(57)【要約】リニア発電機（ＬＥＧ）の中で、電圧および電力を発生させるためにインダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）の直線的に配置された複数のコイル区分に沿って永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）を通過させるための装置を含み、（ＩＣＡの）コイルのうちの選択された区分だけを（ＬＥＧの）電力出力ラインの間に連結するためのスイッチ構成を含む。選択されるコイル区分は通過する（ＰＭＡ）に近接したＩＣＡのコイル区分を含む。異なる実施形態によると、（ＩＣＡのうちの）選択されないコイルは回路短絡されるかまたは電力出力ラインから接続を外される（開回路にされる）かのどちらかであることが可能である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
距離ｄ１に沿って直線的に配置されたインダクション・コイルのＮ個の区分を有し、前記コイルがそれらの長さに沿ってインダクタンスおよびと抵抗を示すコイル・アセンブリと、
ｄ１よりも短い長さｄ２の磁石アセンブリと、
前記磁石アセンブリを前記直線的に配置されたインダクション・コイルに沿ってかつその上を通過させる一方で前記磁石アセンブリと前記コイルとの間に小さい空隙を維持するための手段であって、特定のコイル区分上での前記磁石アセンブリの通過が、その特定のコイル区分を励起させ、それがその特定の区分内のコイルの両端に電圧を作り出すような手段と、
前記通過する磁石アセンブリのせいで前記コイルの両端に発生する電圧に対応する電圧を間に作り出すための第１および第２の出力点と、
前記通過する磁石アセンブリに近接したコイルの区分だけを前記第１と第２の出力点の間に選択的に連結するために前記コイルと前記第１および第２の出力点との間に連結されたスイッチ手段とを有するリニア発電機（ＬＥＧ）。
【請求項２】
前記スイッチ手段がＮ個の選択的に有効化されるスイッチを、１つのコイル当たり１つのスイッチ有し、各々のスイッチがそのコイル区分の両端に接続されることで、前記磁石アセンブリに近接していないときにその対応するコイル区分を選択的に短絡させ、前記スイッチが、オンに切り換えられるかまたは閉にされると極めて低いインピーダンスを示し、オフに切り換えられるかまたは開にされると高いインピーダンスを示し、負荷が前記第１と第２の出力点の間に連結され、励起されたコイルが、前記スイッチ手段によって供給される低インピーダンス経路を介して前記第１および第２の出力点と前記負荷との間に連結される、請求項１に記載のＬＥＧ。
【請求項３】
前記磁石アセンブリに近接した前記コイル区分に対応する前記スイッチが、前記磁石アセンブリに近接した前記コイル区分の両端に電圧が生じることを可能にするために開にされ、前記磁石アセンブリに近接していない前記コイル区分に付随する前記スイッチがそれらの対応するコイル区分を短絡させ、同時に、電圧を作り出す前記選択された励起されたコイルのための経路を設けるために閉にされる、請求項２に記載のＬＥＧ。
【請求項４】
前記Ｎ個のコイル区分が前記第１と第２の出力点の間で端と端で接続される、請求項２に記載のＬＥＧ。
【請求項５】
前記スイッチ手段が、前記磁石アセンブリに近接した選択されたコイルだけが前記第１および第２の出力点に連結されることを可能にするように、前記スイッチのオンオフ切り換えを制御する信号を作り出すために、前記コイル区分に相対した前記磁石アセンブリの位置と方向のうちの少なくとも１つを感知するための手段を有する、請求項４に記載のＬＥＧ。
【請求項６】
前記スイッチ手段が、前記磁石アセンブリに近接した選択されたコイルだけが前記第１と第２の出力点の間に連結されることを可能にするように、前記磁石アセンブリへの近さに応じて前記コイルの両端に誘導される電圧を感知するため、および前記スイッチのオンオフ切り換えを制御する信号を作り出すために前記コイル区分の両端に連結された電圧感知手段を有する、請求項５に記載のＬＥＧ。
【請求項７】
前記スイッチ手段が、前記コイル区分の両端に接続された、選択された短絡用スイッチにオン切り換え信号を加えるために前記電圧感知手段へと連結されたスイッチ制御回路を有し、各々のスイッチがスイッチ制御回路によって制御され、各々のスイッチ制御回路が今度は他方で電圧感知回路によって制御される、請求項６に記載のＬＥＧ。
【請求項８】
各々のコイル区分の両端に接続されたスイッチが有り、各々のスイッチがスイッチ制御回路によって制御され、各々のスイッチ制御回路が、前記スイッチを選択的にオンに切り換えることでそれに対応するコイル区分を短絡させるため、またはコイル区分に付随するスイッチをオフに維持することで電圧が前記コイル区分の両端で生じ、かつ前記第１と第２の出力点の間に結合させられることを可能にするために制御論理モジュールへと連結される、請求項５に記載のＬＥＧ。
【請求項９】
前記スイッチ手段が、（ａ）前記コイル・アセンブリに相対した前記磁石アセンブリの位置、（ｂ）前記コイル・アセンブリに相対した前記磁石アセンブリの方向、および（ｃ）コイル電圧感知回路の出力のうちの少なくとも１つに関連する信号を前記制御論理モジュールへと供給するための感知手段を有する、請求項８に記載のＬＥＧ。
【請求項１０】
前記Ｎ個の選択的に有効化されるスイッチの各々がシリコン制御整流器（ＳＣＲ）、トライアック、リレー接点、トリガ式ソリッドステート・スイッチ、ラッチ・スイッチ、および非ラッチ・スイッチのうちの１つである、請求項２に記載のＬＥＧ。
【請求項１１】
前記コイル・アセンブリに相対した前記磁石アセンブリの位置を感知するための位置感知用コイルが、前記コイル・アセンブリに相対した前記磁石アセンブリの位置に関連する信号を供給することによって、前記スイッチ手段を制御し、かつ前記磁石アセンブリに近接した前記コイルの両端に生じた電圧だけが前記第１の点と第２の点の間に結合させられることを可能にするためにインダクション・コイルの前記Ｎ個の区分に沿って配置される、請求項１に記載のＬＥＧ。
【請求項１２】
前記磁石アセンブリの位置を感知するため、および前記スイッチ手段を制御し、かつ前記磁石アセンブリに近接した前記コイルの両端に生じた電圧だけが前記第１の点と第２の点の間に結合させられることを可能にするための信号を供給するために、発光素子が前記磁石アセンブリと前記コイル区分のうちの一方に取り付けられ、光センサが前記磁石アセンブリと前記コイル区分のうちの他方に接続される、請求項１に記載のＬＥＧ。
【請求項１３】
前記磁石アセンブリの位置を感知するため、および前記スイッチ手段を制御し、かつ前記磁石アセンブリに近接した前記コイルの両端に生じた電圧だけが前記第１の点と第２の点の間に結合させられることを可能にするための信号を供給するために、光学的光感知手段が前記コイルに沿って配置され、それに対応する発光手段が前記磁石アセンブリ上に配置される、請求項１に記載のＬＥＧ。
【請求項１４】
コイルの前記Ｎ個の区分が前記第１と第２の出力点の間で端と端で接続され、前記スイッチ手段が、コイルの前記Ｎ個の区分の各々の両端に接続された選択的に有効化／無効化されるスイッチを含む、請求項１に記載のＬＥＧ。
【請求項１５】
コイルの各々の区分が第１および第２の端子を有し、前記スイッチ手段が（ａ）各々の前記コイル区分の前記第１の端子と前記第１の出力点との間に接続された選択的に有効化されるスイッチの第１のセット、および（ｂ）各々の前記コイル区分の前記第２の端子と前記第２の出力点との間に接続された選択的に有効化されるスイッチの第２のセットを含む、請求項１に記載のＬＥＧ。
【請求項１６】
前記磁石アセンブリに近接した選択されたコイルが選択的に有効化されるスイッチを介して前記第１のセットから前記第１の出力点へと連結され、対応する選択的に有効化されるスイッチを介して前記第２のセットから前記第２の出力点へと連結される、請求項１５に記載のＬＥＧ。
【請求項１７】
前記磁石アセンブリに近接しない、選択されないコイルが開回路にされ、前記磁石アセンブリに近接した前記選択されたコイルが前記第１のセットからのスイッチおよび前記第２のセットからのスイッチを介して前記第１と第２の出力点の間に直列に接続される、請求項１６に記載のＬＥＧ。
【請求項１８】
前記磁石アセンブリを前記コイルに沿ってかつその上を通過させるための前記手段が、水域に置かれることを意図された波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）のフロートと支柱のうちの一方に沿って前記コイルを配置する工程を含み、前記磁石アセンブリが前記フロートと支柱のうちの他方に取り付けられ、前記フロートと支柱が互いに相対して移動することが可能であり、かつ前記波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）の一部である、請求項１に記載のＬＥＧ。
【請求項１９】
前記磁石アセンブリを前記コイルに沿ってかつその上を通過させるための前記手段が、フロートと支柱のうちの一方に沿って前記コイルを配置する工程を含み、前記磁石アセンブリが以下、すなわち（ａ）前記コイルが静止型にされ、前記磁石アセンブリが前記コイルに相対して上下に移動すること、（ｂ）前記磁石アセンブリが静止型にされ、前記コイルが前記磁石アセンブリに相対して上下に移動すること、および（ｃ）前記磁石アセンブリと前記コイルが互いに相対して移動することのうちの少なくとも１つを可能にするために前記フロートと支柱のうちの他方に取り付けられる、請求項１に記載のＬＥＧ。
【請求項２０】
距離ｄ１で支持構造に沿って延びるインダクション・コイルのＮ個の区分を有し、前記コイルがそれらの長さに沿ってインダクタンスおよび抵抗を示すコイル・アセンブリと、
ｄ１よりも短い長さｄ２の永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）と、
前記ＰＭＡを前記インダクション・コイルに沿ってかつその上を通過させる一方で、前記磁石と前記コイルとの間に小さい空隙を維持するための手段であって、コイル区分上での前記ＰＭＡの通過が、そのコイル区分を励起させ、それがそのコイル区分内の前記コイルの両端に電圧を作り出すような手段と、
前記コイルに連結されたスイッチ手段であって、前記通過するＰＭＡに近接したコイルの選択された区分だけを前記選択されたスイッチ手段を介して第１と第２の出力点の間に選択的に連結するための手段とを有する組合せ。
【請求項２１】
負荷が前記第１と第２の出力点の間に接続され、前記選択されたコイル区分が前記負荷の両端に電圧を作り出す、請求項２０に記載の組合せ。
【請求項２２】
前記スイッチ手段がＮ個の選択的に有効化される短絡用スイッチを、１つのコイル当たり１つのスイッチ有し、各々のスイッチが、それに対応するコイル区分を選択的に短絡させるために対応するコイル区分の両端に接続される、請求項２１に記載の組合せ。
【請求項２３】
前記ＰＭＡに近接した前記コイルの両端に接続された前記短絡用スイッチが開にされ、前記ＰＭＡに近接していない前記コイルの間にある前記短絡用スイッチが、それらに対応するコイル区分を短絡させるために閉にされる、請求項２２に記載の組合せ。
【請求項２４】
前記磁石アセンブリを前記コイルに沿ってかつその上を通過させるための前記手段が、波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）のフロートと支柱のうちの一方に沿って前記コイルを配置する工程を含み、前記磁石アセンブリが前記ＷＥＣの前記フロートと支柱のうちの他方に取り付けられ、前記フロートと支柱が互いに相対して移動することが可能である、請求項２０に記載の組合せ。
【請求項２５】
各々のコイル区分が第１および第２の端子を有し、各々のコイル端子が第１の選択的に有効化されるスイッチを介して前記第１の出力点へと連結され、かつ第２の選択的に有効化されるスイッチを介して前記第２の出力点へと連結されることで、各々の端子が前記第１の出力点と第２の出力点のうちの一方へと選択的に連結されることを可能にする、請求項２０に記載の組合せ。
【請求項２６】
選択されたコイル区分が選択的に有効化されるスイッチを介して前記第１と第２の出力点の間に連結され、選択されないコイル区分が、それらの第１の端子と第２の端子のうちの少なくとも一方を前記第１と第２の出力点のうちの一方から外すことによって前記第１および第２の出力点から外される、請求項２５に記載の組合せ。
【請求項２７】
前記Ｎ個のコイル区分が、タップ引き出しされたコイル構造を規定する、請求項２０に記載の組合せ。
【請求項２８】
前記Ｎ個のコイル区分が、分節化されたコイル構造を規定する、請求項２０に記載の組合せ。
【請求項２９】
前記スイッチ手段が、選択された活性のコイルを前記第１と第２の出力点の間で選択的に直列に連結し、選択されない不活性のコイルを前記第１および第２の出力点から外すためのスイッチを含み、それにより、前記選択されないコイルが効率的に開回路にされる、請求項２０に記載の組合せ。
【請求項３０】
前記Ｎ個のインダクション・コイルの各々が第１および第２の端子を有し、隣り合うコイルが共通の端子を共有し、一方のコイルの前記第２の端子が隣りのコイルの前記第１の端子と共通であり、それにより、インダクション・コイルの前記Ｎ個の区分が前記第１と第２の出力点の間で物理的かつ電気的に直列に接続される、請求項２０に記載の組合せ。
【請求項３１】
前記スイッチ手段がコイルの前記Ｎ個の区分へと接続されることを可能にするために、前記第１と第２の出力点の間に形成されたＮ−１個のタップが有る、請求項３０に記載の組合せ。
【請求項３２】
前記スイッチ手段が、前記第１と第２の出力点の間の前記コイル区分の連結を制御するために位置と方向のうちの少なくとも一方を感知する手段を有する、請求項２０に記載の組合せ。
【請求項３３】
距離ｄ１で支持構造に沿って延びるインダクション・コイルのＮ個の区分を有し、前記コイルがそれらの長さに沿ってインダクタンスおよび抵抗を示すコイル・アセンブリと、
長さｄ２の永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）と、
前記ＰＭＡを前記インダクション・コイルに沿ってかつその上を通過させる一方で前記磁石と前記コイルとの間に小さい空隙を維持するための手段であって、コイル区分上での前記ＰＭＡの通過が、そのコイル区分を励起させ、それがそのコイル区分内の前記コイルの両端に電圧を作り出すような手段と、
前記コイルに連結されたスイッチ手段であって、前記通過するＰＭＡに近接したコイルの選択された区分だけを前記選択されたスイッチ手段を介して第１と第２の出力点の間に選択的に連結するための手段とを有する組合せ。
【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出願第６０／５５３，６６６号から優先権を主張するものである。
本発明はリニア発電機（ＬＥＧ）およびその効率を向上させるための回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているＬＥＧに伴なう問題は先行技術の図１および２を参照すると最もよく説明されることが可能である。図１および２に示されるように、ＬＥＧは長いステータ（例えば長さｄ１のインダクション・コイル・アセンブリ２４）と長さｄ２の比較的短い永久磁石アセンブリ２２を有するように構成されることが可能である。永久磁石アセンブリ２２がインダクション・コイル・アセンブリ２４に相対して移動するとき、コイル・アセンブリ内に電圧（およびコイル・アセンブリの両端に負荷が接続されれば電流）が誘導される。長い永久磁石アセンブリと短いインダクション・コイル（ステータ）アセンブリを備えたそれらと比べたときにコイルが磁石よりもはるかに長くされるシステムの利点は、インダクション・コイル・アセンブリの巻き線を静止状態に保つ能力を含む（すなわちケーブルは連続的に動かされることも曲げられることもない）。そのようなシステムの別の利点は、長いコイルと短い磁石が比較的単純な受動性の永久磁石緩衝器／ブレーキの使用を可能にすることである（例えば受動性の緩衝器もしくはブレーキを形成するために永久磁石の行程の端部に導電性プレートを置くことによって受動性の緩衝器が形成されることが可能である）。比較的短い永久磁石を有することのさらに別の利点は、大型で長い磁石が多量の屑を引き付け易いという点で危険であることである。
【特許文献１】米国仮出願第６０／５５３，６６６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１に示された構造は多くの利点を有しているけれども、長いインダクション・コイル・アセンブリと比較的短い永久磁石アセンブリを有する知られているリニア発電機の問題は、コイル内に発生する電流が図１に例示されるようにステータ内のコイル・アセンブリ全体（すなわちすべてのコイル）を通って通過する（流れる）ことを必要とすることである。コイルはら導き出される有用な電圧はそれらのコイル、および永久磁石アセンブリに直接対向して極めて近くにあるコイル区分から得られる。この有用な電圧はすべての直列接続されたコイルを通って流れる電流を誘発する。永久磁石アセンブリに隣り合う（または直接対向する）ことのないステータ・コイル部分、および磁石アセンブリと相互作用しないそれらは追加の電流または電圧の発生を促進することなく（すなわちコイルの抵抗およびインダクタンスのせいで）コイル内で電圧降下を引き起こす。電圧（電流）の発生に貢献しないコイルの抵抗／インピーダンスに起因する電圧降下は結果として、ＬＥＧによって発電される電力の大幅な損失につながる。有用な電力発生を損なう大幅な電力損失を有することの問題は本発明を具現化する回路およびシステムの中で克服される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明を具現化するリニア発電機（ＬＥＧ）はインダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）、永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）、およびスイッチ回路によって供給される極めて低インピーダンスの経路を介してＩＣＡのコイルのうちの選択された区分だけをＬＥＧの電力出力部に結合させるためのスイッチ回路を有する。選択されるコイル区分はＰＭＡの近辺にある（すなわち「活性のある」または「励起された」）ことが理由で「活性のある」または「励起される」それらである。
【０００５】
本発明の或る実施形態では、ＰＭＡの近辺にないコイル区分はスイッチ回路によって回路短絡される。他の実施形態では、ＰＭＡの近辺にないコイル区分はスイッチ回路を介して開回路状態にされる。このようにして、ＰＭＡから遠くにあり（すなわち不活性である、または励起されていない）、電圧と電流の発生に貢献しないインダクション・コイルを、回路を開にすること（接続を外すこと）または「不活性の」コイル区分を短絡させることのどちらかによってバイパスさせるためにスイッチ回路が使用されることが可能である。接続を外す処理または不活性コイルを短絡させる処理はその直列コイル抵抗およびインピーダンスに起因する損失を削減または除去し、それにより、リニア発電機の効率を高める。
【０００６】
本発明を具現化するＬＥＧは比較的長いＩＣＡと比較的短いＰＭＡを有する。ＩＣＡはＮ個の区分に分割され、それらが表面（例えば波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）のシャフトまたはフロート）に沿ってある距離（例えばｄ１）にわたって配置される。ＰＭＡの長さは、１つのコイル区分の長さよりも短い長さからいくつかのコイル区分よりも長い長さへと広範囲にわたって変わることが可能である。いくつかの実施形態では、ＰＭＡはＮ個のコイル区分の長さ「Ｘ」に等しい長さを有するように選択され、ここでＸおよびＮは整数であり、ＸはＮよりも小さい。例えば、インダクション・コイル・アセンブリはある距離（例えばｄ１）に沿って直列に延びる１０個以上のコイル区分で構成されることが可能であり、ＰＭＡの長さ（例えばｄ２）は２つのコイル区分の長さに等しいことが可能である。
【０００７】
本発明を具現化するシステムでは、ＰＭＡに相対してＩＣＡを移動させる３通りの考え得るモードが使用されることが可能であって、（ａ）ＩＣＡが静止状態に保たれてＰＭＡがコイル・アセンブリに相対して移動することが可能であるか、（ｂ）ＰＭＡが静止状態に保たれてＩＣＡがＰＭＡに相対して移動するか、または（ｃ）ＩＣＡとＰＭＡの両方が互いに相対して移動することが可能である。以下の説明では、具体的例示を簡単にするためにコイル・アセンブリが静止型で示され、ＰＭＡがコイル・アセンブリに沿って、予め選択された距離（「隙間」）だけそれから離れて移動する。しかしながら、本発明は上記で言及された３通りの動作モードのいずれを使用して実践されることも可能である。
【０００８】
出願人らの発明は部分的に、ＰＭＡがコイルに沿って移動するときにＰＭＡに対向してかつ接近している（すなわち近傍の）コイルに大きな電圧が誘導され、ＰＭＡの近傍にないコイルには、もしもあれば、わずかな電圧が誘導されることの認識にある。
【０００９】
本発明の一実施形態では、複数のコイル区分は第１と第２の電力出力点の間に直列に接続され、コイル区分の両端にスイッチが接続される。ＰＭＡがＩＣＡの長さに沿って通過するとき、ＰＭＡ近傍にあるコイル・アセンブリの区分の両端に接続されたスイッチが「開」にされることで電圧がそれらのコイル区分に誘導されることを可能にする。同時に、ＰＭＡ近傍にないコイルの両端に接続されたスイッチは「閉」にされることでそれらの区分を回路短絡させ、それと同時に、負荷が接続されることが可能であるＬＥＧの第１と第２の電力出力部の間に活性のコイルを接続するための低インピーダンスの導電経路を設ける。このようにして、活性のコイルの両端に生じた電圧は不活性のコイル内での極めてわずかな電力消耗を伴なって電力出力部に印加される。
【００１０】
本発明の別の実施形態では、各々のコイルが第１および第２の端子を有し、各々のコイル端子は選択的に有効化されるスイッチを介して第１または第２の電力出力点へと接続される。ＰＭＡ近傍にあるコイル・アセンブリの区分がスイッチを介して第１と第２の出力点の間に連結される。ＰＭＡ近傍にない不活性のコイル区分は電力出力点から接続を外され、どのような電力も消費しない。
【００１１】
コイルをＬＥＧの電力ラインへと連結するスイッチ回路のオン切り換え（閉動作）およびオフ切り換え（開動作）は、ＩＣＡに相対したＰＭＡの位置および／または方向を感知するための多様な手段によって制御されることが可能である。いくつかの実施形態では、個々の（ステータ）コイル区分の電圧が感知される。大きい振幅の電圧はＰＭＡ近傍の「活性のある」または「励起された」コイル区分の両端に生じる。ＰＭＡの近傍にないコイル区分はどのような大きい振幅の誘導電圧も生じないであろう。「活性のある」または「励起された」コイル区分に生じた電圧は、スイッチ回路の状態を制御することに使用される位置および／または方向の情報を供給するために検出される。場合によっては、ＰＭＡおよびＩＣＡ上に設置された光センサと発光体、あるいはホール効果センサが位置および／または方向の感知に使用されることが可能である。
【００１２】
すべての事例で、選び出された活性のあるまたは励起されたコイルはオンに切り換えられたスイッチを介してＬＥＧ出力部へと連結され、不活性のコイル区分は短絡されるかまたは回路から接続を外される。結果として、「不活性の」コイルの抵抗とインピーダンスに起因するステータ・コイル・アセンブリの電圧降下は削減され、かつ／または排除され、それにより、不活性コイルでの電力損失を削減してリニア発電機の効率を高める。
【００１３】
本発明を具現化するＬＥＧは波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）のパワー・テイクオフ装置（ＰＴＯ）として極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
添付の図面では、同様の参照文字は同様の構成要素を示す。
本発明を具現化するリニア発電機（ＬＥＧ）の特徴および様々な構造が図３〜１２に示されている。これらの図では、説明を容易にするために３通りのあり得る電気的な相のうちの１つだけが示される。しかしながら、本装置が１つ以上の相（例えば三相）を含むことが可能であり、通常はそうであろうことは理解されるはずである。本発明を具現化するリニア発電機（ＬＥＧ）の１つの用途は波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）の中のパワー・テイクオフ（ＰＴＯ）装置である。しかしながら、本発明を具現化するＬＥＧが他のいずれかの適切な用途に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。図に示されるように、本発明を具現化するＬＥＧは小さい空隙で分離された永久磁石アセンブリ（ＰＭＡ）３０とインダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）２０を有する。この応用例では、ＰＭＡ３０の長さ（ｄ２）がＩＣＡ２０の長さ（ｄ１）よりも大幅に小さいことが仮定されている。本発明を具現化するＷＥＣでは、図３Ｄおよび３Ｅに示されるようにＰＭＡ３０がシャフト３と外郭構造５のうちの一方に取り付けられ（または装着され）、ＩＣＡ２０がシャフト３と外郭構造５のうちの他方に沿って並べられて取り付けられる（または装着される）。上記で言及したように、シャフトまたは外郭構造が他方に相対して移動することが可能であり、あるいは両方が互いに相対して移動することが可能である。
【００１５】
ＰＭＡ３０は通常では、強磁性体材料の構造体（例えばスチール）の表面に装着された「Ｎ」と「Ｓ」に分極した磁石の多数の対で構成され、磁極は空隙の線に直角に配向させられる。これらの磁石は磁気の「極対」を有する。磁気回路は一対の磁石、「空気」の隙間、ステータ・ヨーク、および磁石受け板で構成されることが可能であり、後者の２つの品目は強磁性材料から成る。
【００１６】
ＰＭＡ３０はまた、強磁性体ヨークの中に「埋め込まれた」ＮとＳに分極した磁石の多数の対で構成されることも可能である。このケースではＮ極とＳ極は空隙と平行に配向させられる。そのようなケースでは、磁気回路は複数の磁石、２つの空隙の交差、および強磁性でステータのヨークから成ることが可能である。どのような適切なＰＭＡも本発明を実践するために使用されることが可能であることに留意すべきである。
【００１７】
総称的に述べられるときに本発明を実践するために使用されるＩＣＡ２０は、図１０Ａの２０ａで示される「タップ引き出し型」コイル構造、または図１０Ｂの２０ｂで示される「分節型」コイル構造を含む。本発明のＩＣＡ２０のコイル構造は、ＩＣＡ２０が複数のタップを有し、それらがＩＣＡの異なった個々のコイル区分に対して為される接続もしくは接触を可能にするように引き出されるという点で図１に示されたＩＣＡ２４とは異なる。
【００１８】
このシステムの基本的動作は以下のように述べられることが可能である。自然に生じる力（例えば海洋の波）に応答してＰＭＡ３０がＩＣＡ２０に相対してかつそれに沿って移動するように推進されると想定する。ＰＭＡ３０が、それが小さい空隙によって隔てられるコイルに沿って移動するとき、磁束に変化が作り出される。磁石の移動によって引き起こされる変動磁束は磁石の近傍にある（近接する）コイルに電圧（ｅ＝Ｎｄφ／ｄｔ）を誘導する。これらのコイルは本願明細書および添付の特許請求項では「活性の」コイルまたは「励起された」コイルとも称される。各々の個別の活性コイルに誘導される電圧の振幅および周波数はコイルに相対した磁石のスピード、および磁石−コイルの結合特性の関数である。「活性の」コイルもしくは複数のコイルの端子の間に外部負荷が接続されるとき、コイルおよび負荷を通って電流が流れる。ＰＭＡ３０に近接していないコイルの両端に生じる有用な電圧は、もしもあれば、極めてわずかであることに留意すべきである。
【００１９】
電圧は、ＰＭＡがコイル上を通過するときの磁束の変化の結果としてコイルの活性区分に作り出される。「Ｎ」と「Ｓ」に分極した磁石の一対から由来する磁束は空隙を介してコイル区分へと結合させられる。各々のコイル区分の長さはこれらの磁石の磁極対の１つの長さに等しいことが可能である。図４に示されるように、ＰＭＡはいくつかの磁極対で構成されること、および１つまたは複数のコイル区分にわたって延びることが可能である。
【００２０】
図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃを参照すると、電力出力点３１０と３１２の間に直列に接続されたＬＥＧの８個のインダクション・コイル（Ｌ１〜Ｌ８）が示されている。選択的に有効化される短絡用スイッチ（Ｓ１〜Ｓ８）が各々のインダクション・コイルの両端に接続される。図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃでは、ＰＭＡ３０の長さが２つの直列接続されたコイルの長さにほぼ等しいと想定されている。「活性の」または「励起された」コイル（すなわちＰＭＡ３０に物理的に近接して対向しているコイル）の短絡用スイッチは開（オフ）にされる。付け加えると、ＰＭＡ３０の直ぐ上および直ぐ下の位置にあるコイルの短絡用スイッチもやはり、有意の量の発生磁束が集められることを確実化するために開（オフ）にされる（短絡しない）。残りのコイルの間の短絡用スイッチが閉にされることで不活性のコイル（すなわち出力電圧の発生に貢献しないそれら）を効率的に短絡させ、同時に電力出力端子の間に活性のコイルを連結するための導電経路を設ける。このようにして、本発明を具現化する回路では、活性または励起されたコイルはオンに切り換えられるスイッチの比較的低インピーダンスの経路を介してＩＣＡ２０の電力出力点（３１０、３１２）に連結され、不活性のコイルのＩＲ降下は短絡され、したがってバイパスされる。
【００２１】
ＰＭＡ３０がＩＣＡ２０に沿って移動するとき、端子３１０と３１２の間および様々なコイル・タップで出力電圧（ＶＯ）が作り出され、それは例えば図７の様々な波形に示されたタイプの形状を有することが可能である。２つのインダクション・コイルの長さに等しいと仮定されたＰＭＡ３０の長さに関して、かつＰＭＡ３０が図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃに示されるように下に移動していると仮定すると、スイッチの閉動作は以下のように述べられることが可能である、すなわち（ａ）コイルＬ１およびＬ２に対向するＰＭＡ３０を備えた図３ＡではスイッチＳ１、Ｓ２、およびＳ３が開にされ、その一方でスイッチＳ４からＳ８が閉にされ、コイルＬ４からＬ８を短絡させる。その結果、「励起された」と考えられ、それの両端に有用な電圧が作り出されるコイルＬ１、Ｌ２、およびＬ３は、オンに切り換えられてやはり直列に接続されたスイッチＳ４〜Ｓ８の低インピーダンス経路を介して電力出力部３１０と３１２の間で効率的に直列接続される。（ｂ）図３Ｂに示されるように磁石アセンブリがコイルＬ３およびＬ４に対向して下に移動するとき、スイッチＳ２、Ｓ３、Ｓ４、およびＳ５が開にされ、その一方でスイッチＳ１およびＳ６〜Ｓ８が閉にされることでそれらの対応するコイルの巻き線を短絡させる。その結果、「励起された」と考えられ、それらの両端に有用な電圧が作り出される４つの直列接続されたコイル（Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、およびＬ５）はオンに切り換えられたスイッチＳ１、Ｓ６、Ｓ７、およびＳ８によって供給される低インピーダンスの経路を介して出力点３１０と３１２の間に効率的に接続される。（ｃ）同様に、図３Ｃに示されるようにＰＭＡ３０がコイルＬ５およびＬ６に対向して下に移動するとき、スイッチＳ４、Ｓ５、Ｓ６、およびＳ７が開にされ、その一方でスイッチＳ１〜Ｓ３およびＳ８が閉にされることでそれらの対応するコイルの巻き線を短絡させる。その結果、４つの直列接続されたコイル（Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６、およびＬ７）はオンに切り換えられたスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、およびＳ８によって供給される低インピーダンスの経路を介して出力点３１０と３１２の間に効率的に接続される。
【００２２】
上記の範例については、いずれの時間でも最少限３個のスイッチが開にされなければならず、ＰＭＡ３０の行程の逆転を見越して、かつ制御の目的で４番目のスイッチもやはり開にされる。明らかに、ＰＭＡ３０に対向するコイルはそれらの出力が電力出力ライン３１０、３１２に供給されることが可能となるように有効化されなければならない（コイルの間の回路短絡が除去されなければならない）。付け加えると、どちらかの方向へのＰＭＡ３０の移動を見越すため、およびそのような移動のために回路を準備させるため、「活性の」コイルの直ぐ上および直ぐ下の１セットのコイルもやはり有効化される（これらのコイルの間の回路短絡が除去されなければならない）。ＰＭＡ３０がＩＣＡ２０に沿って下に移動するとき、スイッチを開にする処理と閉にする処理が連続的に繰り返されることは明らかなはずである。このようにして、本発明を具現化する回路およびシステムでは、ＰＭＡ３０に近接するコイルはオンに切り換えられたスイッチを介して電力出力部の間に連結される。
【００２３】
発電される電圧の交流の性質（図７の波形、特に波形Ｈ参照）に起因して、スイッチおよびスイッチをオンおよびオフに切り換えるための制御回路の設計は重大な問題を提示し、それは、下記で検討されるように、本発明を具現化する回路によって克服されることが可能である。
【００２４】
図４、５、および５Ａに示されるように、電圧感知回路（ＶＳｉ）が各々のコイルの巻き線（Ｌｉ）の両端に連結されることでその巻き線の両端に生じる電圧を感知することが可能である。図４では、コイル（Ｌｉ）の両端で感知される（または存在する）電圧は、出力部が短絡用またはバイパス用スイッチ（Ｓｉ）へと接続されるスイッチ制御モジュール（ＳＣｉ）に加えられる。感知された信号の振幅はＰＭＡ３０の位置（および方向）の表示を与えるために使用されることが可能である。ＰＭＡ３０の場所に関する位置情報はその後、短絡用スイッチＳ１〜Ｓ８の開閉、およびまたは様々な図面に示されるバイパス用もしくは連結用スイッチの開閉を制御するために使用されることが可能である。
【００２５】
図４に示されるような電圧感知と論理モジュールの組合せは、ＰＭＡがコイルに沿って移動するときのコイル内の電圧の変化が運動の方向を効果的に示すために使用されることが可能であるので方向検出の必要性を取り除くことが可能である。このようにして、本願明細書に示唆されるような電圧感知は、要求があれば、位置と方向の両方を判定するために使用されることが可能である。
【００２６】
図５は、対応するコイルを選択的に短絡させるために各々のコイルの両端に接続された選択的に有効化される短絡用スイッチ（Ｓ１〜Ｓ８）を備えた８個のコイル（Ｌ１〜Ｌ８）を示しており、各々のスイッチがそれに対応するスイッチ制御回路（ＳＣ１〜ＳＣ８）を有する。各々のスイッチ（Ｓ１〜Ｓ８）の状態（オンまたはオフ）はそれに対応するスイッチ制御回路（ＳＣ１〜ＳＣ８）によって制御される。スイッチ制御回路は制御論理モジュール５０１の出力部で作り出される制御信号（ｇ１〜ｇ８）によって駆動される。図５では、電圧感知回路（例えばＶＳ１〜ＶＳ８）は対応するコイルの両端の電圧の状態を感知するように各々のコイル（Ｌ１〜Ｌ８）の両端に接続されて示される。その後、各々の電圧感知回路の出力が制御論理モジュール５０１へと供給される。電圧感知回路の出力はＩＣＡ２０に相対したＰＭＡ３０の位置（および方向）を判定するために使用される。
【００２７】
ＰＭＡ３０に連結され、かつ／またはＰＭＡ３０とＩＣＡ２０との間に連結された方向検出器５０３は、コイルに相対してＰＭＡが上に移動しているか下に移動しているかを感知して方向表示信号５０４を作り出し、それが制御論理モジュール５０１へと供給される。方向表示信号５０４、およびＰＭＡ３０の位置を示す信号として使用される電圧感知信号に応答して、制御論理モジュール５０１は制御信号ｇ１〜ｇ８を作り出し、それらが短絡用スイッチ（Ｓｉ）をオンおよびオフに切り換え、それにより、（ａ）ＰＭＡ３０に対向して近接する活性または励起されたコイルがオン切り換えまたは閉にされたスイッチを介して、負荷（例えば電力変換器／整流器５２０）が接続される出力ライン３１０，３１２の間に連結され、（ｂ）不活性または非生産的なコイルが短絡される（または図９〜１２に示されるように開回路にされる）。これは（図７に示されるように）「励起された」コイル内での適切な電圧の発生を可能にし、それがオンに切り換えられたスイッチを介して、出力ライン３１０、３１２の間に連結された電力変換器／整流器５２０を含む電力収集回路へと供給される。電力変換器５２０の出力は図５および５Ａの図面に示されるようなｄｃ電圧であることが可能である。
【００２８】
図５Ａは、位置・方向検出器５０３の出力に応答するために、制御論理モジュール５０１ではなくマイクロプロセッサまたは（マイクロ）コンピュータ５０５が、電力変換器５２０に加えられる電圧を出力点３１０と３１２の間に作り出すためのコイルに接続された、またはコイルの両端に接続されたバイパス用または短絡用スイッチ（Ｓｉ）のオンオフ切り換えを制御するようにプログラムされて使用されることを例示している。
【００２９】
様々な図面に示されたスイッチＳ１〜Ｓ８またはＳｉは図６Ｂ、６Ｃ、６Ｃ１、６Ｃ２、および６Ｃ３に示されたタイプであることが可能であり、図６Ａ１および６Ａ２にブロックの形で示されたタイプおよび図６Ｂ、６Ｃ、６Ｃ１、６Ｃ２、および６Ｃ３に概略で示されたタイプの回路によって駆動されることが可能である。しかしながら、図に例示された所望のスイッチ機能を実行するためにいずれの適切なスイッチおよびドライバ回路も使用され得ることは理解されるはずである。いずれの方向でもコイルを横切るＰＭＡ３０の動きに応答して、図７、７Ａ、および７Ｂに示されるような正弦曲線性の電圧がコイルの両端に作り出される。ＰＭＡ３０が或る方向（例えば下方向）に移動していても反対の方向（例えば上方向）に移動していてもこのタイプの電圧が作り出されるであろう。唯一の違いは位相であろうがこれはこの電力発生と収集の構成では重要ではない。
【００３０】
図６Ａ１および６Ａ２は、各々のコイルＬｉに付随して、ノードｘ（ｉ−１）とｘｉの間に直列接続された抵抗性の（寄生の）素子Ｒｉがあることを例示している。いくつかの実施形態では、選択的に有効化／無効化される短絡用スイッチ（Ｓｉ）がコイルの両端に接続される。スイッチＳｉのオン切り換え（閉動作）およびオフ切り換え（開動作）はスイッチ制御モジュール（ＳＣｉ）によって制御される。図６Ａ１では、スイッチ制御モジュール（ＳＣｉ）はいくつかの選ばれた電圧感知（ＶＳｉ）回路の出力（Ｐｉ）によって制御される。図６Ａ２では、制御モジュールＳＣｉおよびそれに対応するスイッチＳｉの状態はトリガ信号ｇｉによって制御される。トリガ信号ｇｉは（ａ）コイルの両端に連結された電圧感知モジュールによって作り出される１つ（または複数の）位置制御信号、および（ｂ）ＩＣＡ２０に相対したＰＭＡ３０の位置および／または移動の方向を示す信号５０４に応答して制御論理モジュール５０１によって作り出される。
【００３１】
図６Ｂおよび６Ｃは図６Ａ１および６Ａ２の回路に有用なスイッチ制御および短絡用スイッチの回路を表わすやや概略的なセミブロック図である。図６Ｂは、短絡用スイッチとして使用される連続型シリコン制御整流器（ＳＣＲ１、ＳＣＲ２）を示しており、ＳＣＲの制御電極へと信号を結合させて印加する光遮断器を備えている。図６Ｃでは、トライアックが短絡用スイッチとして使用される。光遮断器はコイル電圧感知回路からの直接の電圧またはデジタル制御器からの電圧に応答する。ＳＲＣおよびＴＲＩＡＣスイッチは、光遮断器駆動回路によって「トリガ」される。電力端子を横切る電圧が逆転するとＳＣＲスイッチまたはトライアック・スイッチがオフに切り換わる。このスイッチの挙動はＳＣＲスイッチおよびトライアック・スイッチのための制御回路を簡略化することが可能である。これらのタイプのスイッチを使用する重要な態様は、ＳＣＲおよびトライアックを含むこれらの「短絡用」スイッチが、それらの主導通経路の両端に印加されるＡＣ電圧がゼロ近く、および／または逆極性に振れると自動的にオフに切り換わることである。場合によっては、短絡用スイッチ（Ｓ１〜Ｓ８）はソリッドステート・リレーまたはソリッドステート・ラッチの一部であることが可能である。
【００３２】
図６Ｃ１、６Ｃ２、および６Ｃ３は３通りの異なる挙動を備えた３タイプのスイッチ（Ｓｉ）を示している。図６Ｃ１のタイプのスイッチＳｉはスイッチ制御器から「オン」の信号を受けるとオンに切り換わる（そしてその状態に留まる）。同じこのスイッチはスイッチ制御器から「オフ」の信号を受けるとオフに切り換わる（そしてオフに留まる）。バイパス用または短絡用スイッチをオンに切り換えることおよびオフに切り換えることの両方を制御信号がスイッチ制御器から要求される。このタイプのスイッチの範例は電気機械的リレーである。
【００３３】
図６Ｃ２は「トリガ」型のスイッチ（Ｓｉ）を示している。このスイッチは制御信号が受け取られてゲートに印加されるとオンに切り換わる（閉になる）。このスイッチはスイッチの両端の（Ｖ＋端子とＶ−端子の間の）電圧が負になるか、またはスイッチを流れる電流が最小限度の値よりも下に下がるとオフに切り換わる（開になる）。ＳＣＲおよびトライアックはこれら「トリガ型」および「ライン整流型」スイッチの範例である。これらのスイッチは自己消滅型であり、ドライバ回路／制御回路を簡単にする。
【００３４】
図６Ｃ３は「非ラッチ型」もしくは「閾値型」のスイッチを示している。このスイッチは制御信号の電圧が「オン切り換え」の閾値を超えるとオンに切り換わる（閉になる）。このスイッチは制御信号の電圧が「オフ切り換え」の閾値よりも下に低下するとオフに切り換わる（開になる）。ソリッドステート・スイッチまたは非ラッチ型リレーはこのタイプのスイッチの範例である。
【００３５】
図７の波形は本発明を具現化するＬＥＧの動作を説明するのに役立つ。波形Ａは、ＷＥＣが置かれる水域の波によって駆動されるＷＥＣでおそらく遭遇されるであろうＰＭＡ３０の正弦曲線運動を示唆している。波形Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、およびＧはＰＭＡがコイルの上または近傍を通過するときに個々のコイルの両端に作り出される電圧を例示している。
【００３６】
図７の波形Ｈは、本発明を具現化するコイルのスイッチングが使用されるときに電力端子（３１０、３１２）の間に見られる複合もしくは合計の電圧を表わす。すなわち、不活性のコイルが短絡され、その一方で「活性の」コイルがライン３１０と３１２に接続される。図７の波形Ｉは本発明のコイルのスイッチングの恩典を伴なわずに、電力端子の間に見られる先行技術による複合の電圧を表わす。励起されたコイルだけが出力電力ラインの間で切り換えられるときに電力端子（３１０、３１２）の間に発生する電圧（例えば波形Ｈ）は、すべてのコイルが電力ラインにわたって直列に接続されるときの波形Ｉに示されるそれよりも大きい振幅である。したがって、波形ＨとＩの比較は本発明を具現化するシステムによって作り出される電圧の振幅が先行技術によるシステムで得られるそれよりも大幅に大きいことを示す。その結果、電力損失を減らすことによって、本発明を具現化する回路で大幅な恩典が得られる。
【００３７】
図７Ａは「閾値」型のスイッチで予期される挙動を示している。図７Ａの波形Ａは活性のコイル（例えばコイルＬ１）の両端で作り出される理想化されたＡＣ電圧を示している。コイルＬ１のコイル電圧がＶｏｎ１に等しい電圧に上昇すると、波形Ｂに示されるようにコイル電圧感知出力を感知する感知回路が「ｈｉｇｈ」になる。コイル電圧がＶｏｆｆ１よりも下に低下するとコイル電圧感知出力は、コイル電圧がＶｏｎ２を超えるまで「ｌｏｗ」になる。出力される感知電圧がｈｉｇｈであると、活性のコイルに近接していない不活性のコイル（例えばコイルＬ６、Ｌ７、およびＬ８）のための制御電圧は波形Ｃに示されるように「ｈｉｇｈ」もしくは「オン」になり、これらのコイルの両端に接続されたバイパス用（短絡用）スイッチがオンに切り換えられ、これらのコイルを短絡させてこれらのコイルの電圧をｌｏｗにさせる。活性のコイルによって発生した電流が不活性のコイルの抵抗およびインダクタンスを通過するせいで、これら不活性のコイルの電圧は初期ではｈｉｇｈである。活性のコイルの電圧が別の電圧閾値Ｖｏｆｆ２よりも下に低下するとこの過程は逆転される（すなわち不活性のコイル・スイッチがオフに切り換わる）。波形Ｄは、電圧感知の仕組みを使用すると活性のコイルの両端の電圧がＶｏｎ１またはＶｏｎ２に到達するまである程度の電流が不活性のコイルを通って流れることを示している。結果として、ある程度の電力消耗があるが、しかしそれは極めて限られている。
【００３８】
図７Ｂは「トリガ型」もしくは「ライン整流型」のスイッチで予期される挙動を示している。図７Ｂの波形Ａは、図７Ａの波形Ａに類似した理想化されたコイル電圧を示している。このコイル（コイルＬ１）の電圧がＶｏｎに等しい電圧に上昇するとこのコイル（コイルＬ１）の電圧を感知する回路が波形Ｂに示されるように「ｈｉｇｈ」になり、活性のコイルに近接していない不活性のコイル（例えばコイルＬ６、Ｌ７、およびＬ８）のための制御電圧が波形Ｃに示されるように「ｈｉｇｈ」もしくは「オン」になる。これら不活性のコイルのバイパス・スイッチがオンに切り換えられると、これらのコイルの電圧はｌｏｗになる。不活性のコイルの抵抗およびインダクタンスを通過する電流のせいで、これら不活性のコイルの電圧は初期ではｈｉｇｈである。スイッチ装置の性質に起因して、電流が「保持」電流よりも下に低下するかまたは装置の電力端子を横切る電圧が逆転するかのどちらかまでスイッチはオンに留まるであろう。トリガ型もしくはライン整流型のスイッチを使用すると、オフ切り換え制御信号は不要な場合がある。
【００３９】
図８Ａは、ＷＥＣシステム内でＩＣＡ２０に平行して配置される追加の「位置感知用」コイル・アセンブリ８００が、電力発生用コイル・アセンブリ２０の傍を通るときのＰＭＡ３０の位置を感知するために使用されることが可能であることを例示している。アセンブリ８００内の位置感知用コイル（ＬＰ１からＬＰ８）は、図９、９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、１１、および１２の中で使用される短絡用スイッチおよび／またはバイパス・スイッチをオンオフ切り換えするために使用される制御信号を発生させるために図５、５Ａ、６Ａ１、および６Ａ２に示されたタイプの様々なモジュールへと結合させられることが可能な信号を作り出す。
【００４０】
図８Ｂは、コイルを横切って移動するときのＰＭＡ３０の位置（および方向）が感知されることを可能にするために１つまたは複数の発光素子（８０１）がＰＭＡ３０に取り付けられることが可能であり、かつ光受容器／センサ８０３がコイルに沿ってかつコイルに連結されることが可能であることを例示している。この情報を図５に示されるような制御論理モジュール、または図５Ａに示されるようなプロセッサに供給することは、外郭構造５（すなわちＩＣＡ２０）に相対したシャフト３（すなわちＰＭＡ３０）のスピードの計算を可能にし、この計算は、適切な時間にスイッチングさせるためのスイッチの準備を含めた選択されるシステム機能のために使用されることが可能である。場合によっては、発光素子がコイルに取り付けられ、光センサがＰＭＡに取り付けられることが可能である。
【００４１】
磁気的および光学的感知の仕組みに加えて、容量性の感知法がＰＭＡ３０の位置を感知するために使用されることが可能である。
【００４２】
図８Ｃは、１つまたは複数の発光素子（８０３）、位置をコード化された光学素子、および光受容器／センサ８０４で構成された「絶対」位置センサ８０５を使用してＰＭＡ３０の位置が判定されることが可能であることを例示している。位置と方向に応じてコイルのスイッチをオンオフ切り換えするために制御信号を送信する内蔵型制御器に位置情報を供給するために光センサが使用されることが可能である。比較的正確な方式でＰＭＡの位置を感知するための構成の使用は、たとえ電圧感知回路を使用するケースに関して見られる限られた電力消費ですらさらに削減されるようにスイッチのオン切り換えおよびオフ切り換えのタイミングが生じることを可能にする。
【００４３】
上記の図１から８では、インダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）の構造は「タップ引き出し型」直列接続コイル構造と称されることが可能である。すなわち、コイル・アセンブリは多数のタップ（例えば図３Ａに示されるようなＸ０〜Ｘ８）を備えた単一のコイルと見なされることが可能である。「タップ引き出し型」の構造では、各々のコイル区分が第１の端部（Ｘｉ１）と第２の端部（Ｘｉ２）を有するコイル（Ｌｉ）を有し、１つのコイルの第２の端部が隣接する続きのコイルの第１の端部へと接続される。
【００４４】
「タップ引き出し型」のＩＣＡは図９に示されるように相互接続されることもやはり可能である。この構成では、８個の直列接続されたコイル（Ｌ１〜Ｌ８）の各々のタップ（Ｘ０〜Ｘ８）は、コイルのタップを（ａ）出力ライン３１０に共通のｈｉｇｈ側（Ｈ）、（ｂ）フローティング接続として示される中間接続（Ｎ）、または（Ｃ）出力ライン３１２に共通のｌｏｗ側（Ｌ）のいずれかに連結することが可能な３方向スイッチ（Ｔ０〜Ｔ８）の中央の極に連結されて示される。負荷または電力変換器５２０がライン３１０と３１２の間に接続される。
【００４５】
スイッチＴ０〜Ｔ８の閉位置を選択することによって、任意の選択された数の一連のコイルが低インピーダンスのスイッチ接続を介して負荷の両端に接続されることが可能である。この構成で、各々の選択されたコイル（１つのコイルだけが選択される場合）、または一連の選択されたコイル（複数のコイルが選択される場合）は２つのオンに切り換えられたスイッチを介して出力ライン３１０と３１２の間の負荷の両端に接続されることが可能である。したがって、長いインダクション・コイル・アセンブリのケースではこの構成は活性のコイルを伴なったさらに少ない直列のスイッチに結果としてつながり、したがってさらに効率的になるであろう。
【００４６】
また、図３〜８に示された構成とは対照的に、図９に示されたタイプの回路では図９Ａに概略で例示されるように、選択されない（すなわち活性化されていない、または励起されていない）コイルは開回路にされる。これは選択されないコイルを回路短絡することを上回る利点を有することが可能である。開回路の構成では選択されないコイルの中を本質的に電流が流れない。それとは対照的に、選択されないコイルが短絡されるケースでは、たとえこれらのコイルに誘導される電圧が相対的に低くても比較的大きな短絡電流が短絡されたコイルに流れることが可能である。
【００４７】
図９のＬＥＧ回路は図９Ｂに示されるように実施されることが可能である。各々のコイル（Ｌｉ）が第１の端子（Ｘｉ１）と第２の端子（Ｘｉ２）を有するタップ引き出しコイルの直列構造では、（ａ）選択的に有効化／無効化されるスイッチ（Ｓ０Ａ〜ＳＮＡ）が各々のコイル端子と出力ライン（例えば３１０）との間に接続され、（ｂ）選択的に有効化／無効化されるスイッチ（Ｓ０Ｂ〜ＳＮＢ）が各々のコイル端子と他方の出力ライン（例えば３１２）との間に接続される。前と同様に、電力変換器として図示された負荷５２０は、出力ライン間に接続される。上記で検討されたように、ＰＭＡ３０がコイル・アセンブリを横切って移動するとき、選択されたコイルが活性化され、選択されたコイルに対応する２つのスイッチがこの選択されたコイル（または直列に接続されたコイル）を出力ラインの間に連結する。例えば、もしもコイルＬ１だけが活性化または選択されれば、（ａ）Ｘ１１に発生した電圧がＸ１２での電圧に相対して正であると、スイッチＳ０ＡおよびＳ１Ｂが閉にされ（すなわちオンに切り換えられ）、他のすべてのスイッチが開にされ（すなわちオフに切り換えられ）、（ｂ）Ｘ１２での電圧がＸ１１での電圧よりも正であると、スイッチＳ１ＡおよびＳ０Ｂが閉にされ（すなわちオンに切り換えられ）、他のすべてのスイッチが開にされる（すなわちオフに切り換えられる）。その後、コイルＬ２からＬＮがフローティングにされて開回路として動作させられ、図９Ａに示されるようにそれらは効率的に回路から接続を外される。もしもコイルＬ２とＬ３が活性化かつ／または選択された場合、（ａ）スイッチＳ１ＡとＳ３Ｂが閉にされて他のすべてのスイッチが開にされるか、または（ｂ）スイッチＳ１ＢとＳ３Ａが閉にされて他のすべてのスイッチが開にされるかのどちらかである。このようにして、あらゆるときにコイルＬ２とＬ３は２つのオンに切り換えられたスイッチを介して出力ライン３１０と３１２の間に直列に接続されるであろう。この過程はすべての組合せおよびケースについて繰り返されるであろう。もしもコイルＬ３、Ｌ４、およびＬ５が活性化または選択された場合、スイッチＳ２ＡとＳ５Ｂが閉にされ（オンに切り換えられ）、残りのスイッチは開にされる（オフに切り換えられる）であろう。
【００４８】
本発明を実践するために使用されることが可能なスイッチのタイプは上記で検討されたタイプのスイッチ、またはいずれかの他の適切なスイッチであることが可能である。スイッチを有効化するための回路もやはり上記で検討されたタイプ、またはいずれかの他の適切な回路であることが可能である。
【００４９】
出願人の発明はまた、「分節化」インダクション・コイル・アセンブリまたは「分節化」ＩＣＡ２０ｂと称されることが可能な図１０Ｂに示されるタイプのＩＣＡ構造にも応用可能である。この構成では、各々のコイルはいずれの他のコイルにも固定して接続されない第１と第２の端部（端子）を有する。この分節化もしくは分離型構造は付加的な柔軟性を提供し、多様な構成と動作モードを獲得するように設計者がスイッチ回路を介してコイルを接続することを可能にする。
【００５０】
分節化ＩＣＡは図１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、およびコイルが出力ライン３１０と３１２の間に並列構造で接続されることが可能なことを示す同等の概略図１１Ｄに示されるように相互接続されることが可能である。この構成で解決されるべき問題は、「活性化」または「励起」されていないコイルが出力ライン間の短絡回路または極めて低インピーダンスの経路として機能し、したがって励起されたコイルによって発生したエネルギーを消費することである。したがって、上述された直列のコイル構成のケースのように、励起されていない、もしくは不活性のコイルをバイパスするのではなくそれらを外す（開にする）必要がある。これら並列の構成では、本質的に各々のコイル（Ｌｉ）はそれに対応するスイッチ（Ｓｉ）を介して出力ライン３１０、３１２の間に連結される。コイルに沿って移動するＰＭＡ３０のＩＣＡ２０に相対した位置によって制御される順序で各々のスイッチ（Ｓｉ）がそれに対応するコイルを回路の中または外へと切り換えるようにコイルが配置される。並列構成での「連結用」または「分断用」スイッチのオンオフ切り換え（直列構成のケースでの短絡またはバイパスに代えて）は、直列構成に関して上述されたそれに類似した方式で制御されることが可能である。
【００５１】
分節化ＩＣＡの代替の相互接続は図１２、およびさらに概略的な方式で図１２Ａに示されている。図１２および１２Ａの構成では、各々のコイル区分（Ｌ１〜Ｌ８）はスイッチ（Ｓ２ｉ）によって隣りの区分へと接続されることが可能である。各々のコイル区分（Ｌｉ）は２つの端部（Ｘｉ１、Ｘｉ２）を有する。各々のコイルの２つの端部（例えばＸｉ１、Ｘｉ２）は図９Ｂのスイッチ構成と同様に２つのスイッチの中点に連結される。各々のコイルの一方の端部（Ｘｉ１）はスイッチＳｉＡを介して出力ライン３１０へと連結され、かつスイッチＳｉＢを介して他方の出力ライン３１２へと連結される。各々のコイルの他方の端部（Ｘｉ２）はスイッチＳｉＣを介してライン３１０へと連結され、かつスイッチＳｉＤを介して出力ライン３１２へと連結される。これらのスイッチは１つまたは複数のコイルの選択を可能にし、選択されたコイルを直列に接続することを可能にし、選択されたコイルが２つのスイッチの低インピーダンスを経由して電力変換器５２０もしくはいずれかの他の適切な負荷の両端に接続されることを可能にする。選択されないコイルは本質的に開回路にされ、効率的にバイパスされる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】先行技術によるリニア発電機（ＬＥＧ）の永久磁石アセンブリとコイル・アセンブリの具体例を示す概略図である。
【図２】先行技術によるＬＥＧの永久磁石アセンブリとコイル・アセンブリの象徴的な表現を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一態様に従って、インダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）の区分の両端に接続された短絡用スイッチを備えたＬＥＧを示す概略図である。
【図３Ｂ】本発明の一態様に従って、インダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）の区分の両端に接続された短絡用スイッチを備えたＬＥＧを示す概略図である。
【図３Ｃ】本発明の一態様に従って、インダクション・コイル・アセンブリ（ＩＣＡ）の区分の両端に接続された短絡用スイッチを備えたＬＥＧを示す概略図である。
【図３Ｄ】波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）の中で本発明を具現化するＬＥＧを装着する多様な方式を例示する図である。
【図３Ｅ】波力エネルギー変換器（ＷＥＣ）の中で本発明を具現化するＬＥＧを装着する多様な方式を例示する図である。
【図４】本発明によるコイル・スイッチ回路を備えた単相のＬＥＧを具体的に示す概略図である。
【図５】本発明を具現化するＬＥＧシステムを示す概略図である。
【図５Ａ】本発明を具現化するＬＥＧシステムを示す概略図である。
【図６Ａ１】本発明によるＬＥＧのコイルを切り換えるための多様なスイッチング回路網を示すやや概略的なセミブロック図である。
【図６Ａ２】本発明によるＬＥＧのコイルを切り換えるための多様なスイッチング回路網を示すやや概略的なセミブロック図である。
【図６Ｂ】本発明によるＬＥＧのコイルを切り換えるための多様なスイッチング回路網を示すやや概略的なセミブロック図である。
【図６Ｃ】本発明によるＬＥＧのコイルを切り換えるための多様なスイッチング回路網を示すやや概略的なセミブロック図である。
【図６Ｃ１】本発明を実践する上で有用なバイパス・スイッチの多様なタイプを示す図である。
【図６Ｃ２】本発明を実践する上で有用なバイパス・スイッチの多様なタイプを示す図である。
【図６Ｃ３】本発明を実践する上で有用なバイパス・スイッチの多様なタイプを示す図である。
【図７】本発明を具現化するＬＥＧの動作を具体的に示す波形図である。
【図７Ａ】ＩＣＡに付随するスイッチ回路のオン切り換えおよびオフ切り換えを制御するために電圧を感知する多様なモードを例示する図である。
【図７Ｂ】ＩＣＡに付随するスイッチ回路のオン切り換えおよびオフ切り換えを制御するために電圧を感知する多様なモードを例示する図である。
【図８Ａ】ＩＣＡに相対したＰＭＡの位置および方向を感知するための装置を示すやや概略的なセミブロック図である。
【図８Ｂ】ＩＣＡに相対したＰＭＡの位置および方向を感知するための装置を示すやや概略的なセミブロック図である。
【図８Ｃ】ＩＣＡに相対したＰＭＡの正確な位置および方向を感知するための装置を示すやや概略的なセミブロック図である。
【図９】選ばれなかったコイルが本発明に従って開回路状態にされることが可能である「タップ引き出し型」コイル構造を示す概略図である。
【図９Ａ】本発明に従って２つのコイルを選ぶ方法および残りをバイパスする方法を示す図９の構造の概略図である。
【図９Ｂ】図９の仕組みを実践するためのスイッチ回路を概略で表わす図である。
【図１０Ａ】本発明を実践することに使用するための「タップ引き出し型」インダクション・コイル・アセンブリ、および「分節型」インダクション・コイル・アセンブリをそれぞれ概略で表わす図である。
【図１０Ｂ】本発明を実践することに使用するための「タップ引き出し型」インダクション・コイル・アセンブリ、および「分節型」インダクション・コイル・アセンブリをそれぞれ概略で表わす図である。
【図１１Ａ】シャフトまたは外郭構造に沿って直線的に配置されているが電気的に並列構造で相互接続される「分節型」コイルのスイッチングを例示する図である。
【図１１Ｂ】シャフトまたは外郭構造に沿って直線的に配置されているが電気的に並列構造で相互接続される「分節型」コイルのスイッチングを例示する図である。
【図１１Ｃ】シャフトまたは外郭構造に沿って直線的に配置されているが電気的に並列構造で相互接続される「分節型」コイルのスイッチングを例示する図である。
【図１１Ｄ】シャフトまたは外郭構造に沿って直線的に配置されているが電気的に並列構造で相互接続される「分節型」コイルのスイッチングを例示する図である。
【図１２】本発明による相互接続された分節型ＩＣＡを示す概略図である。
【図１２Ａ】本発明による相互接続された分節型ＩＣＡを示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図６Ａ１】
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【図６Ａ２】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｃ１】
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【図６Ｃ２】
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【図６Ｃ３】
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【図７】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２】
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【図１２Ａ】
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【国際調査報告】
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