(57)【要約】  相変化パルスエンジンは、超伝導磁石と、電源およびコンデンサを有する制御回路とを備える。変化する磁場は、機械的駆動装置のための磁気結合を生成する。コンデンサが電源と、スイッチおよびタイミング制御回路を通じて磁石のコイルとに接続されることによって、初期にコンデンサを充電する。コンデンサからコイルを絶縁することで、コンデンサからの電流がコイルを通じて放電され、磁気結合を生成する。所定時間の後で、電気結合がコンデンサとコイルとの間で再確立され、コンデンサは再充電される。このことは、コイルから絶縁されたコンデンサでコイルに周期的に印加される電気エネルギのパルスを生成する。電気エネルギのパルスは、コンデンサ損失を補うメークアップエネルギーを有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
相変化パルスエンジンであって、前記相変化パルスエンジンは、
コンデンサと；
電源と；
超伝導磁石と；
前記コンデンサと前記電源とに接続された制御回路と
を備え、
前記超伝導磁石は、コイルと、磁化可能なコアとを有し、前記コイルを通じる電流の流れは、機械的駆動のための磁気結合を生成する磁界を生成し、
前記制御回路は、スイッチおよびタイミング制御回路を有し、
前記スイッチおよびタイミング制御回路は、前記コイルから絶縁された前記コンデンサによって前記コイルに周期的に印加される電気エネルギのパルスを、生成し、
電気エネルギの前記パルスは、コンデンサ損失により作成エネルギを含む、
相変化パルスエンジン。
【請求項２】
変動する前記磁界は、可動な機械要素と相互作用することによって、前記磁界が変動するにつれて動きを生成する、
請求項１記載のエンジン。
【請求項３】
前記スイッチおよびタイミング制御回路は、前記コイルを通る電流の流れの方向を変化させ、前記磁石の極性を反転させる、
請求項１記載のエンジン。
【請求項４】
前記スイッチおよびタイミング制御回路は、スイッチ制御回路の動作と同期することによって、前記電流が所定期間だけ前記コイルを流れることを可能にする、
請求項３記載のエンジン。
【請求項５】
前記磁石の極性は、一定であるが、その磁界の強度は、増減する、
請求項１記載のエンジン。
【請求項６】
前記電源は、直流電源である、
請求項１記載の相変化パルスエンジン。
【請求項７】
相変化パルスエンジンであって、
第１コンデンサと；
電源と；
超伝導磁石と；
制御回路と
を備え、
前記超伝導磁石は、コイルと、磁化されうるコアとを有し、前記コイルを通じる電流の流れは、機械的駆動のための磁気結合を生成する磁界を生成し、
前記制御回路は、前記第１コンデンサと、前記コイルと、前記電源とに接続し、スイッチおよびタイミング制御回路を有し、
前記スイッチおよびタイミング制御回路は、コンデンサコイルと前記電源との間の相互作用を支配し、
前記スイッチおよびタイミング制御回路は、
前記コイルを通じて前記第１コンデンサに電流が流れる第１状態と；
前記第１コンデンサが前記コイルから非接続となる第２状態と；
前記第１コンデンサが前記コイルに再接続され且つ電流が再び前記コイルを通じて再び
前記第１コンデンサに流れる第３状態と
を有する、相変化パルスエンジン。
【請求項８】
前記相変化パルスエンジンは、補助コンデンサを有し、
前記第１コンデンサは、前記補助コンデンサに放電される、
請求項７記載の相変化パルスエンジン。
【請求項９】
前記相変化パルスエンジンは、急速充電および放電バッテリを有し、
前記第１コンデンサからの残留電荷が前記急速充電および放電バッテリに流れることによって、前記第１コンデンサの飽和を避ける、
請求項７記載の相変化パルスエンジン。
【請求項１０】
前記相変化パルスエンジンは、補助コンデンサを有し、
前記第１コンデンサは、前記補助コンデンサに放電され、
前記補助コンデンサは、前記急速充電および放電バッテリに接続され、
前記補助コンデンサからの残留電荷が前記急速充電および放電バッテリに流れることによって、前記補助コンデンサの飽和を避ける、
請求項９記載の相変化パルスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ＰＣＴに基づく国際出願であり、本願は、２０１０年６月４日に庁提出された「相変化パルスエンジン」というタイトルの米国仮特許出願第６１／３１４，１７６号の利益を、米国特許法第１１９条（ｅ）下で、主張する。この関連出願は、参照により本明細書に組み込まれ、本出願の一部を形成する。この国際出願における発明の開示と、関連すると仮出願における発明の開示との間に競合が発生した場合、本願における開示が支配するものとする。また、本願において記載または参照された、任意およびすべての米国特許、米国特許出願、および他の文書は、ハードコピーまたは電子コピーにかかわらず、参照により本明細書に組み込まれ、この出願の一部となる。
【０００２】
語句「備える」、「有する」、「包含する」、「含む」、およびそれらの他の形態は、意味的に同じであることと、オープンエンドであることとを意図されている。この意味において、これらの単語の任意の１つに従う１または複数のアイテムは、そのような１または複数のアイテムの包括的なリストであるようには意図されず、リスト化された１または複数のアイテムのみに限定されるようにも意図されていない。
【０００３】
発明者は、非常に効率的であるエンジンを作るための手段として、超伝導体を用いた相変化パルスエンジンを発明した。
【背景技術】
【０００４】
発明者は、非常に効率的であるエンジンを作るための手段として、超伝導体を用いた相変化パルスエンジンを発明した。このエンジンに使用することができる適当な超伝導体は、例えばＮｂおよびＳｎやＮＢおよびＴｉの金属合金や、金属である。ワイヤの形で超伝導体は、コアの周囲に巻回されている。コイルワイヤ−コアアセンブリは、冷却液用容器内に位置する。容器は、電流がゼロ抵抗またはほぼゼロ抵抗でワイヤを流れることを可能にするように、ワイヤを過冷却温度に保持する。典型的には、この温度は、１３５Ｋ（ケルビン）以下である。より良い超伝導材料が開発されるにつれて、この閾値温度は、上昇する。コアは、例えば鉄のような磁性材料を含みうる。この背景の説明は、先行技術を説明するようには意図されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０５６９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
発明者の相変化パルスエンジンは、「発明を実施するための形態」において議論される実施形態において説明される１以上の特徴を有する。以下のクレームは、先行技術と区別するために、発明者の相変化パルスエンジンを規定する。しかし、これらクレームによって表現されるように発明者の相変化パルスエンジンの範囲を限定することなく、一般的な用語において、幾つかではあるが必ずしも全てではないその特徴は、以下である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１つ目として、発明者の相変化パルスエンジンは、制御回路に電気的に接続された超伝導磁石を有する。制御回路は、機械駆動用の磁気結合を生成する磁石において、変動するまたは急速に変化する磁界を生成する。超伝導磁石は、コイルと磁化されうるコアとを有する。電流がコイルを通じて流れることによって、磁界を生成する。一定に保つ極性とと
もに電流を増減することによって、磁界は、増減される。
【０００８】
または、コイルを流れる電流の方向を遮断するかまたは逆にすることは、磁界を変動させたり急速に変化させたりする。電流の流れの方向を逆にすると、磁石の極性は変化する。
【０００９】
２つ目として、制御回路は、所定の容量を有する１または複数のコンデンサと、例えば直流電源である電源とを有する。１または複数のコンデンサは、電源と、スイッチおよびタイミング制御回路を介して磁石のコイルとに接続されている。このスイッチおよびタイミング制御回路（スイッチ制御回路とタイミング制御回路）は、１または複数のコンデンサと、コイルと、電源との間の相互作用を支配する。第１状態にあるスイッチおよびタイミング制御回路では、電流は、コイルを通じて少なくとも１つのコンデンサに流れる。第２状態にあるスイッチおよびタイミング制御回路では、１つのコンデンサは、コイルから遮断されている。第３状態にあるスイッチおよびタイミング制御回路では、１つのコンデンサは、コイルに再接続され、電流は、再びコイルを通じて再びコンデンサに流れる。コンデンサは、このように瞬間的にコイルから遮断され、電気的にコンデンサからコイルを絶縁し、磁界が少なくとも部分的に壊れることによって磁石における変動または急速に変化する磁界を生成する。スイッチおよびタイミング制御回路は、コイルを通じて流れる電流の方向を変えることによって、磁石の極性を変化させうる。コンデンサはそして、放電され且つコイルに再接続され、コンデンサに蓄積されたエネルギは、コイルにリダイレクトされる。コンデンサを放電し、コンデンサをコイルから遮断し、そしてコンデンサをコイルに再接続するこのサイクルは、連続して繰り返され、磁界を変動させることによって本発明のエンジンをパルス駆動させる。
【００１０】
３つ目として、コンデンサは、所定の最大容量を有し、その最大容量まで充電されうるが、通常の場合、初期には、その最大値よりも小さい容量に充電されている。コンデンサの初期の充電状態がどうであれ、コイルから遮断され放電された後には、ほとんどの電気エネルギは、コイルに戻される。しかし、主にコンデンサの構造により、エネルギ損失が存在する。さらに、必ずしもすべてのエネルギは、コンデンサから排出されない。これらの損失を補うために、電源からの追加のエネルギは、コイルへのコンデンサの再接続時に提供される。必要に応じて、急速充電および放電バッテリは、制御回路に含まれてもよく、コンデンサやキャパシタに格納されている任意の残留エネルギは、制御回路に向かって流れ出す。コンデンサは、その初期充電と同じまたは異なるレベルに再充電されるが、理想的には、初期充電と実質的に等しいレベルに再充電される。
【００１１】
４つ目として、スイッチおよびタイミング制御回路は、タイミングを調整することによって実質的にすべてのエネルギ損失を補うために上述のように制御された方法で、制御回路の動作に同期することによって電流が所定の期間だけコイルを通じて循環することを可能にする。
【００１２】
５つ目として、制御回路は定期的にコイルから絶縁されたコンデンサでコイルに印加される電気エネルギのパルスを、生成する。電気エネルギのこのパルスは、コンデンサに起因するエネルギ損失に実質的に等しい十分なメークアップエネルギーを含む。
【００１３】
これらの特徴は、特定の並び順にリストされるわけでもなく、このリストは、包括的であることを意図しているわけでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
発明者の相変化パルスエンジンの或る実施形態は、例示のみを目的としている添付の図面に関連して詳細に説明されている。この図面は、発明者の相変化パルスエンジンの一実
施形態を示す模式図である図１を、含む。
【図１】発明者の相変化パルスエンジンの一実施形態を示す模式図。
【図２】発明者の相変化パルスエンジンの一実施形態を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示すように、発明者の相変化パルスエンジンの一実施形態は、符号１０で示されている。この実施形態は、コイル１２と、磁化および非磁化可能なコア１４を含む超伝導磁石１１と、電気回路２０とを備えている。コア１４は、互いに反対の極＃１と＃２とを有する。各極＃１および＃２における磁場の強さは、増加または現象し、その極性は、逆になりうる。電流が磁石１１を流れると、発明者のエンジン１０は、機械的駆動装置３０を作動させる磁気結合を生成する。発明者のエンジン１０における磁石１１は、例えば、液体窒素の７７度ケルビンや、液体へリムの４度ケルビンなどの多くの異なる液体によって冷却されうる。冷却剤は、配線で使用される材料（または、電磁力を利用するためのレール・ガンまたは他の構成を使用した場合の導電性の金属）に依存する。エンジンの電気消費量は、発明者のエンジン内の電流のパルスやスイッチ／タイミング制御により、最小化される。
【００１６】
超伝導磁石１１は、例えば１３５度ケルビンよりも低い温度にコイル１２を冷却する冷却剤を保持する容器１３内に位置する。発明者のエンジン１０では、磁場が最初に生成され、崩壊され、そして電気回路２０内のコンデンサ２２の放電を通じて再生成される。このコンデンサ２２は、所定の容量を有し、繰り返し放電することによって電流パルスを生成することが可能である。電流パルスがコイル１２を流れることによって、磁気結合を生成する磁場を生成する。電流の流れは、スイッチングサブ回路２９ａとタイミングサブ回路２９ｂとを有する共に結合されたスイッチおよびタイミング制御回路２９によって、制御される。電流の初期パルスがコイル１２に導入された後で、スイッチ機構２６を操作するスイッチングサブ回路２９ａは、コイル１２とコンデンサ２２との互いの接続を遮断する。所定時間後に、タイミング（サブ）回路２９ｂは、コイル１２とコンデンサ２２との間の接続を再確立する。スイッチ機構２６は、４つのスイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを有する。
【００１７】
コイル１２を流れる電流を遮断すること（または方向を反転させること）は、変動する磁場を生成する。変動する磁場は、機械的駆動装置３０に動力を提供する発明者のエンジン１０の駆動力を生成する。機械的駆動装置３０は、磁場が変動するにつれてモーションを生成するために変化する磁界と相互作用する要素を含む。例えば、変化する磁場は、磁石１１の第１磁極の次のＮ極３０ｂで位置合わせされたロッド３０ａの端部における磁石で、ロッド３０ａを駆動しうる。ロッド３０ａは、電流が一方向に流れた場合に磁石１０の第１磁極に向かって引っ張られ、電流が止まるまたは反対方向に流れた場合に反発する。または、機械的駆動装置３０のインタラクティブな要素は、電動機や発電機のロータなどの連続的な回転装置であってもよい。電気回路２０は、たとえば直流電源である電源２４と、スイッチングサブ回路２９ａおよびタイミングサブ回路２９ｂの制御下で電源に接続されるコンデンサ２２とを備える。スイッチングサブ回路２９ａは、他のスイッチを閉じている一方で１つのスイッチをオープンにするようにスイッチ２６ａおよび２６ｂを操作し、本質的に同じ瞬間に両方をオープンにするようにスイッチ２６ｃと２６ｄを操作する。スイッチング回路２９ａと相互作用するタイミングサブ回路２９ｂはまた、スイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの操作を制御することによって、コイル１２とコンデンサ２２との間の電流の流れを支配する。並列に接続された補助コンデンサ２２ａが存在する。これらの補助コンデンサ２２ａは、スイッチ２６ａに接続された入力端子と、ダイオード２５ａを介してスイッチ２６ｄに接続されたそれらの出力端子とを有する。スイッチ２６ｂは、ダイオード２５ｂを介してコイル１２に接続されている。ダイオード２５ａ，２５ｂは、電流の流れの方向を制御する。すなわちコイル１２からコンデンサ２２，２２
ａへの一方向のみである。コンデンサ２２からコイル１２への電流パルスそれぞれで、コイル１２とコンデンサ２２との間の接続は、壊れたり、再確立されたりする。例えばコイル１２を通じて電流の流れる方向を逆にして磁石１１の第１極の極性を変えることによって、磁場を崩壊させる。コンデンサ２２が放出される補助コンデンサ２２ａは、急速充電および放電バッテリ２７に接続しうる。コンデンサ２２および２２ａの残留電荷が存在しうる。この残留電荷は、コンデンサを放電した後にバッテリ２７への接続時に飽和を避けるために、排出される。
【００１８】
コンデンサ２２は、最初は充電され、そしてタイミング回路は、スイッチ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄの構成が変更されることを引き起こし、変動磁場を生成するためにコイル１２に電流パルスを放電する。磁石１１におけるエネルギ損失は、その超伝導により基本的にない。発明者のエンジン１０の動作における正確な瞬間に、同時に動作するタイミングサブ回路２９ｂとサブ回路２９ａとは、コイルとコンデンサとを非接続にし、電流がコンデンサ２２に流れコイルに印加されるようにする。コイルは、たった今閉じられたスイッチ２６ｂを介してコンデンサに再接続されることによって、既に放電されたコンデンサを再充電する。通常、或る損失が存在し、したがってコンデンサ２２は、コイルに電気の放電をリダイレクトする時に、その初期容量未満にのみ再充電される。タイミングサブ回路２９ｂの制御の下で、スイッチ２６ｃを通じて電源２４は、コイル１２を介してコンデンサ２２への追加電流を印加する。コンデンサ２２の充電および放電（またはファイアリング（ｆｉｒｅｉｎｇ））は、スイッチおよびタイミング制御回路２９の制御の下で継続的に繰り返される。他の実施形態では、磁石１１の極性は一定であるが、その磁界の強度は、増加、減少する。
【００１９】
電気の流れと磁気変動、またはパルスを操作するために、個別にまたは一緒に使用されうる３つの要素がある。
１．コンデンサ２２は、電気の離散的な量が超伝導磁石１１を介して送信されるように、電子の流れをパルス化するために用いられうる。たとえば、電気の離散的な量は、コンデンサ２２への初期充電にほぼ等しい、または小さい、または大きい。電気がコンデンサ２２に再入力されると、パルスは止まる。なぜならば、パルスは、抵抗と蓄電においてエネルギを損失するからである。そしてちょうど十分な電気エネルギが、（たとえばその初期充電を超えて）エンジン１０に追加され、そして放電する。これは次々と繰り返され、コンデンサに入力されると本質的にエネルギを失う。このサイクルを引き起こすことができる他のシナリオ、つまりはるかに少ない電子を導入し、そしてコンデンサが放電できるのに十分な電子を追加するシナリオがある。または、より多くの電子の導入がある場合を除き、コンデンサが放電しないように、ほとんどまたははるかに大量の電子と、コンデンサの前または後の抵抗とを有する。
【００２０】
２．パルシング、または水晶発振、またはスイッチ制御回路の他の形式、例えば電流をオン／オフするダイオード。
３．回路を再ルーティングする電子スイッチまたは物理スイッチ（実際に、電気が他の回路に再ルーティングされることによって初期の超伝導磁石コイルが短時間でエネルギを損失しこのエネルギが他の回路に導かれるように、スイッチを切る）。スイッチは、同じ超伝導磁石１１の周囲に巻回されている他のコイルに電子を送ることができる。このコイルやワイヤは、逆の磁場を達成するために、反対方向に巻回される。スイッチングは、ダイナモを最も良く回転させたりピストンをも良く上下させたりする磁場変動を達成するように、行き来する（オンオフする）であろう。電気は、コンデンサまたは他の蓄電装置に格納されてもよく、回路内のスイッチは、同じコイルの反対側に切替電子を反対方向に流すことによって、逆磁界を引き起こしうる。スイッチがオンオフすることによって交流磁場を作成し、交番（ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ）の速度は、特に発明者のエンジン１０の最高の性能のために設定されるであろう。
【００２１】
当然、どんなエンジン内でも、１または複数の領域に円形状に配列されたこれらの超伝導磁石のいくつかがありうる。議論されたこれら個々のユニットは、任意の複数且つ電気エンジンの動作を容易にする任意のパターンに、配置されうる。希土類磁石または任意の十分に強力な磁石は、タービンとして、超冷却された磁場とともに使用されうる。そのような強力な磁石は、タービンの側面に位置する外部磁石とともに、またはピストンとともに、またはピストンが引き付けられるまたは反発される磁性板とともに、使用されうる。上記の３つの別々の方法は、磁場変動を有効にするために、ともにまたは任意の２つと組み合わせられる。発明者の相変化パルスエンジンは、ＬＴＳ（低温超伝導体）やＨＴＳ（高温超伝導体）のいずれも使用することができる。注：低温超伝導体の電子は、導電性材料が超伝導温度に保たれている限りおよび／または臨界磁場強度に達していない限り、流れ続ける。磁石が十分な充電状態に到達すると、超伝導体は、強い磁場を生成するために、低電圧および高電流を必要とする。超伝導の元の充電は、強い磁場強度への超伝導磁石を開始するために、磁場を維持するよりも多くの電気を必要とする。ＬＴＳとＨＴＳの超伝導体の両方は、このエネルギが回収され、利用可能な元の大量のエネルギとともに再リリースされることができるように、電子が妨げられていないこと、または相対的に妨げられていないことを可能にする。エネルギが一時的に流用され、またはエネルギが２以上の別々の超伝導電磁石システムどうしの間で共有され、または前述のように、同一のシステムではあるが交互に異なる方向にエネルギが再送されるスイッチングにおいて、このことはまた正しい。注：外部磁場を導入することによって電子が減速または増速される通常の電磁システムとは異なり、磁場の臨界レベルが超伝導電磁システムに導入されるまで、このようなことは発生しない。
【００２２】
上記の方法は、界磁磁束を作成することによって、機械駆動の可動部分とともに動きが発生する。そして材料、ワイヤ、またはピストン状の発射体の構造のようなレールガンの超伝導性質のために、電子の流れがパルス化され、磁場が中断される。
【００２３】
発明者のエンジン１０は、自動車に使用されてもよいが、このタイプの発電を必要とする他の車両、例えば電車や船舶や飛行機に、用いられてもよい。
（発明の範囲）
上記は、発明者が期待する相変化パルスエンジンを実行することとその様式との最良の形態の説明と、その製造方法と、使用方法とを、当業者が製造および使用できるように、明確、簡潔、かつ正確な用語において、示す。発明者の相変化パルスエンジンは、しかしながら、完全に同等である上述の例示的な実施形態からの変形例および代替構造の影響を受けやすい。したがって、発明者の相変化パルスエンジンは、開示された特定の実施形態に、制限されるようには意図されない。むしろ、発明者の意図は、以下の請求の範囲によって一般的に表現されるように、発明者の相変化パルスエンジンの主旨と範囲内に位置する変形例および代替構造をカバーしている。請求の範囲は、特に且つ明確に、本発明の主題をクレームしている。
【００２４】
発明者の位相変化パルスエンジンの別の実施形態では、コンデンサが超伝導磁石から電気を収集し、超伝導磁石とその回路を離した後に、電圧を昇圧するトランジスタが存在する。該トランジスタは、
【００２５】
【数１】
2013533722.tif 000002
が高電位に反して流れうるように、１または複数のバッテリ（または１つのコンデンサ
またはコンデンサバンク）を充電または再充電するために、電圧を昇圧する。つまり高ポテンシャルである。この１または複数の変換ユニットは、すべて各コンデンサ、または個々のコンデンサのいずれか１つの後に配置されうる。変換部（電圧を高めるために、発明者の電流を使用しているもの）は、ある種のトランジスタや従来の変圧器であってよい。ある種のトランジスタや従来の変圧器は、配線および磁石、または同様の機能を実行する任意の他の組み合わせである。或るケースでは、変圧器は、電圧の代わりに発明者のアンプを使用してもよい。
【００２６】
電位出力
【００２７】
【数２】
2013533722.tif 000003
変圧器が（コンデンサに蓄積された電圧）を増加させる理由は、より高い電位（より高い電圧）を有しうるバッテリを再充電する目的のため、またはコンデンサ中のそれらを収集するにおいて損失を整合させるために電圧を（直接）昇圧する超伝導磁石に、
【００２８】
【数３】
2013533722.tif 000004
を供給する場合に備えてのためである。
【００２９】
この実施形態では、ダイオードは、１または全てのコンデンサに入力する前に、１方向の
【００３０】
【数４】
2013533722.tif 000005
の流れを有するように使用されてもよい。そして
【００３１】
【数５】
2013533722.tif 000006
の逆の流れはなく、
【００３２】
【数６】
2013533722.tif 000007
は、コンデンサに向かって真っ直ぐに進む。この位相変化パルスエンジンの他の実施形態では、発明者のダイオードは、１または複数のコンデンサを入力する前には配置される
必要はない。
【００３３】
他の実施形態では、前述の実施形態のすべてのエンジンは、電圧が超伝導磁石の最大電圧能力を超えないことを確実にするために、超伝導磁石に入力する前に配置されたツェナーダイオードを有してもよい。
【００３４】
他の実施形態では、電圧増幅器、ダイオード、またはアンプブースターの３要素のいずれかが、必要な機能を実行する回路のいずれの場所に配置されてもよい。
【図１】
2013533722.tif 000008
【図２】
2013533722.tif 000009
2013533722.tif 000010
2013533722.tif 000011
2013533722.tif 000012
【国際調査報告】
2013533722.tif 000013
2013533722.tif 000014