(57)【要約】  発電機は、少なくとも１つのコイル（８２、８４）に対して移動してコイルにおいて電気信号を生じさせる複数の相互に離間した磁石（６２、６４）を有する。好ましくは、用いられる磁石の数とコイルの数とは同じであり、それらの長さやそれらの間の間隔は等しい。連続的な磁石を相互に磁性的に反対の方向に向けることによって電力出力の著しい向上が達成され、それにより、移動軸に沿った連続的な磁石からの磁場が、磁石の間の位置において相互に打ち消しあう。
2007521785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通の軸に沿って配分された複数の相互に離間した導体と、
前記軸に沿って前記導体に対して共に移動するように配列された複数の相互に離間した磁石（６２、６４）と、
を備えており、前記磁石の少なくとも一部は前記複数の導体の磁気的な近傍において移動可能であり、前記導体に対する前記磁石の移動が前記導体において電気的信号を発生することを特徴とする発電機。
【請求項２】
請求項１記載の発電機において、前記導体はコイルを含むことを特徴とする発電機。
【請求項３】
請求項２記載の発電機において、前記磁石と前記コイルとは等しい数であることを特徴とする発電機。
【請求項４】
請求項３記載の発電機において、前記磁石と前記コイルとは前記軸に沿って実質的に等しい長さを有することを特徴とする発電機。
【請求項５】
請求項３記載の発電機において、前記磁石の間の間隔は前記コイルの間の間隔と実質的に等しいことを特徴とする発電機。
【請求項６】
請求項２記載の発電機において、前記磁石は前記コイルの内部で前記コイルに対して移動するように配列されていることを特徴とする発電機。
【請求項７】
請求項２記載の発電機において、前記磁石は前記コイルの外部で前記コイルに対して移動するように配列されていることを特徴とする発電機。
【請求項８】
請求項１記載の発電機において、前記軸に沿った連続的な磁石は相互に磁気相互に磁性が反対の方向に向けられていることを特徴とする発電機。
【請求項９】
請求項８記載の発電機において、前記磁石は類似する磁場（８）を生成し、よって、前記軸と平行な連続的な磁石からの磁場は前記磁石の間の位置では実質的に相互に打ち消しあうことを特徴とする発電機。
【請求項１０】
請求項１記載の発電機において、前記磁石は永久磁石を含むことを特徴とする発電機。
【請求項１１】
請求項１記載の発電機において、前記軸は実質的に直線状であることを特徴とする発電機。
【請求項１２】
請求項１１記載の発電機において、前記磁石は、前記軸に沿った前記導体に対して往復的な直線運動をするように構成されていることを特徴とする発電機。
【請求項１３】
請求項１記載の発電機において、前記軸は円形であることを特徴とする発電機。
【請求項１４】
請求項１記載の発電機において、前記磁石のための支持構造（６８）と、前記磁石と前記支持構造との間に低摩擦の潤滑剤を提供する磁性流体（７４、７６、７８、８０）とを更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１５】
請求項１記載の発電機において、前記磁石のための支持構造（６８）と、前記磁石と前記支持構造との間に潤滑剤を提供し０．０１未満の静摩擦係数と１０センチポアズ未満の粘性とを有する磁性流体（７４、７６、７８、８０）とを更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１６】
請求項１記載の発電機において、前記導体はその電気信号が合成されるように接続されていることを特徴とする発電機。
【請求項１７】
請求項１記載の発電機において、前記電気信号によって給電されるように接続された動作システム（８６、８８、９０、９２）を更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１８】
請求項１７記載の発電機において、前記動作システムは、電池充電器（８６、８８、９０、９２）と、セルラ電話（９８）と、環境センサ（９４）と、信号発信機（９６）と、フラッシュライト（１０４）とを備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１９】
請求項１７記載の発電機において、前記動作システムは電池で動作し、前記電池（９０、９２）は前記電気信号によって再充電されるように接続されていることを特徴とする発電機。
【請求項２０】
請求項１７記載の発電機において、前記導体は前記電気信号が前記動作システムをリアルタイムで給電するように接続されていることを特徴とする発電機。
【請求項２１】
少なくとも１つの導電性コイル（８２、８４）と、
前記少なくとも１つのコイルに対して移動するように拘束されている複数の相互に離間した磁石（６２、６４）と、
を備えており、増減する磁場が前記少なくとも１つのコイルにおいて確立され、前記磁石賀宴少なくとも１つのコイルに対して移動する際に前記少なくとも１つのコイルにおいて電流が生じることを特徴とする発電機。
【請求項２２】
請求項２１記載の発電機において、前記少なくとも１つのコイルは複数の相互に離間したコイルを含むことを特徴とする発電機。
【請求項２３】
請求項２２記載の発電機において、前記コイルと前記磁石とは共通の軸に沿って配列されていることを特徴とする発電機。
【請求項２４】
請求項２３記載の発電機において、前記コイルの長さと前記コイルの間の間隔とは前記磁石の長さと前記磁石の間の間隔とに実質的に等しいことを特徴とする発電機。
【請求項２５】
請求項２２記載の発電機において、前記コイルはその電気信号が合成されるように接続されていることを特徴とする発電機。
【請求項２６】
請求項２１記載の発電機において、前記連続的な磁石が相互に磁性が反対の方向に向けられていることを特徴とする発電機。
【請求項２７】
請求項２６記載の発電機において、前記磁石は類似する磁場（８）を生成し、よって、前記軸と平行な連続的な磁石からの磁場は前記磁石の間の位置では実質的に相互に打ち消しあうことを特徴とする発電機。
【請求項２８】
請求項２１記載の発電機において、前記磁石のための支持構造（６８）と、前記磁石と前記支持構造との間に低摩擦の潤滑剤を提供する磁性流体（７４、７６、７８、８０）とを更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項２９】
請求項２１記載の発電機において、前記磁石のための支持構造（６８）と、前記磁石と前記支持構造との間に潤滑剤を提供し０．０１未満の静摩擦係数と１０センチポアズ未満の粘性とを有する磁性流体（７４、７６、７８、８０）とを更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項３０】
請求項２１記載の発電機において、前記電気信号によって給電されるように接続された動作システム（８６、８８、９０、９２）を更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項３１】
請求項３０記載の発電機において、前記動作システムは、電池充電器（８６、８８、９０、９２）と、セルラ電話（９８）と、環境センサ（９４）と、信号発信機（９６）と、フラッシュライト（１０４）とを備えていることを特徴とする発電機。
【請求項３２】
複数の相互に離間した導体（８２、８４）の内部に磁場を確立するステップと、
前記磁場をタンデム方式に交互に増減して前記コイルに電流を生じさせるステップと、
を含むことを特徴とする発電方法。
【請求項３３】
請求項３２記載の方法において、前記磁場は非ゼロの値と実質的にゼロの値との間で交代することを特徴とする方法。
【請求項３４】
請求項３２記載の方法において、前記電流を合成するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項３５】
請求項３２記載の方法において、前記電流を用いて動作システム（８６、８８、９０、９２）を給電するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石の移動による発電に関する。
【背景技術】
【０００２】
導電性のコイルを通過して磁石を移動させると、コイルの中に電流を生じさせる起電力が誘導される。この磁石が往復運動されると、コイルの中の電流の方向はそれぞれの連続的な移動によって反転し、ＡＣ（交流）電流が生じる。
【０００３】
１又は複数のコイルを通過して磁石を往復運動させることを利用する発電システムは、複数のものが考案されてきている。例えば、米国特許第４，２６０，９０１号では、水のかたまりにおける波動運動により浮きを上下に動かし、それによって、その経路の両端に固定された１対のコイルの間を磁石を往復運動させている。米国特許第５，３４７，１８６号では、希土酸化物の磁石とコイルとを、相互に対して往復運動するように配置している。磁石を固定してコイルを磁石に対して波動作用のように上下方向に移動させる、コイルを固定して空気の圧力によって磁石をコイルに対して移動させる、コイルの筐体をジョギングをする人の身体に装着させるなどして揺らせる又は振動させコイルに対して磁石を往復運動させることなどが可能である。この米国特許の図１０Ａには、１対の磁石を磁極が相互に対向するように、傾斜したブイ（浮標）の振り子アームの対向する側面に接続して、ブイが垂直方向にあるときにはコイルがそれぞれの磁石を超えて位置するように配置されている。ブイを前後に傾斜させる波動作用に応答して、アームは、ブイに対してピボット運動することにより、交互に対向しているコイルの中に磁石が出入りして、コイルの中に電流が生じることになる。この場合、それぞれの磁石は、対応するただ１つのコイルを通過する。
【０００４】
米国特許第５，８１８，１３２号では、移動する磁石は、少なくとも２つの相互に離間したコイルのそれぞれを通過する双方向のリニア（直線状）又はほぼリニアな移動に制限され、これは、長寿命のフラッシュライト、アラーム・システム、従来型の電源が使用できない場所に配置された通信装置、歩行又は走行の間に靴の踵にかかる力など比較的高出力で反復的な力などを提供する。この米国特許の図１１Ｂは、米国特許第５，３４７，１８６号の図１０Ａと類似しており、これらの特許の発明者は同じである。この米国特許の図１５には、移動する３つの磁石が管の中に吊り下げられており、相互に及び端部の磁石に対して極性が逆に配置され、複数のコイルが、管の外側に沿って離間して配置されている。ている。コイルは、それぞれが、コイルの出力を組み合わせてネットのＤＣ（直流）出力を生じる１対の出力を有している。磁石は相互に接続されておらず、その反対の極性によって離間するように維持されている。
【０００５】
一般に、電気信号は、コイルの内部で磁場が変化する（コイルの軸に対して垂直に）ことに応答して生じる。伝統的な往復型の磁気発電機は効率が悪いのであるが、本発明の発明者らが認識しているその理由は、磁場の最大の勾配（グレイディアント）が磁石の端部近くに位置し、磁石の中央には僅かに小さな勾配しか存在しないか、又は、勾配が全く存在せず、従って、磁石がコイルを通過してもコイルの比較的小さな部分でしか有意的な発電が生じないからである。更に、任意の与えられた時刻においてほとんど又は全く勾配を有しないコイルの部分は、依然として、コイル全体のオーミック損失には寄与するのである。このようにして、コイルに対して磁石を移動させることに費やされるエネルギの多くは、有用な電気的出力を生じない。
【発明の開示】
【０００６】
本発明は、移動する磁石のエネルギのより多くの部分が電気的出力に変換されることを可能にする新規な発電システム及び方法を提供することを目的とする。この目的は、相互に離間した複数の磁石を少なくとも１つのコイルに対して、そして好ましくは複数のコイルに対して、共に移動するように制限することにより、交互に増減を繰り返す磁場が確立されコイルの中に電気信号を生じさせることによって、達成される。
【０００７】
ある特定の実施例では、共通の軸に沿った長さと間隔が実質的に等しく同数である磁石とコイルとが、用いられる。磁石が相互に磁性が対向する方向に向いていて同様の磁場を生じる場合には、軸に平行な磁場の成分は、磁石がコイルに対して移動する際に、連続する磁石の間の位置では相互に打ち消しあい、大きな磁場微分（magnetic field differentials）を生じ、結果的に高電圧の出力を生じる。ここのコイルからの出力が合成されて正味（ネット）の発電機の出力が生じる。
【０００８】
磁石は、往復運動する直線状の（リニアな）運動など、様々なタイプの運動をするように配列することができる。磁石と関連する支持構造との間に超低摩擦の境界を提供するためには、静摩擦係数が０．０１未満であり粘度が１０センチポアズ未満の磁性流体やそれ以外の潤滑剤を用いることができる。
【０００９】
この発電機は、電池充電器、セルラ電話（携帯電話）、環境センサ、信号送信機、フラッシュライトなど、様々なタイプの動作システムに給電するために用いることができる。この動作システムは、電池によって動作するものであり、発電機が電池を充電するか、又は、発電機によってリアルタイムで動作されることも可能である。
【００１０】
本発明の以上の及びそれ以外の特徴は、当業者には、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読むことによって、明らかになるはずである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
従来型の永久磁石２が図１に図解されており、Ｎ極及びＳ極はそれぞれＮ及びＳとして示されている。この磁石は、磁石の外部にありそれぞれの極に隣接する領域４及び６において最大密度を有する磁場を生じ、その様子は、図１の磁力線で示されている。磁石の軸と平行に磁石が移動する線形（リニア）発電機を用いて発電を行うためには、磁場の作用部分は、磁石の軸に平行な成分である。
【００１２】
図２ａ−２ｅは、図３と共に、磁石１２がその中を通過するコイル１０において電気信号が生じる様子を図解している。コイル回路が閉じているときには、磁石がその中を通過すると、コイルに電圧が誘導され電流が生じる。誘導された電圧はコイルを通過する軸方向における磁束全体の変化率に比例し、軸方向の磁束の全体はその方向の磁場とコイルが占める面積とをコイルの長さにわたって積分することによって計算できる。
【００１３】
図２ａでは、磁石１２は、コイル１０の左側の外部であって、その磁場の最も右側がコイルにちょうど入る位置にある様子が示されている。これは、磁石がコイルを通過する際のコイルにおける電圧をトレースしている図３における領域１４に対応する。この地点では、電圧は、ほんの僅かに生じているか、又は、まったく生じていない。
【００１４】
図２ｂでは、磁石は右方向に移動しているが、まだこの位置では一部がコイルの外側にある。磁石がこの位置まで移動するにつれて、コイル内部における軸方向のネット（正味）の磁束ベクトルは電圧を誘導するように変化し、誘導される電圧は磁束の増加速度が最大になる位置で最大値をとる（図３の１６）。その後では、磁石が右方向への移動を続けて図２ｃに示されたコイルの中央位置に至ると、磁石の対向する両端でのコイル内の磁束の変化率が相互に打ち消しあうため、生じた電圧は降下してゼロになる（図３の１８）。磁石が右方向への移動を続け、図２ｄに図解されているように磁石が一部がコイルの内部にあり一部がコイルの右側外部に出ている位置に至ると、生じる電圧は負の値である最小値２０まで降下する。この位置は、磁束の変化率の最大値に対応するが、ベクトルの向きは、図２ｂに示されている位置の場合とは逆である。最後に、磁石がコイルからその右側に出て図２ｅに示されている位置まで移動を続けると、磁束が完全にコイルから取り除かれた時点で、生じる電圧はゼロに戻る（図３の２２）。
【００１５】
このタイプのリニア発電機からの出力電力Ｐは、Ｖを誘導電圧、Ｒをコイルの抵抗値として、Ｐ＝Ｖ２／Ｒという関係式に従う。しかし、ここで説明した発電機は、比較的効率が悪い。その理由は、磁束において有意の軸方向の微分を生じない磁石の断面の上にあるコイルの部分が、誘導電圧への寄与は十分でないにもかかわらず、コイルのオーミック損失には依然として寄与するからであり、また、磁石のこの断面を移動させるのと、有意の磁束微分を有する同じ重さの別の断面を移動させるのと、同じ電力入力が必要になるからである。
【００１６】
出願人らは、複数の磁石を相互に結合し、それらの磁石を複数のコイルの中を通過してタンデム（縦方向）に移動させ、磁石の移動と平行な時間に関するネットの磁束微分を増加させることによって、この問題に対処する。この新規なアプローチの１つの実現例が、図４ａ−４ｃに図解されている。この例では、単純化のために、２つの磁石と２つのコイルだけが示されている。主たる制約条件は空間的な制限であるが、通常は、より多くを用いるのが望ましい。図４ａには、それぞれの長さが図２ａ−２ｅでの１つの磁石１２の半分である１対の磁石２４ａ及び２４ｂが、２つのコイル２６ａ及び２６ｂを通過して移動し始める様子が示されている。ここで、コイル２６ａ及び２６ｂは、それぞれ、図２ａ−２ｅにおける１つのコイル１０と比較すると、巻数及び長さが半分である。磁石２４ａ及び２４ｂは、その対向する両端にこれら２つの磁石が接着されている非磁性的なロッド（棒）２８などを用いて相互に固定されている。ただし、多くのこれ以外の機械的な結合を用いることができる。磁石とコイルとは、好ましくは、長さが等しく、等しいギャップによって分離されている。望むのであれば、長さと分離の間隔とは等しくないことも可能であるが、その場合には、ここのコイルの出力が加算されそれらの誘導電圧が相互に同相でなければ、全体的な出力が低下する。
【００１７】
２つの磁石２４ａ及び２４ｂは、分極矢印３０ａ及び３０ｂによって指示されているように、Ｎ極が右側端部でＳ極が左側端部と、分極方向が同じである様子が示されている。図４ａでは、磁石がコイル２６ａ及び２６ｂの左側にあってちょうど電圧が誘導され始める位置が示され、図４ｂでは、２つの磁石がコイルに対して整列した中央の位置にある様子が示され、図４ｃでは、２つの磁石が共にコイルの右側外部にあり生じた電圧がゼロにある位置が示されている。
【００１８】
図５には、離間した状態で結合され分極方向が同じ５つの磁石が１つのコイルを通過した場合にそのコイルに誘導される電圧が示されている。図３をプロットする際には、直径が２．５４ｃｍで長さが２．７９ｃｍの単一のセラミック製磁石であって、その磁石における磁気の強さが約９７５ガウスである磁石が、直径が４．４５ｃｍのコイルと共に用いられ、図５のプロットを得るためには、それぞれが同様の磁石と１つの同様のコイルとが用いられ、連続する磁石の間のギャップは２．５４ｃｍであった。極性の向きが同じである５つの磁石が、グラフの下側にある５つの箱３２で概念的に示されており、それぞれの磁気分極矢印３４は同じ方向を向いている。
【００１９】
結合された５つの磁石は、コイルを通過する際に、５つの正の及び５つの負の交代するピーク電圧を生じ、端部の電圧３６及び３８の絶対値は図３で得られたピークに相当し、中間にある複数のピークはより小さな絶対値を有している。
【００２０】
磁石の中の１つがコイルを超えて移動した場合でも、コイルの中に残る磁束の存在のために、全体の電力出力は抑制されると考えられる。これは、同じ分極ベクトルを有する連続的な磁石の結果であり、よって、磁石の間の軸に沿った方向では、１つの磁石のＳ極端部に入る磁束は、次の磁石のＮ極を出る磁束と同じ方向を有する。これら２つの磁石からの軸に平行な磁束成分はこの領域では加法的であるから、これらの磁石の間の軸に沿って非ゼロの磁束が生じ、これが、磁石がコイルを通過する際の全体の磁束微分を減少させ、従って、誘導されうる電圧を制限する。
【００２１】
この制限は、連続する磁石を相互に磁気的に逆の、分極の対向する方向に向けることによる本発明の別の実施例に従って克服される。そのようなシステムが図６ａ−６ｃに図解されているが、今回も２つの磁石及び２つのコイルだけの単純化された態様で示されている。これらの図での磁石４０ａ及び４０ｂは、図４ａ−４ｃの磁石２４ａ及び２４ｂと類似しているが、極性を示す矢印４２ａ及び４２ｂが対向していることで示されているように、磁性の方向が対向している。上述した場合と同じく、２つの磁石は、その対向する端部で非磁気的なロッド４４を用いて接着されていることにより、タンデム状に移動するように結合されている。図４ａ−４ｃのコイル２６ａ及び２６ｂに相当する１対のコイル４６ａ及び４６ｂが提供され、今回もやはり、長さと相互の間の間隔は磁石の場合と等しいことが好ましい。結合された磁石がコイルの一方から他方を通過しての順に移動する様子は、図６ａ−６ｃに示されている。
【００２２】
図７ａは、図５のトレースを生成するのに用いられたのと同様の５磁石型のシステムを用いて生成された電圧のトレースであるが、これらの５つの磁石は、連続する分極ベクトル５０の対向する向きで示される磁石のシンボル４８が指示しているように、相互の磁性方向が連続的に対向するようになっている。磁性方向がすべて同じ方向にある場合に５つの正の電圧ピークと５つの負の電圧ピークとが得られるのとは異なり、３つの正の電圧ピークと３つの負の電圧ピークとだけが得られている。左右の端にある電圧ピーク５２及び５４は、その大きさが、図５の磁性方向が共通のシステムでの最大の端部電圧ピークに相当する。しかし、中間のピークは、図５の場合よりも小さくはなく、より高い電圧レベルを示している。これは、連続する磁石の間の軸方向の磁束が対向する分極のために実質的にゼロに「リセット」され、磁石の間に残存磁束が残る磁性方向が共通の場合よりも、磁石がコイルを通過する際により大きな磁束微分を生じるからであると考えられる。２つの端部のピーク５２及び５４は最初のコイルに入る先頭の磁石と最後のコイルを出る最終の磁石とに対応し、他方で、中間にある４つのピークは連続する５つの磁石の間の４つの磁束リセット位置の結果である。図７ａのシステムに対する最大電圧の値は図３及び図５のシステムの最大電圧をわずかに超えるだけであるが、出力電力は、電圧の２乗に従うことの結果として、著しくより大きな出力電力が生じるのである。
【００２３】
図７ｂは、図７ａと同じシステムに対して得られた電圧出力を示しているが、連続する磁石の間のギャップを半分の１．２７ｃｍまで縮小した場合である。更に高い電圧レベルとそれに対応してより大きな電力出力が得られた。
【００２４】
連続する磁石の磁性方向を対向するように配列することで追加的に得られる効果は、図７ｂと同じシステムであるが連続する２つの磁石５６及び５８の磁性方向の極性ベクトルが異なるのではなく同じになっている図８において、劇的に図解されている。図７ｂの場合に匹敵する結果が得られているが、中間のピーク６０は２つの分極が共通の磁石の間の面積に対応し、著しく低い値になっている。
【００２５】
分極の極性を対向させ磁石の数をより多くしてタンデム状に移動させる結果として得られる効果が図９に示されている。図９では、相対的な電力出力が、様々なシステムに対する磁石の数の関数としてプロットされている。それぞれのシステムでは、図３、５、７ａ、７ｂ及び８の場合と等しい数の磁石と同じタイプのコイルとを用いた。結果のいくつかは測定され（測定）、いくつかは計算された（計算）。図に示されているように、磁石及びコイルの間のギャップとしては１．２７ｃｍ及び２．５４ｃｍの両方が分極が対向している磁石（逆）に対して用いられ、磁石の磁性方向が共通又は平行（平行）なシステムと、そして、更に、同じ数の磁石が共通の方向で相互の間にギャップがない態様で用いられる「シングル・スタック」の場合と比較されている。単一磁石及び単一コイルの電力出力を基準として用いて、約３７及び３３の相対的な電力出力が、５つの磁石を用いてギャップがそれぞれ１．２７ｃｍ及び２．５４ｃｍであり分極方向が対向しているシステムに対して測定され、他方で、約５７及び５２の相対的な電力出力が同じシステムではあるがそれぞれ６つの磁石を用いたシステムについて計算された。このようにして、分極方向を対向させ多くの磁石及びコイルを追加したシステムでは、ハードウェアを追加した場合と比較してはるかに多く電力出力を増加させることが見いだされた。
【００２６】
本発明は、多くの応用例を有しており、静止したコイルに対して磁石を移動させる場合や、静止した磁石に対してコイルを移動させる場合や、又はその両方の場合に用いることができる。後者の場合の相互システムが、遠隔送信能力を有するバッテリ給電式の環境センサとして、図１０に図解されている。１対の永久磁石６２及び６４がタンデム状に移動するように磁気ロッド６６によって相互に結合され、磁石は磁性方向が相互に逆に向けられている。磁石は、非磁性支持構造６８の中に配置され、中空の管の対向する両端に端部磁石７０及び７２が隣接する可動磁石６２及び６４のそれぞれとは軸方向の極が逆になるように図解されている。相互に面している移動及び端部磁石の端部は、同じ磁極であるから、移動磁石の運動エネルギは、それが端部磁石に近づくにつれて位置エネルギに変換され、端部磁石から反発されるにつれて運動エネルギに戻る。磁石は、好ましくは、磁性流体などの潤滑剤の助けを用いて管に沿って移動する。磁性流体とは、液体キャリアの中に分散された微細に分割された磁性又は磁化可能な粒子の分散状態である。磁性流体の準備に関係する特許の概要は、米国特許第６，０５６，８８９号において提供されている。
【００２７】
管状の包囲物（tube enclosure）の内部の磁性流体は、当然、磁石６２及び６４の極に引き寄せられそれぞれの磁石の端部の極の周囲にビーズ７４、７６及び７８、８０を形成する。これにより、水平方向からの管の傾斜や水平方向の管の移動に応答して磁石６２及び６４が管の中で自由に移動することを可能にする超低摩擦の潤滑剤が得られる。
【００２８】
典型的には銅である１対の導電性コイル８２及び８４が管の周囲に巻かれ、磁石６２及び６４と同じ距離だけ分離される。管に対する磁石の移動は、既に説明した通り、コイルに電流を生じさせる。結合された磁石６２及び６４は、端部磁石７０及び７２の間で左右に往復運動して、コイル８２及び８４においてＡＣ（交流）電流を生じさせる。図１０に図解されている実施例では、電流とコイル８２及び８４とは、それぞれ、ブリッジ整流器８６及び８８によって整流され、電池９０及び９２がそれぞれ充電される。これらの電池は相互に接続されて、温度、圧力、気体、放射線などの１又は複数の環境条件を感知することができる環境センサ９４のための電源を提供する。遠隔位置でこのセンサを確立するには、送信機９６を用いて感知された条件に関する情報を送信し、この送信機は電池９０及び９２によって給電され動作するように構成する。あるいは、電池９０及び９２を用いることなく、センサ９４及び送信機９６を、直接にコイル８２及び８４又はブリッジ回路８６及び８８の出力から直接にリアルタイムで動作するようにも構成できる。
【００２９】
本発明のセルラ電話、フラッシュライト、浮遊装置への応用例が図１１、１２及び１３にそれぞれ示されている。図１１は、人のシャツのポケットやベルトクリップに配置することができるセルラ電話９８を示している。図１０に図解されているような発電機／電池充電器１００が、セルラ電話９８の内部に配置され、電話機がユーザのシャツのポケットの中に立てられた状態で配置されているか又はベルトクリップに保持されているときに、ほぼ水平方向になっている。歩行したり食事をしたりという通常の活動によって電話機が僅かに移動することにより、発電機の内部の磁石が往復運動をして、電話機を動作させるための内部電池を充電する。
【００３０】
図１２は、ハンドヘルド型のフラッシュライト（懐中電灯）へ本発明を応用する例を図解している。上述したように結合された磁石、コイル及び端部磁石を管に内部に配置して構成される発電機１０２が、フラッシュライトの筐体１０４の内部に提供され、電球１０６が、一端で電球接点１０８に保持され、ネジ式に取外して電球にアクセスすることができる透明板１１０を通して光を発する。既に述べた他の実施例の場合と同じように、発電機１０２は、ブリッジ回路１１２によって整流され電球接点１０８と回路により接続された電池１１４を充電するＡＣ出力を与える。この場合にも、フラッシュライトのリアルタイムでの動作を望む場合には電池を取り除くことが可能であるし、本発明の任意の応用例で、ＡＣ信号から直接に動作させることを望むのであれば、ブリッジ回路を取り除くことも可能である。
【００３１】
波状の作用によって動作される発電機に本発明を応用する例が図１３に示されている。このシステムは、緊急用の送信機、水中ケーブルのための中継局、又は、他の場合には入手不可能な電源が必要なそれ以外の海洋での応用例に給電する際に有用である。図解されている実施例では、発電機は、水１１８の上に浮遊している浮遊リング１１６の形態で提供されている。このリングは、管状でありタンデム状に移動するように相互に結合された複数の磁石１２０、１２２、１２４を包囲しており、連続的な磁石の極の方向は相互に対向するように向けられている。オプションとして端部磁石１２６及び１２８を設けることも可能であり、あるいは、可動磁石１２０、１２２、１２４がリングの内部を妨害なく自由に移動するように構成することも可能である。図面を単純化するためにコイルは図示されていないが、移動する磁石の経路に沿って配分され、長さ及び間隔は磁石の場合と等しいのが好ましい。関連する整流回路、電池及び動作システム（図示せず）も提供することが可能であり、関連の装置は、磁石の移動に応答して生じる電気信号によって動作する。このリングは、空中に保持されるように構成して風の作用によって動作させることも可能である。
【００３２】
本発明の発電機の物理的な構成に関しては、多くの異なる変更が可能である。例えば、図１４は、結合された磁石がコイルの内部ではなくて外部に配置されている場合を示している。環状に構成された複数の磁石１３０、１３２、１３４が、非磁性的な支柱１３６によって結合され、対応するコイル１３８、１４０、１４２の上を移動する。コイルはその断面が示されている。コイルは、その上を磁石がスライドする非磁性的な主軸の内部に巻き、相互に接続して集積された出力を提供するように構成できる。
【００３３】
本発明のための好適な磁性流体の潤滑剤は、実質的に１０センチポアズ（ｃｐ）未満であり、実際には２ｃｐ未満の粘度を有し、０．０００８−０．００１２の範囲にある極めて低い静摩擦係数を達成する。この及びそれ以外の適切な磁性流体の構成は、”Electrical Generator with Ferrofluid Gearings”と題する２００２年２月１９日に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・ライセンシング（Innovative Technology Licensing, LLC）に譲渡された同時継続中の米国出願１０／０７８，７２４号において論じられている。この米国特許出願の内容は、本出願において、援用する。
【００３４】
この構成は、米国フェロテック社（Ferrotec Corporation）のＥＦＨ１ライト・ミネラル・オイル（EFH1 light mineral oil）磁性流体１に対して、イソパラフィン酸を２から４の割合で２４時間の間攪拌した混合物で構成される。イソパラフィン酸の適切なソースは、エクソン・モービル・ケミカル社（Exxon Mobil Chemical Corp）のイソパー（Isopar）６及びイソパーＭ炭化水素流体である。希釈されていないＥＦＨ１磁性流体を用いて非常に低い摩擦を達成することもできるし、水ベースの磁性流体であり静摩擦係数が約０．０１で粘性が約５ｃｐであるフェロテック社のＥＭＧ８０５などの、静摩擦係数が約０．０２までの他の磁性流体を用いることもできる。
【００３５】
本発明の複数の実施例を以上で示して説明したが、当業者であれば、多くの変更や別の実施例を想到することができる。従って、本発明は、冒頭の特許請求の範囲の記載によってのみ画定される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来型の永久磁石の平面図であり、関連する磁力線を図解している。
【図２】図２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ及び２ｅは、磁石がコイルの中を移動する際のシーケンシャルな段階を示す単純化された断面図である。
【図３】図２ａ−２ｅの磁石の移動から生じる電圧出力を図解するグラフである。
【図４】図４ａ、４ｂ及び４ｃは、共通の磁気分極を伴い相互に結合され本発明により１対のコイルの中を移動する１対の磁石のシーケンシャルな移動を図解する断面図である。
【図５】図４ａ−４ｃの磁石の移動によって生じる電圧出力を図解するグラフである。
【図６】図６ａ、６ｂ及び６ｃは、磁気的に反対に相互に結合され１対のコイルの中を移動する１対の磁石のシーケンシャルな移動を図解する断面図である。
【図７】図７ａ及び７ｂは、磁石とコイルとの間の２つの異なる間隔に対し、図６ａ−６ｃの磁石の移動によって生じる電圧出力を図解するグラフである。
【図８】共通の分極と磁気的反発とが混合しており対応する数のコイルの中を５つの磁石が移動することにより生じる電圧出力を図解するグラフである。
【図９】用いられる磁石の数の関数として、複数の異なる移動する磁石の構成によって生じる相対的な電力出力を図解するグラフである。
【図１０】本発明による発電機によって給電される電池充電器を伴う環境センサ／送信機の回路図である。
【図１１】本発明によって給電されるセルラ電話の分解図である。
【図１２】本発明によって給電されるフラッシュライトの分解図である。
【図１３】本発明によって給電される浮遊装置の分解図である。
【図１４】本発明の別の実施例の断面図であり、磁石がコイルを包囲している。
【図１】
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【図３】
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【図５】
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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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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年5月2日(2006.5.2)
【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】
相互に離間した複数の導体（８２、８４）と、
前記導体に対して共に移動するように配列された相互に離間した複数の磁石（６２、６４）と、
を備えており、前記磁石の少なくとも一部は前記複数の導体の磁気的な近傍において移動可能であり、前記導体に対する前記磁石の移動は、前記導体において電気的信号を生じさせることを特徴とする発電機。
【請求項２】
請求項１記載の発電機において、前記導体はコイルを含むことを特徴とする発電機。
【請求項３】
請求項２記載の発電機において、前記コイルと前記磁石とは共通の軸に沿って配列されていることを特徴とする発電機。
【請求項４】
請求項２記載の発電機において、前記磁石と前記コイルとは同数であることを特徴とする発電機。
【請求項５】
請求項４記載の発電機において、前記磁石と前記コイルとは実質的に等しい長さを有することを特徴とする発電機。
【請求項６】
請求項１記載の発電機において、連続的な磁石は相互に磁性が反対の方向に向けられていることを特徴とする発電機。
【請求項７】
請求項１記載の発電機において、前記磁石のための支持構造（６８）と、前記磁石と前記支持構造との間に低摩擦の潤滑剤を提供する磁性流体（７４、７６、７８、８０）とを更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項８】
請求項１記載の発電機において、前記磁石のための支持構造（６８）と、前記磁石と前記支持構造との間にあり０．０１未満の静摩擦係数と１０センチポアズ未満の粘性とを有する潤滑剤（７４、７６、７８、８０）と、を更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項９】
請求項１記載の発電機において、前記導体はその電気信号が合成されるように接続されていることを特徴とする発電機。
【請求項１０】
請求項１記載の発電機において、前記電気信号によって給電されるように接続された動作システム（８６、８８、９０、９２）を更に備えていることを特徴とする発電機。
【請求項１１】
請求項１０記載の発電機において、前記動作システムは電池で動作され、前記電池（９０、９２）は前記電気信号によって再充電されるように接続されていることを特徴とする発電機。
【請求項１２】
相互に離間した複数の導体（８２、８４）の内部に磁場（８）を確立するステップと、
前記磁場をタンデム方式に交互に増減して前記コイルに電流を生じさせるステップと、
を含むことを特徴とする発電方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の方法において、前記磁場は非ゼロの値と実質的にゼロの値との間で交代することを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２記載の方法において、前記電流を合成するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１２記載の方法において、前記電流を用いて動作システム（８６、８８、９０、９２）を給電するステップを更に含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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