(57)【要約】水域に置かれることを意図されたフロートと支柱との間の過剰な運動を阻止するための磁気ブレーキ・システムであって、水域にある波に応じてフロートと支柱が互いに相対して移動する。このブレーキ・システムはフロートと支柱のうちの一方に装着されて取り付けられた永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）およびフロートと支柱のうちの他方に装着されて取り付けられたコイル・アセンブリ（または導電性プレート）を有する。このブレーキ・システムは、支柱に相対したフロートの移動が予め決められた動作範囲を越えるとフロートと支柱との間の運動が制限されるように装着される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気的ブレーキを備えた波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）であって、
水域に置かれるように意図され、前記水域にある波に応じて互いに相対して移動するフロートおよび支柱と、
前記支柱とフロートのうちの一方に装着された永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）、および前記支柱とフロートのうちの他方に装着されたインダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）であって、前記フロートおよび支柱に装着された前記ＰＭＡと前記ＩＣＡが所定の動作範囲の中で互いに相対して移動し、それによって前記フロートと支柱の相対的移動が電気エネルギーへと変換されるときに前記インダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）を横切って電圧を生じさせるＰＭＡおよびＩＣＡと、
使える状態の電力発生範囲の外側である前記ＩＣＡよりも上または下に前記ＰＭＡが移動すると前記フロートに相対した前記支柱の移動を阻止するために前記インダクション・コイル・アセンブリの上および下に装着された磁気装置とを有するＷＥＣ。
【請求項２】
前記磁気装置が、前記ＩＣＡよりも上に装着された第１の導電性金属プレートであって前記支柱に相対した前記フロートの前記動作範囲を越える移動を阻止する性質の前記第１のプレートの近辺に前記ＰＭＡが来ると前記ＰＭＡと前記第１のプレートとの間に磁場を発生させるためのプレートと、前記ＩＣＡよりも下に装着された第２の導電性金属プレートであって前記支柱に相対した前記フロートの前記動作範囲を越える移動を阻止する性質の前記第２のプレートの近辺に前記ＰＭＡが来ると前記ＰＭＡと前記第２のプレートとの間に磁場を発生させるためのプレートとを有する、請求項１に記載のＷＥＣ。
【請求項３】
前記磁気装置が、前記ＩＣＡよりも上に装着された第１のブレーキ用コイル・アセンブリであって前記ＰＭＡと、前記ＰＭＡが前記第１のブレーキ用コイル・アセンブリの近辺に来ると前記フロートに相対した前記支柱の移動を阻止する性質の前記第１のブレーキ用コイル・アセンブリとの間に大きな磁場を発生させるためのアセンブリと、前記ＩＣＡよりも下に装着された第２のブレーキ用コイル・アセンブリであって前記ＰＭＡと、前記ＰＭＡが前記第２のブレーキ用コイル・アセンブリの近辺に来ると前記フロートに相対した前記支柱の移動を阻止する性質の前記第２のブレーキ用コイル・アセンブリとの間に大きな磁場を発生させるためのアセンブリとを有する、請求項１に記載のＷＥＣ。
【請求項４】
前記ＰＭＡが前記支柱とフロートのうちの一方に装着され、前記ＩＣＡが前記支柱とフロートのうちの他方に装着され、前記支柱が前記フロートに相対して上下に移動することが可能である、請求項１に記載のＷＥＣ。
【請求項５】
前記支柱が静止型であり、前記フロートが前記支柱に相対して上下に移動する、請求項１に記載のＷＥＣ。
【請求項６】
前記支柱および前記フロートが両方共に互いに相対して移動することが可能である、請求項１に記載のＷＥＣ。
【請求項７】
前記フロートが静止型であり、前記支柱が前記フロートに相対して上下に移動する、請求項１に記載のＷＥＣ。
【請求項８】
選択的に有効化されるスイッチが、前記ブレーキ用コイル・アセンブリを選択的に回路短絡するために各々のブレーキ用コイル・アセンブリを横切って接続される、請求項３に記載のＷＥＣ。
【請求項９】
前記ＰＭＡおよび前記ＩＣＡの少なくとも一方の位置を感知することで前記ブレーキ用コイルを横切って接続された前記選択的に有効化されるスイッチのオン切り換えとオフ切り換えを制御するための手段を有する、請求項８に記載のＷＥＣ。
【請求項１０】
前記ブレーキ用コイル・アセンブリが回路短絡される、請求項３に記載のＷＥＣ。
【請求項１１】
波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）であって、
水域に置かれるように意図され、前記水域にある波に応じて互いに相対して移動するフロートおよび支柱と、
前記支柱とフロートのうちの或る区分に取り付けられた永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）および前記支柱とフロートのうちの他方の第１の区分に取り付けられた第１のコイル・アセンブリであって、前記フロートおよび支柱が所定の動作範囲の中で互いに相対して移動すると前記第１のコイル・アセンブリを横切って電圧を生じさせるように磁気的に結合させられるこれらのアセンブリと、
前記支柱とフロートのうちの他方の前記第１の区分よりも上に装着された第２のコイル・アセンブリおよび前記第１の区分よりも下に装着された第３のコイル・アセンブリとを有し、前記第２および第３のコイル・アセンブリが、前記動作範囲を越えて前記ＰＭＡが前記第１の区分よりも上または下に移動すると前記フロートに相対した前記支柱の移動を阻止するように前記ＰＭＡと相互作用するＷＥＣ。
【請求項１２】
第１の通常開のスイッチが前記第２のコイル・アセンブリを横切って接続され、前記第２のコイル・アセンブリの近辺に来るように前記ＰＭＡが移動すると前記第２のコイル・アセンブリを横切って回路短絡を加えるように前記スイッチが選択的に閉じられ、第２の通常開のスイッチが前記第３のコイル・アセンブリを横切って接続され、前記第３のコイル・アセンブリの近辺に来るように前記ＰＭＡが移動すると前記第３のコイル・アセンブリを横切って回路短絡を加えるように前記スイッチが選択的に閉じられる、請求項１１に記載のＷＥＣ。
【請求項１３】
前記ＰＭＡが前記支柱に装着され、前記コイル・アセンブリが前記フロートに装着される、請求項１２に記載のＷＥＣ。
【請求項１４】
前記ＰＭＡが前記フロートに装着され、前記コイル・アセンブリが前記支柱に装着される、請求項１２に記載のＷＥＣ。
【請求項１５】
加えられる外部の力に応じて互いに相対して移動するように意図されたフロートおよび支柱と、
前記フロートと前記支柱との間の移動に応答して、それらが動作範囲の中で移動する限りそれらの相対的運動を電気エネルギーへと変換するために前記フロートと前記支柱との間に接続されたパワー・テイクオフ（ＰＴＯ）装置と、
前記動作範囲の外側での前記フロートと支柱との間の相対的運動を制限するための手段とを有する組合せであって、前記制限手段が前記支柱とフロートのうちの一方に取り付けられた永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）および前記支柱とフロートのうちの他方に取り付けられたブレーキ用コイル・アセンブリ（ＢＣＡ）を有することにより、前記ＰＭＡおよび前記ＢＣＡが近接すると前記ＢＣＡを横切って電圧を生じさせ、それにより、前記動作範囲の外側での前記支柱に相対した前記フロートの運動に対抗する電磁力が作り出される組合せ。
【請求項１６】
前記ＰＴＯがリニア発電機である、請求項１５に記載の組合せ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その教示が本願明細書に参照で組み入れられる２００４年３月１６日に提出された「Ｗａｖｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ（ＷＥＣｓ）ｗｉｔｈ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒｓ（ＬＥＧｓ）」という表題の米国仮特許出願番号６０／５５３，６６６号から優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）の選択された構成要素の間の過剰な運動を阻止するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
知られている波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）は２つの基本的な構成要素を含み、それらは水域に置かれると、海洋（海）の波の運動に応答して互いに相対的に移動するように設計される。これら２つの構成要素のうちの一方は「フロート」（または外郭構造）として示されることが可能であり、２つの構成要素のうちの他方は「支柱」（シャフトまたはスパー）として示されることが可能である。これら２つの構成要素の間にはそれらの相対的運動を電気エネルギーに変換するためにパワー・テイクオフ（ＰＴＯ）装置が接続される。
【０００４】
出願人らによって直面される問題は、図１を参照し、波の運動に応答してフロート１０が支柱１２に沿って上下に移動すると仮定することによって、および波に起因する力が大幅に変化する可能性が高いことに留意することによって説明されることが可能である。例えば波の力は、支柱に相対したフロートの移動が望ましい「動作範囲」を越えることが可能となり、かつもしも阻止されなければ支柱からのフロートの分離を引き起こす可能性が高くなるような大きさ（例えば荒天時）になることが可能である。すなわち、フロートは支柱から取り外されるか、または引き裂かれる可能性が高い。したがって、支柱に相対したフロートの移動を予め決められた動作範囲に制限することが望ましく、かつ／または必要である。海および海洋に頻繁に（例えば荒天時に）存在する極端な力に起因して起こる可能性の高い過剰な運動（および見込まれる分離）の可能性を削減する動作範囲を越えた移動を制限することが望ましく、かつ／または必要である。
【特許文献１】米国仮特許出願番号６０／５５３，６６６号
【特許文献２】米国特許出願番号１１／０３５，３２３号
【特許文献３】米国特許出願番号１１／０３０，９３２号
【特許文献４】米国特許出願番号１１／０３０，９３３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この問題を回避するために、先行技術は様々な油圧および機械的システム（例えばバネおよび／または緩衝器）に頼って過剰な運動を停止させ、阻止する。機械的停止を使用する先行技術のシステムの範例が図１に示されており、それは、外郭構造１０と中央の支柱１２との間にパワー・テイクオフ（ＰＴＯ）装置が接続され、外郭構造１０がシャフト・ヘッド８０３に相対して或るレベルよりも上に進むことおよびシャフト・ヘッドに相対して或るレベルよりも下に進むことを防止するために機械的緩衝手段８０１ａ、８０１ｂ、８０１ｃ、および８０１ｄが使用される機械的緩衝システムを例示している。このタイプのシステムでは、停止部８０１ａ、ｂ、ｃ、およびｄに加えられる過剰な力が存在する可能性が高い。機械的停止部および／または緩衝器の信頼性は、コストが原因で、かつそれらが損耗、およびそれらに加えられる力に起因する崩壊に晒されるので概して充分ではない。図１では停止部および／または緩衝器が示されているが、しかし油圧および／または他の機械的システムにも同様の問題が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によると、過剰な運動の問題は、外郭構造および支柱が互いに相対して或る点を越えて移動するときにそれらの間の運動にブレーキをかけ、かつ／または鈍らせるために電磁気学的手段を使用することによって軽減される。
【０００７】
本発明を具現化する波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）システムは、ＷＥＣの２つの基本的構成要素間の過剰な運動を防止するための磁気的なブレーキ用システムを有する。ＷＥＣは海洋のような水域に置かれると海洋（海）の波の運動に応答して互いに相対して動く２つの構成要素を有する。これら２つの基本的構成要素のうちの一方はフロート（もしくは外郭構造）であり、２つの基本的構成要素のうちの他方は支柱（シャフトもしくはスパー）である。パワー・テイクオフ装置（ＰＴＯ）がこれら２つの構成要素の間に接続されることによって、支柱とフロートが予め決められた動作範囲の中で互いに相対して動く限りこれらの相対的運動を電気エネルギーへと変換する。予め決められた動作範囲が越えられるときに支柱に相対したフロートの運動を阻止する「ブレーキ用」システムを形成するために、本発明を具現化する電磁気的ブレーキ用システムはフロートと支柱のうちの一方に取り付けられた永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）、およびフロートと支柱のうちの他方に取り付けられたインダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）または金属プレートを有する。この「ブレーキ用」システムの部品は、シャフトと支柱が動作範囲内のＰＴＯの動作に影響を与えず（または無視し得る程度の影響しか与えず）、その一方で動作範囲を越える移動を制限するようにそれらに沿って位置決めされる。
【０００８】
本発明の実施形態では、ＰＴＯ装置はリニア発電機（ＬＥＧ）であって、それはＷＥＣのフロートと支柱のうちの一方に取り付けられた永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）、およびＷＥＣのフロートと支柱のうちの他方に取り付けられたインダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）を有する。シャフトと外郭構造が予め決められた動作範囲内で互いに相対して動く限り、ＰＭＡがＩＣＡの上を通るときにＩＣＡを横切って電圧が作り出される。この電圧が捕捉されてＷＥＣの有用な電力を供給する。シャフトと外郭構造の移動が動作範囲を越えると、ＰＴＯのＰＭＡ（またはＩＣＡ）は電磁気的ブレーキ用システムの一部として使用されることが可能である。ＬＥＧを使用する本発明の実施形態では、第１および第２の「ブレーキ用」コイル・アセンブリ（または第１および第２の銅板）がＩＣＡとして同じＷＥＣ構成要素に取り付けられることが可能である。第１のブレーキ用コイル・アセンブリはＰＴＯのＩＣＡの上に配置され、第２の「ブレーキ用」コイル・アセンブリはＰＴＯのＩＣＡの下に配置される。
【０００９】
第１および第２のブレーキ用コイル・アセンブリは外郭構造とシャフトが動作範囲を越えて移動してＰＭＡがブレーキ用コイル・アセンブリの物理的関与範囲の中に入ると選択的に（または自動的に）回路短絡されることが可能である。ＰＭＡが「ブレーキ用」コイルの反対側を通過するときにコイルを短絡させることにより、コイル・アセンブリの中に大電流が作り出されてＰＭＡの運動に対抗する強い磁場を作り出す。その後、この強い磁場はブレーキのように作用し、ＰＭＡおよびそれがコイル・アセンブリの取り付けられる外郭構造（またはシャフト）に相対して装着される支柱（またはフロート）の移動を停止させない場合でも緩やかにする。
【００１０】
ブレーキ用コイルをそれに接続された選択的に有効にされるスイッチと共に使用することは選択的緩和システムの導入を有効化する。場合によっては、コイルを恒久的に短絡することもできる。金属（銅または鉄などの金属）のプレートの使用はＰＭＡが金属プレートを通り過ぎるときに一定の緩和を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
添付の図面（これらは縮尺通りに描画されていない）の中で、類似した参照文字は類似した構成部品を示す。
【００１２】
図２を参照すると、例えば図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、および１１Ｄに示されるタイプおよび／またはいずれかの他の適切な構成であることが可能な波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）の支柱３および外郭構造５が示されている。永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）３０ａが支柱３の一方の側に装着されて取り付けられ、インダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）２０ａがＰＭＡ３０ａに対向するフロート５に装着されて取り付けられる。フロート５が「動作範囲」として規定される範囲（図１参照）にわたって支柱３に相対して移動するとＩＣＡ２０ａを横切って出力電圧が作り出される。これらの電圧は、実用的なシステム電圧と電流（電力）の出力を作り出すために電力変換器（整流回路網１１１ａおよび負荷５２０ａを有して示されている）へと供給される。このようにして、ＰＭＡ３０ａおよびＩＣＡ２０ａはパワー・テイクオフ（ＰＴＯ）回路の基本素子として機能する。
【００１３】
ＰＴＯはまた、（３０ａよりもはるかに長尺で示される）ＰＭＡ３０ｂおよびＩＣＡ２０ａと同様のサイズもしくはそれよりも小さいことが可能であるインダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）２０ｂを有することも可能である。ＩＣＡ２０ｂは、負荷５２０ｂへと接続されたスイッチング回路網１１１ｂへと接続されて示される。
【００１４】
ＩＣＡ２０ａは発電システムの動作範囲内にある距離「ｄ１」にわたって外郭構造５に沿って配置される。ＩＣＡ２０ａの上（および動作範囲の上）に装着されるものは第１の「ブレーキ用」コイル・アセンブリ２００ａであり、ＩＣＡ２０ａの下（および動作範囲の下）に装着されるものは別の「ブレーキ用」コイル・アセンブリ２００ｂである。スイッチＳａがコイル・アセンブリ２００ａを横切って接続され、スイッチＳｂがコイル・アセンブリ２００ｂを横切って接続される。
【００１５】
以下に続く動作の検討では、フロート（外郭構造）５が支柱（シャフト）３に相対して上下に移動すると仮定される。しかしながら、その逆も良好な事例であることが可能であり（すなわちフロートが固定されて支柱が移動することも可能であり）、あるいはフロートと支柱の両方が互いに相対して移動することも可能である。すべてのケースで、ＷＥＣの部品に取り付けられたＰＴＯの素子およびブレーキ用システムはその部品と共に移動する。すなわち、フロート５に装着されて取り付けられたＩＣＡ２０ａ（および２０ｂ）はフロートと共に移動し、シャフト３に取り付けられたＰＭＡ３０ａ（および３０ｂ）はシャフトと共に移動する。ＰＭＡ３０ａ（または３０ｂ）がＩＣＡ２０ａ（またはＩＣＡ２０ｂ）の上を横切って移動すると、コイルの上を通過するＰＭＡ３０（または３０ｂ）のせいで電圧がコイル・アセンブリを横切って誘導され、それはｅ＝Ｎ（ｄφ／ｄｔ）と表現されることが可能であり、ここでＮは磁束結合係数であり、φはＰＭＡとＩＣＡの間の磁束であり、ｄφ／ｄｔは時間変化の関数としての磁束の変化である。これら誘導される電圧が整流回路網１１１ａ（またはスイッチング回路網１１１ｂ）によって捕捉され、処理され、出力ライン３１０ａ、３１２ａ（または３１０ｂ、３１２ｂ）を介して電力変換器５２０ａ（または５２０ｂ）へと供給されることでフロートと支柱の相対的運動の関数である出力電圧を作り出す。この出力電圧はまた、出力ラインに連結されるいずれかの適切な負荷を駆動するために使用されることも可能である。
【００１６】
海洋の波に応答して、運動と移動が制御されて実用的なエネルギーが作り出される前述の動作範囲内でＰＭＡ３０ａとＩＣＡ２０ａが動くようにされる限り、支柱に相対したフロートの移動が生じることが望ましい。しかしながら、支柱３とフロート５との間の移動が前述の動作範囲を越えてフロート（または支柱）がＰＴＯの望ましい範囲の外側に移動すると、そのときは支柱（またはフロート）に相対したフロート（または支柱）のさらなる脱線を制限することが望ましく、かつ／または必要である。
【００１７】
図２のシステムでは、外郭構造および支柱が前述の動作範囲の外側に移動するときにそれらの互いに相対した運動は、ブレーキ用システムを作動させるスイッチＳａまたはＳｂの適時の閉動作によって制限または阻止されることが可能である。例えば、スイッチＳａはＩＣＡ２０ａ（およびフロート）が予め決められた点よりも下に落ちる（またはＰＭＡ３０ａが動作範囲の最上端よりも上に上がる）と閉じられ、スイッチＳｂはＩＣＡ２０ａ（およびフロート）が予め決められた点よりも上に上がる（またはＰＭＡ３０ａが動作範囲の最下端よりも下に降下する）と閉じられる。通常では、ＰＭＡ３０ａがブレーキ用コイル２００ａの近辺に来て通過するようにシャフトおよび外郭構造が移動すると、コイルの上を通るＰＭＡ３０ａのせいでコイル２００ａを横切って大きな電圧が誘導される。スイッチＳａを閉じることによって回路短絡がコイル２００ａを横切って加えられると、コイル２００ａの中で大きな循環電流が作り出される。この大電流が磁場を発生させ、それが、ＰＭＡ３０ａ（およびそれが装着されるシャフト）に相対したＩＣＡ２０ａ（およびそれが装着される外郭構造）のさらなる上方への運動に対抗し、支柱に相対したフロートのさらなる移動を妨げる傾向を有する。エネルギーもやはり消散させられてブレーキ作用に役立つ。
【００１８】
同様の方法で、ＰＭＡ３０ａが「ブレーキ用」コイル２００ｂの近辺に来て通過するようにシャフトおよび外郭構造が移動すると、コイルの上を通るＰＭＡ３０ａのせいでコイル２００ｂを横切って大きな電圧が誘導される。スイッチＳｂを閉じることによって回路短絡がコイル２００ｂを横切って加えられると、コイル２００ｂの中で大きな循環電流が作り出される。この大電流が磁場を発生させ、それが、ＰＭＡ３０ａ（およびそれが装着されるシャフト）に相対したＩＣＡ２０ａ（およびそれが取り付けられる外郭構造）のさらなる上方への運動に対抗する。このようにしてコイル・アセンブリ２００ａおよび２００ｂは、フロート（外郭構造）に相対したシャフト（支柱）の望ましい動作範囲を越えた過剰な移動を妨げるための極めて効率的な磁気ブレーキを提供する。
【００１９】
図２で、ＰＭＡ３０ａは、それ全体にわたってＩＣＡ２０ａが配置される長さｄ１よりもはるかに短い長さｄ２を有する。リニア発電機（ＬＥＧ）および磁気的ブレーキ・システムを使用するシステムでは、ＰＭＡ３０ｂおよびＩＣＡ２０ｂについて示されるようにＰＭＡはＩＣＡに等しいかまたはそれ以上の長さであることが可能である。また、ＩＣＡの出力を変換および処理するための回路はスイッチング回路（例えば１１１ｂ）または整流回路（例えば１１１ａ）であることが可能である。
【００２０】
本発明はＷＥＣのパワー・テイクオフ装置（ＰＴＯ）として機能するリニア発電機（ＬＥＧ）を使用して例示される。本発明の磁気的ブレーキ・システムは図１１Ａ〜１１Ｄに示される多様なＷＥＣ構造、およびその教示が本願明細書に参照で組み入れられ、本出願の譲受人と同じ譲受人に譲渡される係属出願にさらに詳細に述べられているような多様なタイプのＬＥＧを使用する多様なパワー・テイクオフ（ＰＴＯ）システムで使用されることが可能であり、その係属出願はａ）２００５年１月３日に提出された「Ａｃｔｉｖｅ  Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ｍａｔｃｈｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  Ｆｏｒ  Ｗａｖｅ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ」という表題の米国特許出願番号１１／０３５，３２３号、ｂ）２００５年１月７日に提出された「Ｃｏｉｌ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｆｏｒ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」という表題の米国特許出願番号１１／０３０，９３２号、およびｃ）２００５年１月７日に提出された「Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ  Ｆｏｒ  Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｏｆ  Ａ  Ｌｉｎｅａｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ」という表題の米国特許出願番号１１／０３０，９３３号である。
【００２１】
図２の「ブレーキ用」システムの利点は、ＰＴＯおよびブレーキ用システムに関して同じもしくは類似した技術（すなわちコイルと磁石）が使用されることである。しかしながら、本発明のブレーキ用システムがどのような適切なＰＴＯと共に使用されることも可能であり、かつ２つの構成要素が互いに相対して動く多くのシステムで使用されることが可能であることは理解されるはずである。ＰＭＡが構成要素（例えばシャフトと外郭構造）のうちの一方に取り付けられることが可能であり、かつブレーキ用コイル・アセンブリが他方の構成要素に取り付けられることが可能であり、かつ２つの構成要素が互いに相対して動くことでＰＭＡが「ブレーキ用」コイル・アセンブリ沿いに通過して反発（ブレーキ）力の発生を可能にするように構成要素が構成される限りこれはその通りである。
【００２２】
ＩＣＡ２０は「タップ引き出しされた」コイル構造（例えば２０ｂ）または分割された（例えば２０ａ）コイル構造で形成されることが可能である。ＰＭＡ（３０ａおよび／または３０ｂ）が動作範囲の中でＩＣＡ（２０ａおよび／または２０ｂ）に沿って、かつその上を通過すると、通過するＰＭＡに近接するコイル内に電圧が誘導される。コイル内に誘導された電圧は整流回路網（例えば１１１ａ）またはスイッチング回路網（例えば１１１ｂ）を経由して、捕捉された電気エネルギーをさらに処理するための回路を含み得る負荷（例えば５２０ａまたは５２０ｂ）へと連結される。
【００２３】
「ブレーキ用」コイル（例えば２００ａ、２００ｂ）をＩＣＡ（２０ａおよび２０ｂ）の上と下に置くことによって「ブレーキ用」システムが設けられ、それは外郭構造（シャフト）に相対したシャフト（外郭構造）の動きを妨げることが可能である。このようにして、外郭構造（またはシャフト）がシャフト（または外郭構造）に相対して「動作範囲」の外側に、かつ前述のレベルを越えて移動すると、その複数の素子が外郭構造およびシャフトに装着される電磁気的ブレーキ・アセンブリが外郭構造とシャフトを一体に係止する傾向を有し、外郭構造（またはシャフト）がシャフト（または外郭構造）に相対してさらに動くのを妨げる。いったん外郭構造とシャフトが一体に係止されると、磁場が強度を下げるかまたはスイッチ（ＳａもしくはＳｂ）が開かれるまでシャフトと外郭構造は一致して動くであろう。追加のブレーキ用コイル２００ｃおよび２００ｄがＩＣＡ２０ｂの上と下にそれぞれ置かれることが可能であることに留意すべきである。これらの追加のブレーキ用コイルはＰＭＡ３０ｂと相互作用するように設計される。
【００２４】
ブレーキ用コイルを横切って接続されて示されるスイッチＳａとＳｂ（およびＳｃとＳｄ）はいずれかの適切なスイッチを使用して実装されることが可能である。例えば、これらのスイッチは、その教示が本願明細書に参照で組み入れられる参考文献の出願に示され、かつ教示されたタイプであることが可能であり、それらはそこに教示されるように制御され、機能させられることが可能である。簡単に述べると、引用した参考文献に示され、かつ教示されるようにこれらのスイッチ（例えばＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）は、支柱に相対した外郭構造の物理的位置を感知するための装置を含むことが可能な位置センサ（５１ａ、５１ｂ）によってオンオフ切り換えされることが可能である。
【００２５】
このようにして「ブレーキ用」スイッチ（例えばＳａ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｓｄ）はシャフトおよび／または外郭構造沿いに配置された位置センサによってオンオフ切り換えされることが可能であり、そのときそれらは位置信号をセンサ５１ａ、５１ｂ内に含まれるセンサ回路へと供給する。場合によっては、センサ５１ａ、５１ｂはＩＣＡのうちの選択されたコイルおよび／またはブレーキ用コイルに展開される電圧を感知することでＩＣＡに相対したＰＭＡの位置を確認し、その後にスイッチ（例えばＳａ、Ｓｂ）を閉じ、その後にブレーキ用コイルを短絡させる電圧センサであることが可能である。このようにして、ブレーキ用コイルを短絡させるスイッチはシャフトと外郭構造の相対位置を確認するために様々なコイルに作り出される電圧の感知に応じてオフ切り換えされることが可能である。
【００２６】
ＰＭＡがＩＣＡの長さと比較して相対的に長い場合には位置の制御が必要となる可能性が高く、ＩＣＡが配置される長さよりもＰＭＡが長ければなおさらそうである。必要であれば追加のブレーキ作用を供給するために追加のブレーキ用磁石３０ｃ、３０ｄが使用され得ることは理解されるはずである。
【００２７】
いったんＰＭＡがコイルに相対して移動しなくなると、コイルに誘導される電圧がゼロに向かって進むことは理解されるはずである。すなわち、ＰＭＡとブレーキ用コイルとの間に移動があるとブレーキ用コイルはブレーキ作用を供給するように機能するであろう。しかしながら、ブレーキ作用を達成した後では、ブレーキ用コイルを横切る電圧とそれを流れる電流がゼロに向かって進み、その後、シャフトと外郭構造が解放される。したがって、（特にＩＣＡに相対してＰＭＡが短い場合には）図３のコイル２００ｅおよび２００ｆに示されるように恒久的に短絡されたブレーキ用コイルを有することが可能である。このようにして、恒久的に短絡されたコイルを備えた高度に受動性のシステムが本発明を実践するために使用されることが可能である。
【００２８】
図３もまた、インダクション・コイルとブレーキ用コイルのアセンブリがシャフト３に装着されることが可能であり、ＰＭＡアセンブリが外郭構造５に装着されることが可能であることを例示している。別の方法で、図３のシステムの動作は図２のそれと類似している。
【００２９】
図４では、金属プレート２１０ａがＩＣＡ２０ａの上に装着され、金属プレート２１０ｂがＩＣＡ２０ａの下に装着される。これらの金属プレートは高い導電性を有する銅または鉄などから成ることが可能である。ＰＭＡ３０ａが金属プレート２１０ａ、２１０ｂの近辺に来ると、その運動に対抗して強い電磁力が作り出され、さらなる運動および／または移動を妨げる。ＰＭＡと金属プレートとの間の相互作用は、ＰＭＡが装着されて取り付けられるシャフト（または外郭構造）が金属プレート（２１０ａ、２１０ｂ）および金属プレートが取り付けられる外郭構造（シャフト）に相対して定位置に保たれるようにされる。磁力がこれら２つの外郭構造とシャフトとの間のさらなる運動を妨げるであろう。付け加えると、本システムはスイッチＳｃおよびＳｄを備えたコイル・アセンブリ２００ｃおよび２００ｄを有することもやはり可能であり、それらは上述のようにブレーキ用システムの選択的な適用を提供するであろう。
【００３０】
本発明を実施するための多様なシステムが図５〜８に示されている。これらの多様なシステムは、ＩＣＡ２０およびＰＭＡ３０を備えたＬＥＧを有するＰＴＯの使用を含むことが可能である。実用的な電圧を発生させるために使用され、かつブレーキ用システムで使用するためのＰＭＡ３０は（ａ）表面磁石、（ｂ）埋め込み磁石、または（ｃ）混成永久磁石／コア構造体および電磁石を含めた他の適切な構造体のいずれかで形成されることが可能である。電磁気的ブレーキ・アセンブリは（ａ）コイルが選択的に短絡されるブレーキ用コイル・アセンブリ、（ｂ）コイルが恒久的に短絡されるブレーキ用コイル・アセンブリ、または（ｃ）導電性（金属）プレートを含むブレーキ・アセンブリ、あるいはいずれかの他の適切な構造のいずれかを含むことが可能である。
【００３１】
図５Ａは、電力変換器５２０へと供給される電圧を発生させるために、表面磁石（図５Ｂ参照）で形成されたＰＭＡ３０およびＩＣＡ２０を有するＬＥＧアセンブリを示している。ＰＭＡ３０は外郭構造と支柱のうちの一方へと接続され、ＩＣＡ２０は外郭構造と支柱のうちの他方へと接続される。上述のように、ＩＣＡ２０とＰＭＡがその動作範囲の中で互いに相対して移動し、コイルを横切って作り出された電圧が電力変換器またはいずれかの他の適切な負荷へと供給される。ブレーキ用コイル・アセンブリ２００ｕおよび２００ｄがコイル・アセンブリ２０の上と下にそれぞれ形成される。アセンブリ２００ｕおよび２００ｄのコイルは短絡されて示されている。場合によっては、上述のようにコイル２００ｕおよび２００ｄは、ＰＭＡがブレーキ用コイル２００ｕ、２００ｄの近辺に移動すると選択的に回路短絡状態を作り出すためにコイルを横切って接続されたスイッチによって選択的に短絡されることが可能である。
【００３２】
動作時では、ＰＭＡ３０がコイル・アセンブリ２０を越えて上方に移動し、２００ｕで示されるコイル領域上を通過するとき、短絡コイルに相対した磁石アセンブリの運動に対抗して極めて強い電磁力が作り出され、磁石アセンブリが短絡コイル領域を越えて上に移動するのを妨げる傾向を有する。これは、磁石およびコイルが取り付けられる外郭構造および支柱を互いに向かい合った位置で係止させる傾向を有する。同時にコイル巻線内で誘導される任意の電流が、熱の形態で多くのエネルギーを消散させる。
【００３３】
同様の方法で、ＰＭＡ３０がＩＣＡ２０を越えて下方向に移動し、２００ｄで示されるコイル領域上を通過するとき、短絡コイルに相対した磁石アセンブリの運動に対抗して極めて大きい電磁力が作り出され、磁石アセンブリがコイル・アセンブリを越えて下に移動するのを妨げる傾向を有する。
【００３４】
図５ＢはＩＣＡ２０、ブレーキ用コイル・アセンブリ２００ｕ、２００ｄ、およびＰＭＡ３０を実装するための構造体の（縮尺通りではない）断面図である。コイル（またはステータ）アセンブリは支持構造１２３を含み、それが場合によって設けられる強磁性のヨークを含むことが可能であり、その上に長穴を設けられた接極子コアが層状構造で装着または形成される。コイルは導電性で絶縁処理されたワイヤ・コイルまたは棒または箔であることが可能である。コイルは長穴の中に巻かれる。図５Ｂで、ブレーキ用コイル２００ｕおよび２００ｄに対応するコイルは短絡されて示されている。接極子コアを封入してそれを風雨および摩擦から防護するために非磁性の筐体１１７が形成される。コイル・アセンブリは空隙１２５によってＰＭＡから離される。図５Ｂでは、ＰＭＡは支持構造１２７を有し、その上に強磁性のヨーク１２２が装着され、その中に永久磁石ｍｉａ、ｍｉｂが装着される。ＰＭＡを封入して防護するために非磁性の筐体１２９が形成される。
【００３５】
図６Ａでは、図５Ａの短絡コイル・アセンブリは反作用プレート２１０ｕおよび２１０ｄで置き換えられる。反作用プレートは、図５Ａの短絡コイルで展開されるそれと同様の電磁気的なブレーキ／緩和力を誘導するために高度に導電性の材料（例えば銅）から成る。反作用プレート２１０の背後に強磁性の材料１２３ｕまたは１２３ｄを追加することによってブレーキ効果が促進され得ることに留意すべきである。図６Ｂは図６Ａのシステムを導入するための構造体の（縮尺通りではない）断面図である。図６Ｂでは、反作用プレート２１０ｕおよび２１０ｄは支持構造１２３の上に装着される。
【００３６】
図６Ａおよび６Ｂにあるようなコイル・アセンブリ２０および反作用プレート２１０ｕおよび２１０ｄが図７中にある。しかしながら図７は、ＰＭＡが埋め込み永久磁石構造を使用して形成されることが可能であることを示しており、それはいくつかの例では埋め込み表面磁石よりも効率的であり、かつ／または製造が容易であることが可能である。図８は、ＰＭＡが埋め込み磁石を使用して形成され、かつ「ブレーキ用」コイル・アセンブリが短絡される構造を示している。
【００３７】
図９Ａおよび９Ｂは、外郭構造および支柱の鈍らされない移動範囲およびＬＥＧをＰＴＯ装置として使用してＬＥＧアセンブリのブレーキ効果のせいで鈍らされる移動範囲を例示している。磁石アセンブリ（図９Ａ）および／またはコイル・アセンブリ（図９Ｂ）が鈍らされない（または部分的に鈍らされない）移動範囲を越えると、電磁ブレーキが作用して大幅に鈍らされる移動範囲を生じさせ、支柱に相対した外郭構造のどのようなさらなる移動も制限する傾向を示す。これらの構造およびシステムは電気エネルギーを発生させるために使用される既存の磁石とコイルまたは同様の磁石／コイル・アセンブリを活用し、極めて有効なブレーキ用／鈍化用システムを導入するように機能する同様のわずかな部品の追加によって、ＷＥＣが防護モード（例えば封鎖状態）に置かれることを必要とする荒海および荒天状況時にＷＥＣを防護する。上記で言及したように、動的なブレーキ作用を提供するためのコイルは選択的に短絡されるかまたは恒久的に短絡されることが可能である。
【００３８】
図９Ｃおよび９Ｄは、磁気ブレーキ用システム内でＰＴＯ装置が外郭構造と支柱の相対的運動を実用的な電気エネルギーへと変換するためのいずれの適切な手段（例えば油圧手段または電磁気的手段）であることも可能であることを例示している。しかしながら、外郭構造と支柱との間の移動の距離が予め決められた値を超えるとブレーキ作用／鈍化作用を与えるために磁石とコイル（または反作用プレート）の電磁気的配列が使用されることが可能である。こうして、「鈍らされない移動」の表示範囲の中では、外郭構造と支柱との間の機械的運動を電気エネルギーへと変換するためにどのようなＰＴＯ装置が使用されることも可能である。「鈍らされない」移動の領域に、システムによるパワーの抜き取りのせいである程度の鈍化があることは理解されるはずである。しかしながら、この鈍化は実用的な電力を抽出するために為されるものであって、システムの部品が互いに相対して移動するのを止めようと試みるものではない。明らかに、外郭構造の移動が「鈍らされない」範囲を越えると、磁石アセンブリと反作用プレートもしくは短絡コイル・アセンブリから成る電磁気的鈍化システムが使用されることで、外郭構造と中央の支柱との間の移動を阻止するために磁石アセンブリとコイルが取り付けられる外郭構造とコイルのブレーキ／鈍化を与える。
【００３９】
図１０は、コイル・アセンブリ（またはＰＭＡ）が動作範囲の外側に移動するとＰＴＯのＩＣＡ２０がブレーキ・メカニズムの部品として使用されることが可能であることを例示している。このようにして、コイル・アセンブリ（およびまたはＰＭＡ、あるいはＰＭＡ）が動作範囲よりも上もしくは下にあるとコイル・アセンブリ２０を横切って接続されて示されるスイッチＳ１が閉じられてコイルを横切る短絡回路を作り出すであろう。このスイッチ機能は電力変換器に不可欠なスイッチ（図示せず）によって実行されることもやはり可能である。
【００４０】
単相を使用して本発明が具体的に示されてきたけれども、本発明は多相（例えば三相）のシステムでの使用を意図する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】先行技術による機械的ブレーキ用システムを例示する図である。
【図２】本発明を具現化するブレーキ用システムを示す概略図であって、ＰＭＡがＷＥＣのシャフトに装着され、ブレーキ用システムのコイルはＷＥＣの外郭構造に装着される。
【図３】本発明を具現化するブレーキ用システムを示す概略図であって、ＰＭＡがＷＥＣの外郭構造に装着され、ブレーキ用システムのコイルはＷＥＣのシャフトに装着される。
【図４】本発明を具現化するブレーキ用システムを示す概略図であって、ＰＴＯのインダクション・コイル・アセンブリの上および下に配置された金属プレートがＰＭＡと相互作用することで移動を緩和する。
【図５Ａ】短絡したブレーキ用コイル・アセンブリと相互作用するようにＩＣＡコイル・アセンブリおよび表面磁石ＰＭＡを有するＬＥＧであるＰＴＯを示す概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａのシステムを導入する構造体を示す断面図である。
【図６Ａ】ブレーキ作用を供給するようにＩＣＡおよび反作用プレートを備えた表面磁石ＰＭＡを有するＬＥＧであるＰＴＯを示す概略図である。
【図６Ｂ】図６Ａのシステムを導入する構造体を示す断面図である。
【図７】図６Ａのシステムを導入する別の構造体を示す断面図であって、「埋め込み」磁石を使用してＰＭＡが形成される。
【図８】図５Ａのシステムを導入する別の構造体を示す断面図であって、「埋め込み」磁石を使用してＰＭＡが形成される。
【図９】Ａは、ＰＴＯがＬＥＧである場合の移動するＰＭＡおよび静止した反作用プレートもしくはコイル・アセンブリの状況を例示する図である。Ｂは、ＰＴＯがＬＥＧである場合の移動する反作用プレートもしくはコイル・アセンブリおよび静止したＰＭＡの状況を例示する図である。Ｃは、ＰＴＯがＬＥＧ以外のシステムであることが可能である場合の移動するＰＭＡおよび静止した反作用プレートもしくはコイル・アセンブリの状況を例示する図である。Ｄは、ＰＴＯがＬＥＧ以外のシステムであることが可能である場合の移動する反作用プレートもしくはコイル・アセンブリおよび静止したＰＭＡの状況を例示する図である。
【図１０】本発明を具現化するブレーキ用システムを示す概略図であって、ＰＴＯがＬＥＧであり、ＰＴＯのＩＣＡはＬＥＧのＰＭＡと共同してブレーキ作用を供給するために使用される。
【図１１】本発明を具現化するＬＥＧシステムおよびブレーキ用システムを使用する多様なＷＥＣの構成を例示する図である。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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