増大させると共に、前記ポスト（１６２、１７６）の各側にある永久磁石（１５４、１７６）からの前記第２の複数のポスト（１６２、１７６）内における各ポスト（１６２、１７６）内の磁束を減少させ、
前記第２の複数の入力コイル（１６６、１６８）の入力コイルを経て励振される前記電流によって、前記ポスト（１６２、１７６）の各側にある永久磁石（１５４、１７４）からの前記第１の複数のポスト（１６２、１７６）内における各ポスト（１６２、１７６）内の磁束を減少させると共に、前記ポスト（１６２、１７６）の各側にある永久磁石（１５４、１７４）から前記第２の複数のポスト（１６２、１７６）内における各ポスト（１６２、１７６）内の磁束を増大させる、電磁発生装置（１５０、１７０）。
【請求項１９】
各入力コイル（１６６、１６８）が、前記入力コイル（１６６、１６８）に隣接する永久磁石（１５４、１７４）の前記両端の間で、前記磁気コア（１５６）を経て磁路の一部の回りに延びると共に、
前記磁路が、前記入力コイル（１６６、１６８）に隣接する前記磁気コア（１５６）内のポスト（１６２、１７６）を経て延びており、
前記入力コイル（１６６、１５８）を経て電流を励振することにより、前記入力コイル（１６６、１６８）が、前記磁路内における磁束の集中に対向する磁場を形成する、請求項１８に記載の電磁発生装置（１５０、１７０）。
【請求項２０】
前記切替え回路（２４）が、開始過程中に外部電源（３８）によって励振されると共に、前記開始過程後の運転中に前記第２出力コイル（１５２、１５３、１７８）に誘導される電力によって励振される、請求項１８に記載の電磁発生装置（１５０、１７０）。
【請求項２１】
前記磁気コア（１５６）が、ナノ結晶磁気合金から構成される、請求項１８に記載の電磁発生装置（１５０、１７０）。
【請求項２２】
前記ナノ結晶磁気コアが、コバルト−ニオビウム−ホウ素合金である、請求項２１に記載の電磁発生装置（１５０、１７０）。
【請求項２３】
前記ナノ結晶磁気合金が、鉄をベースとする合金である、請求項２１に記載の電磁発生装置（１５０、１７０）。
【請求項２４】
前記永久磁石（１５４、１７４）が、希土類元素を含む材料から構成される、請求項１８に記載の電磁発生装置（１５０、１７０）。
【請求項２５】
前記永久磁石（１５４、１７４）が、本質的にサマリウム・コバルトからなる、請求項２４に記載の電磁発生装置（１５０、１７０）。
【請求項２６】
前記永久磁石（１５４、１７４）が、本質的に鉄、ネオジミウム、およびホウ素からなる、請求項２４に記載の電磁発生装置（１５０、１７０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可動部分を有さずに電力を発生するために使用される磁気発生装置に関し、より具体的には、運転時に、入力コイルを経た入力電力を外部から加えずに電力を発生する能力を有する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景情報
本出願は、２０００年９月６日に出願された以前に出願された同時継続米国特許出願第０９／６５６，３１３号明細書の利益を主張する。
【０００３】
本特許は、いくつかの磁気発生装置を記述する。それぞれには、永久磁石と、各々が永久磁石の向かい合う磁極間に延びる永久磁石の外部にある２つの磁路と、２つの磁路のそれぞれに沿って磁束を交互に流れさせる切替え手段と、電流が装置内の磁場の変化によって流れるように誘導される１つまたは複数の出力コイルとが含まれる。これらの装置は、磁場の源が静止している場合でも、変動する磁場内において電流が導体内に誘導されることを表すファラデイの法則の拡張に従って動作する。
【０００４】
永久磁石の向かい合う極間において２つの磁路のどちらかに沿って優位に流れるように磁束を切り替える方法が、Ｅｎｉｇｉｎｅｅｒ’ｓ  Ｄｉｇｅｓｔ、１９６３年７月２３日において、Ｒ．Ｊ．Ｒａｄｕｓによって「フラックストランスファ（ｆｌｕｘ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）」の原理として記載されている。この原理は、磁北極および磁南極の両方の一端部において強力な磁力を及ぼし、他端部において非常に弱い力を及ぼすために使用され、磁場発生装置の構築には使用されない。この作用は、保磁子の運動によって機械的に生じさせる、または磁極部品１４の細長いバージョンの回りに延びる１つまたは複数の制御巻線に電流を励振することによって電気的に生じさせることができる。この作用を使用するいくつかの装置は、米国特許第３，１６５，７２３号、第３，２２８，０１３号、および第３，３１６，５１４号に記載されており、これらは本明細書内に文献として援用されている。
【０００５】
磁場発生装置の開発を対象とする他のステップは、文献として本明細書内に援用されている米国特許第３，３６８，１４１号において、コアの回りに第１巻線および第２巻線を有する変圧器と組み合わされた永久磁石を含み、磁束の２つの経路が永久磁石の各磁極からコアのどちらかの端部まで至る装置として記載されている。これにより、交流がコアにおいて磁束の方向変化を誘導するとき、永久磁石からの磁束は、その電流によりコアを通る磁束が取る方向と一致する経路を通るように自動的に向けられる。このようにして、磁束は増強される。この装置を使用して、通常誘導的に負荷がかけられる交流回路の電力ファクタを改善することができる。
【０００６】
他の特許は、より従来的な発生手段として、負荷を励振するために１つまたは複数のコイルからの電流が利用可能であると記述されている磁気発生装置を記載している。例えば、文献として本明細書内に援用されている米国特許第４，００６，４０１号は、永久磁石およびコア部材を含む電磁発生装置を記載しており、この装置では、コア部材の磁石から流れる磁束を切替えによって迅速に交互にして、コア部材の上の巻線に交流を生じさせる。この装置には、永久磁石と、磁石の磁北極と磁南極との間に２つの別々の磁束回路経路とが含まれる。回路経路のそれぞれは、回路経路を交互に開閉して、コア部材の上の巻線に交流を生じさせる２つの切替え手段を含む。切替え手段のそれぞれは、回路経路と交差する切替え磁気回路を含み、切替え磁気回路はコイルを有し、永久磁石まで延びる回路経路を飽和させるために、このコイルを経て電流が磁束を誘導するように励振される。これらのコイルを励振する電力は、連続的に加えられる電流源の出力から直接得られる。そのような電流源の適用を必要としない電磁発生装置が必要である。
【０００７】
文献として本明細書内に援用されている米国特許第４，０７７，００１号は、間隔をおいて位置する磁極と磁石の磁極間に延びる永久磁場とを有する永久磁石を備える磁気発生装置、またはｄｃ／ｄｃ変換器について記載している。可変式磁気抵抗コアは、磁石に対して固定されて磁場に配置され、コアの磁気抵抗は、磁力線のパターンがシフトするように変化する。この出力導体は、磁石に対して固定されて磁場に配置され、シフトする永久磁力線によって切断されるように位置決めされ、それにより電流が導体に誘導される。磁束は、コアの一部の回りに延びる切替えコイルによって、交互になる経路の間において切り替えられ、電流の流れは、フリップ・フロップの出力によって励振される１対のトランジスタを経てこれら切替えコイル間において交互になる。フリップ・フロップへの入力は、調節可能周波数発振器によって励振される。これらの励振回路の電力は、追加の別の電力源を経て供給される。そのような電力源の適用を必要としない磁場発生装置が必要である。
【０００８】
文献として本明細書内に援用されている米国特許第４，９０４，９２６号は、磁場の運動を使用する他の磁気発生装置について記載している。この装置は、各端部にベースを有する磁気伝導ゾーンを確定する電気巻線を含み、この巻線は、誘導電流を巻線から除去する要素を含む。この発生装置は、それぞれが第１磁極および第２磁極を含む２つの極磁石をさらに含み、各第１磁極は、磁場伝導ゾーンの１つのベースと磁気接続される。この発生装置は第３磁極磁石をさらに含み、第３磁極磁石は２つの磁極電磁石における第１磁極の中間に配向されるとともに、第３磁極磁石は電磁伝導ゾーンの軸に対しほぼ横方向の磁気軸を有しており、そして第３磁石は伝導ゾーンに最も近い極を有するとともに、２つの磁極電磁石の第１磁極と磁気的に引力関係にあり、この場合、２つの磁極電磁石の第１磁極は、同じ磁極である。この発生装置に含まれるものも又、巻線の形状の中で電磁石の磁極性を周期的に逆転させる要因である。これらの逆転手段は、電磁石の磁気極性を周期的に変化させることにより、電磁石の第１磁極と第３磁極の最も近い磁極との間の磁気引力関係に関連する磁束線を対応して逆転させる。これにより、磁気伝導ゾーンを横切るワイピング効果が、２つの電磁石においてそれぞれの第１極間における磁束線のスイングとして生じて、出力巻線内において電子の運動が誘導されるので、出力巻線内において電流の流れが発生する。
【０００９】
文献として本明細書内に援用されている米国特許第５，２２１，８９２号は、磁気軸を確定する磁極を有する磁気包絡線を含み、かつ磁束線のパターンが軸について極性対称性であることを特徴とする直流磁束圧縮変圧器の形態の磁気発生装置を記載している。磁束線は、コアに対して機械により静止されている制御素子を使用して、磁気包絡線に対して間隔をおくように変位される。さらに、磁気包絡線に対してやはり機械により静止されている誘導素子が供給される。誘導素子に対して磁束が間隔をおいて変位していることにより、電流の流れが生じる。さらに、供給されるものとして磁束バルブがあり、磁気抵抗を変化させて、磁束バルブを横断し、それにより誘導素子を横断する磁気抵抗がそれぞれ増大または低減される時間領域パターンを創出する。
【００１０】
他の特許は、磁束を移動させるための超電導要素を使用する装置を記載している。これらの装置は、マイスナー効果に従って動作し、構造が超電導相に遷移するように超電導構造の内部からの磁束の排除を記述する。例えば、文献として本明細書内に援用されている米国特許第５，０１１，８２１号は、永久磁石の磁北極部品および磁南極部品によって発生する磁場に配置される１束の導体を含む電力発生装置を記載している。磁場は、超電導材料の１対の薄膜を経て導体の束を通過して前後にシフトする。薄膜の一方が超電導状態に配置されると、他の薄膜は非超電導状態に配置される。それらの状態が２つの薄膜間で周期的に逆転すると、磁場は導体の束を前後に通過して偏向される。
【００１１】
文献として本明細書内に援用されている米国特許第５，３２７，０１５号は、超電導材料で作成された管と、管の一端部の回りに取り付けられた磁束の源と、コイルのように管に沿って取り付けられた磁束を遮断するための手段と、管の回りに取り付けられた超電導体の温度を変化させる手段とを備えた電気インパルス発生装置について記載している。管が連続的に超電導化されると、磁場が管内でトラップされて、遮断手段において電気インパルスを作り出す。この超電導状態の逆転が、第２パルスを発生する。
【００１２】
上述した特許権を有する装置のいずれも、磁束の経路を変化させるために使用される逆転手段に給電するために、装置内で発生される電力の一部を使用しない。従って、従来の回転発生装置と同様に、これらの装置は電力の定常入力を必要とし、この入力はこれら磁気発生装置の１つの逆転手段を励振する電力の形態、または従来の回転発生装置のロータを励振するトルクの形態とすることが可能である。しかしながら、電気発生装置の磁気部分の本質的な機能は、単に精密なタイミングに従って磁場を切り替えることである。磁気発生装置の最も普通の応用例では、電圧は、コイルの両端部で切り替えられると、永久磁石の磁場を打ち消すために使用される磁場をコイルに作り出すため、切替え手段に給電するために大量の電力が発生装置へ供給しなければならず、発生装置の効率は低減されてしまう。
【００１３】
磁気材料に関する最近の進歩では、Ｃ．Ｏ’ＨａｎｄｌｅｙによってＭｏｄｅｒｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ、ニューヨーク、４５６〜４６８ページに具体的に記載されており、磁束の迅速な変化に特に適しているナノ結晶合金を提供する。これらの合金は、それぞれが数ナノメートルの少なくとも１つの寸法を有する結晶粒または結晶から主になる。ナノ結晶材料は、ナノ結晶材料の先駆物質を形成するアモルファス合金を加熱処理することによって作成可能であり、これに銅などの不溶性要素が大量の核形成を促進するために追加されると共に、ニオビウムまたはタンタルなどの安定で無反応性の合金材料が粒の成長を阻害するために追加される。ナノ結晶合金の体積のほとんどは、約２〜４０ｎｍの寸法を有する無作為に分布した結晶から成る。これらの結晶は、核とされており、アモルファス相から成長して、不溶性素子が結晶成長の過程中に排除される。磁気用語では、各結晶は、単一領域粒子である。ナノ結晶合金の残りの体積は、約１ｎｍの厚さを有する粒境界の形態にあるアモルファス相で作成される。
【００１４】
特に有用な特性を有する磁気材料が、ほぼゼロの磁歪および比較的強い磁性、ならびに良好な機械的強度および耐腐食性を有する無形性のＣｏ−Ｎｂ−Ｂ（コバルト−ニオビウム−ホウ素）合金から形成される。この材料を焼きなます過程は、材料に形成される結晶のサイズを変化させて、結果的にＤＣ保磁度に対して強い作用となるように変更することができる。ナノ結晶子の沈殿は、別種のアモルファス合金のＡＣ性能をも改善する。
【００１５】
他の磁気材料が、鉄の豊富なアモルファス合金およびナノ結晶合金を使用して形成され、一般にコバルトをベースとする合金より大きい磁性を示す。そのような材料は、例えばＦｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｎｂ−Ｃｕ（鉄−ホウ素−ケイ素−ニオビウム−銅）合金がある。鉄が豊富なアモルファス合金の透磁率は、磁気ひずみのレベルが比較的高いことによって限定される一方で、そのようなアモルファス合金からナノ結晶材料を形成することにより、この磁気ひずみレベルを劇的に減少させて、容易な磁化を支持する。
【００１６】
具体的には希土類元素を含む材料の開発である、永久磁石の材料の開発についても進展している。そのような材料は、サマリウム・コバルトＳｍＣｏ5を含み、これは、あらゆる既知の材料の消磁に対する最高の抵抗を有する永久磁石材料を形成するために使用される。他の磁気材料は、例えば鉄、ネオジミウム、およびホウ素を使用して作成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の第１の目的は、発生装置の動作中に外部電力源の必要性が排除される磁気発生装置を提供することである。
【００１８】
本発明の第２の目的は、磁場の方向を変化させるために、磁場に過度に給電することを必要とせずに、磁束経路が変更される磁気発生装置を提供することである。
【００１９】
本発明の第３の目的は、電気の発生装置が、部品を移動させることなく達成される磁気発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の装置では、永久磁石からの磁束の経路は、磁場に過度に給電することを必要しない方式で切り替わる。その上、自己開始反復切替え過程は、永久磁石から装置内の交互になる磁路間に磁束の切替えを動作するのに利用され、その電力は、低レベルの電力を使用することが既知である構成要素からなる制御回路を経て提供される。自己切替えにより、発生装置における運転中の外部電源の必要性が排除され、電池などの別の電源が発生装置の作動中に非常に短時間のみ使用される。
【００２１】
本発明の第１の態様によれば、電磁発生装置は、永久磁石と、磁気コアと、第１入力コイルならびに第２入力コイルと、第１出力コイルならびに第２出力コイルと、切替え回路とを含む。永久磁石は、両端に磁極を有する。磁気コアは、第１磁路を永久磁石の両端の間に含み、その回りに、第１入力コイルおよび第２出力コイルが延び、また第２磁路を含み、その回りに、第２入力コイルおよび第２出力コイルが延びる。切替え回路は、第１入力コイルおよび第２入力コイルを経て交互に電流を励振する。第１入力オイルを経て励振された電流は、第１入力コイルを第１磁路内で永久磁石からの磁束の集中と対向する磁場を形成させる。第２入力コイルを経て励振された電流は、第２入力コイルを第２磁路内で永久磁石からの磁束の集中と対向する磁場を形成させる。
【００２２】
本発明の他の態様によれば、電磁発生装置は、磁気コアと、複数の永久磁石と、第１ならびに第２の複数の入力コイルと、複数の出力コイルと、切替え回路とを含む。磁気コアは、それぞれが中央開口を有する１対の間隔をおいて位置するプレートと、間隔をおいて位置するプレートの間に延びる第１ならびに第２の複数のポストとを含む。永久磁石は、それぞれ間隔をおいて位置するプレートの対の間に延びる。各永久磁石は両端に磁極を有しており、全ての永久磁石の磁場は共通の方向に延びるように整列される。各入力コイルは、ポストと永久磁石との間において、間隔をおいたプレート内におけるプレートの一部の回りに延びる。出力コイルが、各ポストの回りに延びる。切替え回路は、第１および第２の複数の入力コイルを経て交互に電流を励振する。第１の複数の入力コイルにおける各入力コイルを経て励振された電流は、ポストの各側にある永久磁石から第１の複数のポスト内における各ポスト内の磁束を増大させ、ポストの各側にある永久磁石から第２の複数のポスト内における各ポスト内の磁束を減少させる。第２の複数の入力コイル内で各入力コイルを経て励振された電流は、ポスト両面上の永久磁石から第１の複数のポスト内で各ポスト内の磁束を減少させると共に、ポスト両側上の永久磁石から第２の複数のポスト内で各ポスト内の磁束を増大させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明における第１実施例で構築される電磁発生装置１０の部分的な概略的前面図であり、磁石１２の磁北極１４から外向きに磁束経路コア材料１６の中へ移動する磁束の入力線を供給する永久磁石１２を含む。磁束経路コア材料１６は、右側磁路１８および左側磁路２０を形成するように構成され、両経路とも、磁石１２の磁北極１４と磁南極２２との間に外部から延びる。電磁発生装置１０は、切替えおよび制御回路２４によって励振される。この回路は、右側入力コイル２６および左側入力コイル２８を経て電流を交互に励振する。これらの入力コイル２６、２８は、それぞれコア材料１６の一部の回りに延びており、右側入力コイル２６は右側磁路１８の一部を囲む一方で、左側入力コイル２８は左側磁路２０の一部を囲む。右側出力コイル２９も又右側磁路１８の一部の回りを囲む一方、左側出力コイル３０は左側磁路２０の一部を囲む。
【００２４】
本発明の好ましいバージョンによれば、切替えおよび制御回路２４ならびに入力コイル２６、２８は、右側入力コイル２６に電圧が印加されたとき、磁北極が、永久磁石１２の磁北極１４に最も近い端部である左側端部３１に存在し、また左側入力コイル２８に電圧が印加されたとき、磁北極が、やはり永久磁石１２の磁北極１４に最も近い端部である右側端部３２に存在するように構成される。従って、右側入力コイル２６が磁化されたときに、永久磁石１２からの磁束は右側入力コイル２６を通過して延びることから反発される。同様に、左入力コイル２８が磁化されたときに、永久磁石１２からの磁束は左側入力コイル２８を通過して延びることから反発される。
【００２５】
従って、右側入力コイル２６を経て電流を励振することは、右側磁路１８内における永久磁石１２からの磁束の集中に対向し、この磁束の少なくともいくらかが左側磁路２０に移動されることがわかる。その一方で、左側入力コイル２８を経て電流を励振することは、左側磁路２０内における永久磁石１２からの磁束の集中に対向し、この磁束の少なくともいくらかが右側磁路１８に移動される。
【００２６】
図１の例では、入力コイル２６、２８は、永久磁石１２の磁北極の両側に配置され、永久磁石１２の磁北極から延びるコア１６の一部に沿って構成されるが、その代わりとして、入力コイル２６、２８を永久磁石１２の磁南極の両側に配置して、永久磁石１２の磁南極から延びるコア１６の一部に沿って構成し、電圧を印加されたときに永久磁石１２の磁南極に向く磁南極を有する磁場を形成するように、入力コイル２６、２８を配線することが容易にできることを理解されたい。一般に、入力コイル２６、２８は、磁北極のように、第１磁極を形成する永久磁石の端部のどちらかの側にある磁気コアに沿って構成されており、永久磁石の第１磁極に向く第１磁極の極性の磁場を形成するように配置される。
【００２７】
本発明の更に好ましいバージョンによれば、入力コイル２６、２８は、コア材料１６が飽和する程の多くの電流で励振されることはない。コア材料１６を飽和まで励振することは、対応する磁束の変化を生じずに、入力電流をその後増大させることがあるため、入力電力を浪費することがあることを意味する。このように、本発明の装置は、各磁路の両端部の一部が磁束流を遮断するように飽和まで励振される米国特許第４，０００，４０１号の装置と比較して、入力電力を効率的に使用する点について利点を備える。電磁発生装置１０においては、入力コイル２６、２８内における電流の流れの切替えは、磁路１８、２０の一方において磁束の流れを停止する一方で、他の磁路において磁束の流れを促進することを十分に必要とされない。電磁発生装置１０は、磁束パターンを変化させることによって機能する。一方の側から他方へ完全に切り替える必要はない。
【００２８】
実験は、出力コイル２９、３０内に電力を発生するための入力コイル２６、２８内における電力の使用効率の点で、入力コイルに電圧が印加されると永久磁石からの磁束が入力コイルを経て励振されるように入力コイルおよび入力コイルを励振する回路を構成する代替法よりも、この構成が優れていることを実証した。本発明のこの構成は、電圧が印加されたコイルを経て磁束が励振される、例えば米国特許第４，０７７，００１号で示されている従来の技術の方法と比較して、顕著な利点を提供する。
【００２９】
本発明の構成は、磁束が２つの交互になる磁路１８、２０の間で切り替えられ、単一入力コイル２６、２８が交互になる磁路のそれぞれを囲む米国特許第３，３６８，１４１号および第４，０７７，００１号の従来の構成に対しても利点を有する。米国特許第３，３６８，１４１号および第４，０７７，００１号の各構成は、磁路のそれぞれに２つの入力コイルを必要とする。本発明のこの利点は、ハードウエアを簡単にし、かつ電力変換の効率を増大させるという両方の点について重要である。
【００３０】
右側出力コイル２９は、調整器３４を経て励振される出力を有する整流器およびフィルタ３３に電気的に接続され、調整器３４は、電位差計３５を使用することにより調節可能である出力電圧を提供する。線形調整器３４の出力は、感知および切替え回路３６への入力として提供される。開始条件下では、感知および切替え回路３６は、切替えおよび制御回路２４を、例えば始動用蓄電池である外部電源３８に接続する。電磁発生装置１０が適切に開始された後、感知および切替え回路３６は、調整器３４から利用可能な電圧が所定のレベルに達したことを感知し、それにより、切替えおよび制御回路２４に入力される電力は、外部電源３８から調整器３４の出力に切り替えられる。この切替えが行われた後、電磁発生装置１０は、外部電力を加えられずに運転を続行する。
【００３１】
左側出力コイル３０は、整流器およびフィルタ４０に電気的に接続されており、整流器およびフィルタ４０の出力電圧が調整器４２に接続されて、調整器の出力電圧が電位差計４３によって調節される。調整器４２の出力は、外部負荷４４に接続される。
【００３２】
図２は、切替えおよび制御回路２４の第１バージョンの概略図である。発振器５０が、フリップ・フロップ５４のクロック入力を励振して、フリップ・フロップ５４のＱ出力およびＱ’出力は、入力コイル２６、２８が交互に励振されるように、ドライバ回路５６、５８を経てＦＥＴ６０、６２に給電するように接続される。本発明の好ましいバージョンによれば、ＦＥＴ６０、６２を経てコイル２６、２８に加えられる電圧Ｖは、感知および切替え回路３６の出力から得られる。
【００３３】
図３は、図２のＦＥＴ６０、６２のゲートを励振する信号を示すグラフであり、ＦＥＴ６０のゲートを励振する信号の電圧を線６４によって表し、ＦＥＴ６２を励振する信号の電圧を線６６によって表す。コイル２６、２８の両方とも、正の電圧で励振される。
【００３４】
図４は、切替えおよび制御回路２４の第２バージョンの概略図である。このバージョンでは、発振器７０がフリップ・フロップ７２のクロック入力を励振して、フリップ・フロップ７２のＱ出力およびＱ’出力が１ショット７４、７６のトリガとして作用するように接続される。１ショット７４、７６の出力は、ＦＥＴ８２、８４を励振するようにドライバ回路７８、８０を経て接続され、それにより、入力コイル２６、２８は、フリップ・フロップ７２のＱおよびＱ’の出力より短い持続期間のパルスで交互に励振される。
【００３５】
図５は、図４のＦＥＴ８２、８４のゲートを励振する信号を示すグラフであり、ＦＥＴ８２のゲートを励振する信号の電圧を線８６によって表し、ＦＥＴ８４のゲートを励振する信号の電圧を線８８によって表す。
【００３６】
再び図１を参照すると、磁束のレベルが右側磁路１８において変化しているときのみ、電力が右側出力コイル２９で発生され、磁束のレベルが左側磁路２０において変化しているときのみ、左側出力コイル３０で発生される。従って、特有の磁気発生装置の構成では、磁束の最も迅速な実際の変化を供給するパルス幅を決定し、次いで、図２の装置における発振器５０の周波数を変化させた結果、このパルス幅が図３に示す信号で供給されることによって、または、図４の１ショット７４、７６の時間定数を変化させた結果、このパルス幅がより低い発振器周波数において図５の信号で供給されることによって、このパルス幅を供給することが望ましい。このようにして、入力コイルは必要より長く放置されることはない。入力コイルのどちらかが磁束の方向を変化させるのに必要な時間期間より長く放置されるとき、電力は、対応する出力コイルにおいて電力を追加して発生せずに、入力コイル内における加熱により浪費されている。
【００３７】
電力を入力コイル２６、２８に供給するために切替えおよび制御回路を励振すると共に外部負荷４４を励振する両方の電力を発生するように、図１の発生装置１０として構築された電磁発生装置の妥当性を判定するためのいくつかの実験が行われた。この実験で使用された構成では、入力コイル２６、２８が４０巻の１８ゲージ銅ワイヤを有し、出力コイル２９、３０が４５０巻の１８ゲージ銅ワイヤを有する。永久磁石１２は、４０ｍｍの高さを有し（矢印８９の方向である磁北極と磁南極との間を１．５７５ｉｎ、矢印９０の方向である幅を２５．４ｍｍ（１．００ｉｎ）、および他の方向である深さを３８．１ｍｍ（１．５０ｉｎ））。コア１６は、矢印８９の方向において９０ｍｍ（３．５４２ｉｎ）の高さと、矢印９０の方向において１３５ｍｍ（５．３１５ｉｎ）の幅と、および７０ｍｍ（２．７５６ｉｎ）の深さとを有する。コア１６は、磁石１２を収容するように矢印８９の方向において４０ｍｍ（１．５７５ｍｍ）の高さと、矢印９０の方向において８５ｍｍ（３．３４６ｉｎ）の幅の中央孔を有する。コア１６は、２つの「Ｃ」型の半分で製作され、出力コイル２９、３０および入力コイル２６、２８の巻線をコア材料の上に収容するために、線９２において接合される。
【００３８】
コア材料は、ハニウエル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）によってＭＥＴＧＬＡＳ磁気合金２６０５ＳＡ１として販売されている薄層の鉄をベースとする磁気合金であった。磁気材料は、鉄、ネオジミウム、およびホウ素の組み合わせであった。
【００３９】
入力コイル２６、２８は、８７．５ＫＨｚの発振器周波数において励振され、この周波数は、図２に示したように構成された切替え制御回路を最適効率で使用されるように決定された。この周波数は、１１．４５マイクロ秒の周期を有している。フリップ・フロップ５４は、例えば発振器から入力されるクロック信号の縁が立ち上がる際にセットおよびリセットされるように構成されているため、ＦＥＴ６０、６２の一方を励振する各パルスは１１．４５マイクロ秒の持続期間を有し、一連のパルスも又各ＦＥＴに対して１１．４５マイクロ秒だけ分離される。
【００４０】
図６Ａ〜６Ｈは、７５ボルトで印加された入力電圧で動作中の図１および２の装置内において同時に生じる信号を示すグラフである。図６Ａは、ＦＥＴ６０を励振する第１励振信号１００を示し、右側入力コイル２６を励振するように作用する。図６Ｂは、ＦＥＴ６２を励振する第２励振信号１０２を示すと共に、左側入力コイル２８を励振するように作用する。
【００４１】
図６Ｃおよび６Ｄは、両方のＦＥＴ６０、６２を励振する電池源からの電流に関連する電圧および電流信号を示す。図６Ｃは、電圧Ｖのレベル１０４を示す。電池の通常の電圧は７５ボルトであったが、ＦＥＴ６０、６２の一方が作用するように切り替えられるたびに、崩壊過渡信号１０６がこの電圧に重ね合わされる。この過渡信号の特有のパターンは、磁気発生装置１０のいくつかの特性と同じように、電池の内部抵抗に依存する。同様に、図６Ｄは、電池源からＦＥＴ６０、６２の両方に流れ込む電流１０６を示す。信号１０４、１０６は、ＦＥＴ６０、６２の両方に流れ込む電流の作用を示すので、過渡スパイクは、１１．４５マイクロ秒離れている。
【００４２】
図６Ｅ〜６Ｈは、出力コイル２９、３０において測定された電圧レベルおよび電流レベルを示す。図６Ｅは右側出力コイル２９の電圧出力信号１０８を示し、一方、図６Ｆは左側出力コイル３０の電圧出力信号１１０を示す。例えば、右側出力コイル２９の出力電流信号１１６には、右側磁路１８を通して磁束を向けるように左側入力コイル２８の電流パルスがオンにされているときに生じる第１過渡スパイク１１２と、左側入力コイル２８がオフにされるとともに右側入力コイル２６がオンにされているときに生じる第２過渡スパイク１１４と、が含まれる。図６Ｇは、右側出力コイル２９の電流出力信号１１６を示し、一方、図６Ｈは、左側出力コイル３０の電流出力信号１１８を示す。
【００４３】
図７は、１０ｖから７５ｖまで変化する入力電圧の８つのレベルを電磁発生装置１０によって測定された出力電力を示すグラフである。発振器周波数は、８７．５ＫＨｚに維持された。測定点は、指標１２０によって表される一方で、曲線１２２は最小２乗適合を使用する多項回帰分析によって作成される。
【００４４】
図８は、図７に示した測定点のそれぞれについて、出力電力と入力電力の比として確定される性能係数を示すグラフである。各測定点において、出力電力は、入力電力よりかなり高かった。実際の電力測定値は、測定電圧および電流のレベルを使用して各データ点において計算され、その結果を信号の周期にわたって平均した。これらの測定値は、テキストロニクス（Ｔｅｘｔｒｏｎｉｃ）ＴＨＳ７３０のデジタル・オシロスコープを用いて測定されたＲＭＳ電力と一致する。
【００４５】
電磁発生装置１０は、はるかに高い電力および電流で飽和することなく運転することができた一方で、入力電圧は、使用される切替え回路の電圧制限のために、７５ボルトに限定された。当業者なら、この応用例のより高い電圧に対処することができる切替え回路の構成要素は、容易に利用可能であることを理解するであろう。実験測定データは、入力電流が１４０ｍａ、入力電力が１４ワット、結果的な出力電力が２つの出力コイル２９、３０のそれぞれについて４８ワットである１００ボルトの入力電圧、１２ｍａの平均出力電流、および４０００ボルトの平均出力電圧における運転の記述から想定された。これは、出力コイル２９、３０のそれぞれについて、性能係数が３．４４であることを意味する。
【００４６】
４０００ボルトの出力電圧が、いくつかの応用例に必要な可能性があるが、出力電圧は、電磁発生装置１０の構成を単に変更することにより、変化させることができる。出力電圧は、出力巻線の巻数を減らすことによって容易に低減される。もし、この巻数が４５０から１２に減少する場合に、出力電圧は１０６．７まで下がって、各出力コイル２９、３０の出力電流は、０．５ａｍｐに増大する結果となる。このようにして、電磁発生装置の出力電流および電圧は、出力電力を大きく変化させることなく、出力コイル２９、３０の巻数を変更することによって変化させることができると共に、入力電流によって決定される代わりに切替え過程中に往復する磁束の量を決定する。
【００４７】
性能係数は、全て１よりはるかに大きく、図８にプロットされるように出力コイル２９、３０でそれぞれ測定された出力電力レベルが入力コイル２６、２８の両方の励振に対応する入力電力レベルよりはるかに大きいことを示す。従って、電磁発生装置１０は、図１を参照して上記で論述したように、自己作動の形態で構築させることができることが明らかである。図１の例では、外部電源３８から電力を短時間加えることを除いて、電力発生過程を開始するために、入力コイル２６、２８を励振するのに必要な電力は右側出力コイル２９内で発生する電力から完全に得られる。単一出力コイル２９、３０で発生する電力が入力コイル２６、２８を十分に励振できる量より多い場合、追加の負荷１２６は、入力コイル２６、２８を励振する電力を発生させる際に、出力コイル２９内で発生する電力によって励振するのに加えられる。その一方で、出力コイル２９、３０のそれぞれを使用して、入力コイル電力要件の一部を励振することが可能であり、例えば、出力コイル２６、２８の一方の電圧ＶをＦＥＴ６０に供給する一方で（図２に示す）、他方の出力コイルがこの電圧をＦＥＴ６２に供給する。
【００４８】
熱力学の考慮事項に関して、電磁発生装置１０が動作しているとき、これは熱力学的平衡にないオープン・システムであることに留意されたい。システムは、永久磁石の磁束から静的エネルギーを受け取る。なぜならば、電磁発生装置１０が追加のエネルギー入力のない自己切替え式であるので、システムの熱力学的動作がオープン散逸システムとなり、環境から、この場合は永久磁石内に蓄積されている磁束からエネルギーを受け取って、収集して散逸させるからである。電磁発生装置１０の動作を続行することにより、永久磁石は消磁される。サマリウム・コバルト材料または鉄、ネオジミウム、およびホウ素を含む材料など、希土類元素を含む磁気材料を使用することが本発明の範囲内では好ましいが、その理由としては、そのような磁気材料は、この応用例において比較的寿命が長いからである。
【００４９】
したがって、本発明に関する電磁発生装置は、永久運動機械としてではなく、永久磁石から放出される磁束が電気に変換され、この電気が装置の給電および外部負荷の給電の両方に使用されるシステムとして見なされるべきである。これは、いくつかの燃料ロッドがエネルギーを放出し、このエネルギーが外部負荷を励振する電気を発生するためにチェーン反応の進行を維持し、かつ水を加熱するために使用される核反応器を含むシステムと同様である。
【００５０】
図９は、本発明の第１実施例の第２バージョンにより構築される電磁発生装置１３０の断面図である。この電磁発生装置１３０は、構築および動作について、この実施例の第１バージョンで構築される電磁発生装置１０と概して同様であるが、電磁発生装置１０の磁気コア１３２が、線１３４に沿って接合される２つの半分として構築されており、これにより出力コイル１３５のそれぞれをボビン１３６がコア１３２のレッグ１３７の上に配置される前に、プラスチック・ボビン１３６に巻き付けることが可能になる点が異なる。図９は、又、入力コイル１３８の代わりの配置も示している。図１の例では、入力コイル２６、２８が両方とも磁気コア１６の上方部分の上に配置され、これらのコイル２６、２８がコイル２６、２８の内端部３１、３２に磁北極を有する磁場を確立するように構成されているので、これらの磁北極は磁北極を有する永久磁石１２の端部１４に最も近い。図９の例では、第１入力コイル２６が図１を参照して上記で記述した通りであるが、第２入力コイル１３８が永久磁石１２の磁南極１４０に隣接して配置される。この入力コイル１３８は、内端部１４２において磁南極を確立するように構成されているので、したがって、入力コイル１３８がオンにされたときに、永久磁石１２からの磁束が左側磁路２０から離れて右側磁路１８の中に向く。
【００５１】
図１０および１１は、本発明の第２実施例の第１バージョンで構築される電磁発生装置１５０を示す。図１０は、その上面図であり、図１１は、その前面図である。この電磁発生装置１５０は、各コーナに位置する出力コイル１５２、１５３と、出力コイル間において各側面に沿って延びる永久磁石１５４とを含む。磁気コア１５６は、上方プレート１５８と、下方プレート１６０と、各出力コイル１５２、１５３内に延びる正方形ポスト１６２とを含む。上方プレート１５８および下方プレート１６０の両方とも、中央開口１６４を含む。
【００５２】
永久磁石１５４は、それぞれ上方プレート１５８に接しており、磁北極など同じ磁極で配向される。８つの入力コイル１６６、１６８が、出力コイル１５２、１５３と永久磁石１５４との間において、上方プレート１５８の回りの位置に配置される。各入力コイル１６６、１６８は、上方プレート１５８に隣接する磁石１５４の磁極と同じ極性の磁極を、隣接する永久磁石１５４に最も近い端部において形成するように構成される。従って、入力コイル１６６が永久磁石１５４の磁束を隣接する出力コイル１５２から偏向させるようにスイッチ・オンにされると、この磁束が出力コイル１５３を経て磁路の中に偏向される。このとき、入力コイル１６８がスイッチ・オンされると、永久磁石１５４の磁束が隣接する出力コイル１５３から偏向されて、この磁束が出力コイル１５２を経て磁路の中に偏向される。従って、入力コイルは、入力コイル１６６の第１グループおよび入力コイル１６８の第２グループを形成し、入力コイルのこれらの第１グループおよび第２グループは、単一入力コイル２６、２８について図１を参照して上記で記述した方式で、交互にエネルギーを加えられる。出力コイルは、コイル１５２内において同時に生じるパルスの第１列として電流を発生し、またコイル１５３内において同時に生じるパルスの第２列として電流を発生する。
【００５３】
従って、入力コイル１６６を介して電流を励振することにより、出力コイル１５３を経て延びるポスト１６２内における永久磁石１５４からの磁束を増大させると共に、出力コイル１５２を経て延びるポスト１６２内における永久磁石１５４からの磁束を減少させる。一方、入力コイル１６８を経て電流を励振することにより、出力コイル１５３を経て延びるポスト１６２内における永久磁石からの磁束を減少させると共に、出力コイル１５２を経て延びるポスト１６２内における永久磁石１５４からの磁束を増大させる。
【００５４】
図１０および１１の例は、入力コイル１６６、１６８の全て上方プレート１５８に沿って配置されることを示すが、これらの入力コイル１６６、１６８のあるものは、代わりとして図９に全体的に示す方式で下方プレート１６０の回りに配置することができることを理解されたい。この場合、１つの入力コイル１６６、１６８は、永久磁石１５４と、出力コイル１５２、１５３内において延びる隣接するポスト１６２との間において各磁気回路内にあり、各入力コイル１６６、１６８は、隣接する永久磁石１５４の最も近い極と同じ磁極を有する磁場を形成するように構成される。
【００５５】
図１２は、本発明における第２実施例の第２バージョン１７０の上面図である。これは、図１０および１１を参照して論述した第１バージョンと同様であるが、上方プレート１７２および同様の下方プレート（図示せず）の形状が環状であり、出力コイル１７８を経て延びる永久磁石１７４およびポスト１７６が円筒である点が異なる。入力コイル１８０は、図９および１０を参照して上記で記述したように配向され、かつ切り替えられる。
【００５６】
図１２の例は、４つの永久磁石と、４つの出力コイルと、８つの入力コイルとを示すが、上記で記述した原理を異なる数の素子を有する電磁発生装置に適用することができることを理解されたい。例えば、２つの永久磁石と、２つの出力コイルと、４つの入力コイルとを有する、若しくは、６つの永久磁石と、６つの出力コイルと、１２の入力コイルとを有するような装置を構築することができる。
【００５７】
本発明によれば、磁気コアに使用される材料は、ナノ結晶合金およびアモルファス合金を交互に有することが好ましい。材料は、積層の形態であることが好ましい。たとえば、コア材料は、コバルト−ニオビウム−ホウ素合金または鉄をベースとする磁気合金である。
【００５８】
また、本発明によれば、永久磁石の材料は、希土類元素を含むことが好ましい。例えば、永久磁石の材料は、サマリウム・コバルト材料または鉄、ネオジミウム、およびホウ素の組み合わせである。
【００５９】
本発明について、好ましいバージョンおよび実施形態についてある程度具体的に記述してきたが、この記述は、例示としてのみ与えられており、経路の組み合わせおよび配置を含めて、構造、製造、および使用法の詳細について、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、多くの変更を実施することが可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明における第１実施例の第１バージョンで構築される磁気発生装置および関連する電気回路の部分的な概略正面図である。
【図２】図１に関連する電気回路内の切替えおよび制御回路の第１バージョンの概略図である。
【図３】図２の回路内において発生する励振信号を示すグラフである。
【図４】図１に関連する電気回路内における切替えおよび制御回路の第２バージョンの概略図である。
【図５】図３の回路内で発生する励振信号を示すグラフである。
【図６】図６Ａは、図１の装置内における第１励振信号を示すグラフである。図６Ｂは、図１の装置内における第２励振信号を示すグラフである。図６Ｃは、図１の装置内における入力電圧信号を示すグラフである。図６Ｄは、図１の装置内における入力電流信号を示すグラフである。図６Ｅは、図１の装置内における第１出力電圧信号を示すグラフである。図６Ｆは、図１の装置内における第２出力電力信号を示すグラフである。図６Ｇは、図１の装置内における第１出力電流信号を示すグラフである。図６Ｈは、図１の装置内における第２出力電流信号を示すグラフである。
【図７】入力電圧の関数として、図１の装置内で測定された出力電力を示すグラフである。
【図８】入力電圧の関数として、図１の装置内の測定から計算された性能係数を示すグラフである。
【図９】本発明における第１実施例の第２バージョンの断面図である。
【図１０】本発明における第２実施例の第１バージョンにより構築される磁気発生装置の上面図である。
【図１１】図１０の磁気発生装置の正面図である。
【図１２】本発明における第２実施例の第２バージョンで構築される磁気発生装置の上面図である。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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