(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械エネルギーと電気エネルギーとの間の変換を行うための電気機械変換器装置であって、当該電気機械変換器装置は、
ハウジングと、
前記ハウジング内に実質的に不動化された固定部とを含み、前記固定部が、
磁束を発生させるように動作可能な磁束発生器と、
前記磁束発生器が発生させる磁束を第１の磁気回路と第２の磁気回路の少なくとも１つを通って連結するように動作可能な１対の磁極片と、
電流を通電するように動作可能であり、かつ前記第１と第２の磁気回路の少なくとも１つと電磁的に相互作用するように配置されている少なくとも１つのコイルとを有するものであって、
前記固定部が、前記ハウジングに熱的に連結されて、前記固定部と前記ハウジングとの間に低熱抵抗の通路を提供して、前記変換器の動作の間に発生した熱の除去を許容するようになっており、
当該電気機械変換器装置は、
可動部を含み、前記可動部は、
前記第１の磁気回路を完成し、かつ第１のギャップによって前記１対の磁極片から分離されている第１の閉鎖片と、
前記第２の磁気回路を完成し、かつ第２のギャップによって前記１対の磁極片から分離されている第２の閉鎖片とを有し、
前記第１と第２の閉鎖片は、機械的に連結されており、かつ均衡位置の周りで前記１対の磁極片に対する往復運動を許容するように支持されており、前記往復運動は、前記第１と第２のギャップを変化させるように動作可能であり、これにより、前記第１と第２のギャップのうちの一方における増加が前記第１と第２のギャップのうちの他方において対応する減少を起こし、前記第１と第２のギャップの変動が、前記第１と第２の磁気回路の各々における磁気抵抗を変動させる
前記電気機械変換器装置。
【請求項２】
前記固定部が、前記磁束発生器と、前記１対の磁極片と、前記少なくとも１つのコイルとを支持する固定フレームを有し、前記固定フレームが、前記ハウジングに堅固に接続されている請求項１に記載の前記装置。
【請求項３】
前記固定フレームが、
前記固定部と前記ハウジングとの間の熱抵抗を低減させるために前記ハウジングの近傍に配置されている、拡張された表面積、
高熱伝導性材料から作られた少なくとも一部分、および
前記ハウジングに堅固に接続されている前記固定フレームの表面を経由する熱伝達の熱抵抗を低減させるために配置されるサーマルコンパウンド
のうち少なくとも１つを有する請求項２に記載の前記装置。
【請求項４】
前記磁極片が、前記固定フレームから電気的に絶縁されている請求項２に記載の前記装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのコイルが、外部の電気エネルギー源から電流を受け取るように、かつ前記第１と第２の磁気回路において前記磁束発生器が発生させる前記磁束と相互作用する電磁誘導による磁束を発生させるように動作可能にして、前記第１と第２の磁気回路の各々において磁束を変化させて前記固定部と前記可動部との間で発生する力が生じるものである請求項１〜４のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項６】
前記可動部が、前記往復運動を駆動するための外部機械力を受け取るように動作可能に構成されており、かつ、前記往復運動に起因する前記第１と第２の磁気回路の各々における抵抗の変動が、それぞれの前記第１と第２の磁気回路を通過する前記磁束を変化させて、前記少なくとも１つのコイルにおいて電磁誘導による電位を生じさせるものである請求項１〜５のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項７】
前記第１と第２のギャップが、約０．２５ｍｍの往復運動の振幅を容易にする寸法に規定されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのコイルと直列の少なくとも１つのコンデンサであって、前記少なくとも１つのコイルの反応性インピーダンス成分を実質的にキャンセルするように動作可能な反応性インピーダンス成分を提供する、前記少なくとも１つのコンデンサ、および
制御信号に応答して可変インピーダンス成分を提供する能動負荷回路であって、前記制御信号が、前記インピーダンス成分に前記少なくとも１つのコイルの前記反応性インピーダンス成分を実質的にキャンセルさせるように生成される、前記能動負荷回路
のうち１つをさらに有する請求項１〜７のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項９】
前記第１と第２の閉鎖片が、前記往復運動を許容するように動作可能な柔軟な懸架装置によって支持されている請求項１〜８のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項１０】
前記柔軟な懸架装置は、前記第１と第２のギャップの変動を促進する方向に揃えられた単一の自由度に、前記閉鎖片の前記往復運動を実質的に制約するように構成されている請求項９に記載の前記装置。
【請求項１１】
前記柔軟な懸架装置は、第１の柔軟な懸架装置を有し、かつ、前記単一の自由度以外の自由度における前記閉鎖片の運動を抑制しつつ、前記往復運動を許容するように構成されている第２の柔軟な懸架装置をさらに有する請求項１０に記載の前記装置。
【請求項１２】
前記第１の柔軟な懸架装置が管状バネを有し、かつ前記第２の柔軟な懸架装置が屈曲部を有する請求項１１に記載の前記装置。
【請求項１３】
前記管状バネが、同心円状の配置の、機械的に連結されて折り畳まれた管状バネを形成する第１の円筒形壁と第２の円筒形壁とを有しており、前記第１と第２の円筒形壁の少なくとも１つは、前記壁の間の前記機械的連結の近傍で外向きに裾広がりである請求項１２に記載の前記装置。
【請求項１４】
前記柔軟な懸架装置が、約５００Ｈｚの周波数における往復運動を促進するように構成されている請求項９〜１３のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１つに記載の前記電気機械変換器の２つを含む電気機械変換器装置であって、共通軸線上で背中合わせの構成で配置されており、これにより、動作中のそれぞれの前記電気機械変換器の各々の往復運動に起因する慣性力を実質的にキャンセルするものである前記電気機械変換器装置。
【請求項１６】
少なくとも１つの前記電気機械変換器の前記少なくとも１つのコイルと直列の少なくとも１つのコンデンサをさらに有しており、かつ前記少なくとも１つのコンデンサの静電容量が、それぞれの前記電気機械変換器の前記可動部間の差を電気的に補償するように選択されているものであって、前記差が、機械的剛性と質量体のうち１つを有する請求項１５に記載の前記装置。
【請求項１７】
少なくとも１つの前記電気機械変換器の前記少なくとも１つのコイルと直列の能動負荷回路をさらに有し、前記能動負荷回路が、制御信号に応答して可変インピーダンスを提供するものであって、かつ前記制御信号がそれぞれの前記電気機械変換器の前記可動部間の差を前記能動負荷に電気的に補償させるように生成されるものであって、前記差が、機械的剛性と質量体のうち１つを有する請求項１５に記載の前記装置。
【請求項１８】
少なくとも１つの前記電気機械変換器の前記可動部に連結されている調整質量体をさらに有し、前記調整質量体が、前記電気機械変換器のそれぞれの前記往復運動に起因する慣性力と釣り合うように選択されている請求項１５〜１７のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項１９】
前記磁束発生器が、永久磁石を有する請求項１〜１８のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項２０】
前記永久磁石が、アレイ状に配置されている複数の電気的に絶縁された磁性要素を有する請求項１９に記載の前記装置。
【請求項２１】
前記１対の磁極片が前記磁束発生器のいずれかの側に配置され、かつ前記少なくとも１つのコイルが、
前記磁束発生器の一方の側上の前記１対の磁極片の間の第１のコイルと、
前記磁束発生器の反対側上の前記１対の磁極片の間の第２のコイルと
を有している請求項１〜２０のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項２２】
前記第１と第２のコイルが直列に接続されている請求項２１に記載の前記装置。
【請求項２３】
前記磁極片および前記閉鎖片の少なくとも１つが、
アモルファス電磁鋼、
層間に絶縁を有する電磁鋼のスタック積層体、および
フェライト材
のいずれか１つを有する請求項１〜２２のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項２４】
前記閉鎖片は、可動フレームに堅固に取付られ、かつ前記可動フレームから電気的に絶縁されており、かつ前記可動フレームが、
前記可動部と前記ハウジングとの間の熱抵抗を低減させるために前記ハウジングの近傍に配置されている拡張された表面積、
高熱伝導性材料から作られた少なくとも一部分、および
前記閉鎖片から前記可動フレームへの熱伝達の熱抵抗を低減させるために配置されるサーマルコンパウンド
の少なくとも１つを有する請求項１〜２３のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項２５】
前記閉鎖片は、鳩尾形状の取付面を有しており、かつ前記可動フレームが、前記鳩尾形状の取付面に係合するように構成されて、前記閉鎖片を前記可動フレームに堅固に取り付けるものである請求項２４に記載の前記装置。
【請求項２６】
前記鳩尾形状の取付面は、前記閉鎖片の領域の遠位側に配置されて、これを通って前記変換器の動作中に前記磁束の実質的な部分が流れるものである請求項２５に記載の前記装置。
【請求項２７】
前記閉鎖片の前記鳩尾形状の取付面に前記可動フレームの対応する鳩尾形状の表面との係合を促すように動作可能なクランプをさらに有するものあって、これにより、対応する前記鳩尾形状の表面間の係合に起因する摩擦力が、往復運動中に前記閉鎖片が受ける力を超えるものである請求項２５に記載の前記装置。
【請求項２８】
前記ハウジングが、密封ハウジングを有する請求項１〜２７のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項２９】
前記密封ハウジングが、
水素およびヘリウムの少なくとも１つを有する気体、および
低減動作圧力の気体
の少なくとも１つを封入している請求項２８に記載の前記装置。
【請求項３０】
機械エネルギーと電気エネルギーとの間の変換を行う装置であって、当該装置が、
中心軸線の周りに配置されている、複数の、請求項１〜２９のいずれか１つに規定する前記電気機械変換器を有するものであって、
前記少なくとも１つのコイルが、前記複数の前記電気機械変換器の各々に共通であり、かつ前記複数の電気機械変換器の各々に関連する前記第１と第２の磁気回路の少なくとも１つと電磁的に相互作用するよう配置されているものである
前記装置。
【請求項３１】
前記複数の電気機械変換器が、中心軸線の周りにデルタ構成に配置されている３つの電気機械変換器を有する請求項３０に記載の前記装置。
【請求項３２】
前記中心軸線に沿って配置されている共通シャフトをさらに有するものであって、かつ前記電気機械変換器の各々の前記閉鎖片が前記共通シャフトに連結されている請求項３０〜３１のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項３３】
前記複数の前記電気機械変換器の各々の前記固定部が、それぞれの前記磁束発生器と、数対の磁極片と、前記少なくとも１つのコイルとを取り付けるための共通フレームを有する請求項３０〜３２のいずれか１つに記載の前記装置。
【請求項３４】
前記複数の前記電気機械変換器の各々の前記可動部が、それぞれの前記閉鎖片を取り付けるための共通の可動フレームを有する請求項３０〜３３のいずれか１つに記載の前記装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般的には電気機械変換器に関し、より具体的には機械エネルギーを電気エネルギーに変換する、および／または電気エネルギーを機械エネルギーに変換するための電気機械変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
２．関連技術の説明
電気機械変換器は、機械エネルギーと電気エネルギーの間のエネルギーの変換に一般に利用されている。例えば、外部の系が作り出す機械運動を電気機械変換器の可動部に連結すれば、変換器の端子間に電位差が生ずる。あるいは、電気機械変換器が端子経由で適切な電流を受け取ると、これに応答して可動部を運動させるようにしてもよい。この運動は、例えば、直線運動、回転運動、あるいは往復運動であってもよい。
【０００３】
「Ｓｔｉｒｌｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ  ｂｅｔｗｅｅｎ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ  ａｎｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｅｒｇｙ」と題する２０１１年１月１３日付発行のＳｔｅｉｎｅｒ  Ｔｈｏｍａｓ  Ｗ．らによるＰＣＴ国際特許公報ＷＯ２０１１／００３２０７は、往復運動を起こすように構成されていてもよいスターリングサイクル変換器を開示する。１つの実施形態において、往復運動は、約２００μｍの振幅と５００Ｈｚの周波数を有していてもよい。従来の電気機械変換器では、これらの駆動条件下では効率的な動作ができないかもしれない。
【発明の概要】
【０００４】
発明の概要
１つの開示された態様によれば、機械エネルギーと電気エネルギーとの間の変換を行うための電気機械変換器装置が提供される。当該装置は、ハウジングと、該ハウジング内に実質的に不動化された固定部（ｓｔａｔｉｃ  ｐｏｒｔｉｏｎ）とを含む。該固定部は、磁束を発生させるように動作可能な磁束発生器と、磁束発生器が発生させる磁束を第１の磁気回路と第２の磁気回路の少なくとも１つを通って連結するように動作可能な１対の磁極片と、電流を通電するように動作可能であり、かつ第１と第２の磁気回路の少なくとも１つと電磁的に相互作用するように配置されている少なくとも１つのコイルとを含む。該固定部は、ハウジングに熱的に連結されて、該固定部とハウジングとの間に低熱抵抗の通路を提供して、変換器の動作中に発生した熱の除去を許容する。また、当該装置は可動部を含み、該可動部は、第１の磁気回路を完成し、かつ第１のギャップによって１対の磁極片から分離されている第１の閉鎖片と、第２の磁気回路を完成し、かつ第２のギャップによって１対の磁極片から分離されている第２の閉鎖片とを含む。第１と第２の閉鎖片は、機械的に連結され、かつ均衡位置の周りで１対の磁極片に対する往復運動を許容するように支持されている。往復運動は、第１と第２のギャップを変化させるように動作可能であり、これにより、第１と第２のギャップのうちの一方における増加が第１と第２のギャップのうちの他方において対応する減少を起こし、該第１と第２のギャップの変動が、第１と第２の磁気回路の各々における磁気抵抗を変動させる。
【０００５】
固定部は、磁束発生器と、１対の磁極片と、少なくとも１つのコイルとを支持する固定フレームを含んでいてもよく、該固定フレームは、ハウジングに堅固に接続されている。
【０００６】
固定フレームは、固定部とハウジングとの間の熱抵抗を低減させるためにハウジングの近傍に配置されている拡張された表面積、高熱伝導性材料から作られた少なくとも一部分、およびハウジングに堅固に接続されている固定フレームの表面を経由する熱伝達の熱抵抗を低減させるために配置されるサーマルコンパウンドの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【０００７】
磁極片は、固定フレームから電気的に絶縁されていてもよい。
【０００８】
上記少なくとも１つのコイルは、外部の電気エネルギー源から電流を受け取るように、かつ第１と第２の磁気回路において磁束発生器が発生させる磁束と相互作用する電磁誘導による磁束を発生させるように動作可能にして、第１と第２の磁気回路の各々において磁束を変化させて固定部と可動部との間で発生する力が生じるようにしてもよい。
【０００９】
可動部は、往復運動を駆動するための外部機械力を受け取るように動作可能に構成されていてもよく、また、往復運動に起因する第１と第２の磁気回路の各々における抵抗の変動が、それぞれの第１と第２の磁気回路を通過する磁束を変化させて、少なくとも１つのコイルにおいて電磁誘導による電位を生じさせるようにしてもよい。
【００１０】
第１と第２のギャップは、約０．２５ｍｍの往復運動の振幅を容易にすることができる寸法に規定されていてもよい。
【００１１】
装置は、少なくとも１つのコイルと直列の少なくとも１つのコンデンサであって、該少なくとも１つのコイルの反応性インピーダンス成分を実質的にキャンセルするように動作可能な反応性インピーダンス成分を提供する該少なくとも１つのコンデンサ、および、制御信号に応答して可変インピーダンス成分を提供する能動負荷回路であって、該制御信号が該インピーダンス成分に該少なくとも１つのコイルの反応性インピーダンス成分を実質的にキャンセルさせるように生成される能動負荷回路のうち１つを含んでいてもよい。
【００１２】
第１と第２の閉鎖片は、往復運動を許容するように動作可能な柔軟な懸架装置によって支持されていてもよい。
【００１３】
柔軟な懸架装置は、第１と第２のギャップの変動を促進する方向に揃えられた単一の自由度に、閉鎖片の往復運動を実質的に制約するように構成されていてもよい。
【００１４】
柔軟な懸架装置は、第１の柔軟な懸架装置を含んでいてもよく、また、単一の自由度以外の自由度における閉鎖片の運動を抑制しつつ、往復運動を許容するように構成されている第２の柔軟な懸架装置をさらに含んでいてもよい。
【００１５】
第１の柔軟な懸架装置は、管状バネを含んでいてもよく、また、第２の柔軟な懸架装置は、屈曲部を含んでいてもよい。
【００１６】
管状バネは、同心円状の配置の、機械的に連結されて折り畳まれた管状バネを形成する第１の円筒形壁と第２の円筒形壁とを含んでいてもよく、該第１と第２の円筒形壁の少なくとも１つは、該壁の間の機械的連結の近傍で外向きに裾広がりであってもよい。
【００１７】
柔軟な懸架装置は、約５００Ｈｚの周波数における往復運動を促進するように構成されていてもよい。
【００１８】
上記の電気機械変換器のうち２つを含む電気機械変換器装置を共通軸線上で背中合わせの構成に配置して、これにより、動作中のそれぞれの電気機械変換器の各々の往復運動に起因する慣性力を実質的にキャンセルするようにしてもよい。
【００１９】
上記装置は、少なくとも１つの電気機械変換器の少なくとも１つのコイルと直列の少なくとも１つのコンデンサを含んでいてもよく、また、該少なくとも１つのコンデンサの静電容量は、それぞれの電気機械変換器の可動部間の差を電気的に補償するように選択されていてもよく、そして、該差は、機械的剛性と質量体のうち１つを含んでいてもよい。
【００２０】
上記装置は、少なくとも１つの電気機械変換器の少なくとも１つのコイルと直列の能動負荷回路を含んでいてもよく、該能動負荷回路は、制御信号に応答して可変インピーダンスを提供し、該制御信号は、それぞれの電気機械変換器の可動部間の差を能動負荷に電気的に補償させるように生成され、該差は、機械的剛性と質量体のうち１つを含むものである。
【００２１】
上記装置は、少なくとも１つの電気機械変換器の可動部に連結されている調整質量体（ｔｕｎｉｎｇ  ｍａｓｓ）を含んでいてもよく、該調整質量体は、電気機械変換器のそれぞれの往復運動に起因する慣性力と釣り合うように選択されている。
【００２２】
磁束発生器は、永久磁石を含んでいてもよい。
【００２３】
永久磁石は、アレイ状に配置されている複数の電気的に絶縁された磁性要素を含んでいてもよい。
【００２４】
１対の磁極片は、磁束発生器のいずれの側に配置されていてもよく、かつ、少なくとも１つのコイルは、磁束発生器の一方の側上の１対の磁極片の間の第１のコイルと、磁束発生器の反対側上の１対の磁極片の間の第２のコイルとを含んでいてもよい。
【００２５】
第１と第２のコイルは、直列に接続されていてもよい。
【００２６】
磁極片と閉鎖片の少なくとも１つは、アモルファス電磁鋼、層間に絶縁を有する電磁鋼のスタック積層体、およびフェライト材のいずれか１つを含んでいてもよい。
【００２７】
閉鎖片は、可動フレームに堅固に取付られ、かつ可動フレームから電気的に絶縁されていてもよく、また、該可動フレームは、可動部とハウジングとの間の熱抵抗を低減させるためにハウジングの近傍に配置されている拡張された表面積、高熱伝導性材料から作られた少なくとも一部分、および閉鎖片から可動フレームへの熱伝達の熱抵抗を低減させるために配置されるサーマルコンパウンドの少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００２８】
閉鎖片は、鳩尾形（ｄｏｖｅｔａｉｌ、蟻ほぞ）の形状の取付面を有していてもよく、また、可動フレームは、鳩尾形状の取付面に係合するように構成して、閉鎖片を可動フレームに堅固に取り付けるようにしてもよい。
【００２９】
鳩尾形状の取付面は、閉鎖片の領域の遠位側に配置されて、これを通って変換器の動作中に磁束の実質的な部分が流れるようにしてもよい。
【００３０】
前記装置は、閉鎖片の鳩尾形状の取付面に可動フレームの対応する鳩尾形状の表面との係合を促すように動作可能なクランプを含んでいてもよく、これにより、対応する鳩尾形の表面間の係合に起因する摩擦力が、往復運動中に閉鎖片が受ける力を超えるようにしてもよい。
【００３１】
ハウジングは、密封ハウジングを含んでいてもよい。
【００３２】
密封ハウジングは、水素およびヘリウムの少なくとも１つを含む気体、および低減動作圧力の気体の少なくとも１つを封入していてもよい。
【００３３】
他の開示された態様によれば、機械エネルギーと電気エネルギーとの間の変換を行う装置が提供され、当該装置は、中心軸線の周りに配置されている複数の上記規定の電気機械変換器を含むものであって、少なくとも１つのコイルが、複数の電気機械変換器の各々に共通であり、かつ該複数の電気機械変換器の各々に関連する第１と第２の磁気回路の少なくとも１つと電磁的に相互作用するように配置されている。
【００３４】
複数の電気機械変換器は、中心軸線の周りにデルタ構成に配置されている３つの電気機械変換器を含んでいてもよい。
【００３５】
上記装置は、中心軸線に沿って配置されている共通シャフトを含んでいてもよく、また、電気機械変換器の各々の閉鎖片は、共通シャフトに連結されていてもよい。
【００３６】
複数の電気機械変換器の各々の固定部は、それぞれの磁束発生器と、数対の磁極片と、少なくとも１つのコイルとを取り付けるための共通フレームを含んでいてもよい。
【００３７】
複数の電気機械変換器の各々の可動部は、それぞれの閉鎖片を取り付けるための共通の可動フレームを含んでいてもよい。
【００３８】
本発明の他の態様と特徴は、添付の図面と関連させた本発明の具体的な実施形態についての以下の説明を検討することによって、当業者に明らかになるであろう。
【００３９】
図面の簡単な説明
図面には、本発明の実施形態が示される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、第１の実施形態に従った電気機械変換器装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す装置の固定部の斜視図である。
【図３】図３は、図１に示す装置の可動部の斜視図である。
【図４】図４は、図１に示す装置の断面斜視図である。
【図５】図５は、図１に示す装置の電気機械変換器の一要素の斜視図である。
【図６】図６は、図５の６−６線に沿って切断した電気機械変換器の要素の部分断面図である。
【図７】図７は、通電されていない状態の発生器モードにおいて動作する場合の、図５に示す電気機械変換器の一要素の動作状態を示す一連の図である。
【図８】図８は、外部電流によって駆動されるモーターモードにおいて動作する場合の、図５に示す電気機械変換器の一要素の動作状態を示す一連の図である。
【図９】図９は、他の実施形態に従った図１に示す装置を実施するための電気回路の配線図である。
【図１０】図１０は、他の実施形態に従ったエネルギー変換系を部分的に切り取った平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
詳細な説明
図１を参照して、第１の実施形態に従った電気機械変換器装置を１００にて一般的に示す。装置１００は、機械エネルギーと電気エネルギーとの間で変換を行うように動作し、かつハウジング１０２を含んでいる。この実施形態において、ハウジング１０２はベース１０４とカバー１０６とを含んでいる。また、装置１００は、固定部１０８と可動部１１０も含んでいる。固定部１０８はハウジング１０２内に実質的に不動化されており、この実施形態においては、可動部１１０が固定部内にネスト状に（ｎｅｓｔｅｄ、入れ子状に組まれて）示されている。この実施形態において、装置１００は、複数の電気機械変換器の要素を含み、そのうち第１と第２の要素１１２および１１４は、図１に明確に視認できる。また、装置１００は、図１において第１と第２の要素１１２および１１４の概して後方に配置されている第３の電気機械変換器の要素も含んでいる。
【００４２】
固定部１０８は、可動部１１０から分離されて図２に示されている。図２を参照すると、固定部１０８は、図１に示す電気機械変換器の要素１１２および１１４の各々の固定部を含んでいる。これら固定部は、変換器の要素１１２の磁極片１２６および１２８と、変換器の要素１１４の磁極片１３０および１３２と、第３の電気機械変換器の要素の磁極片１３４および１３６とを含んでいる。磁極片１２６、１２８、１３０、１３２、１３４および１３６は、固定フレーム１２０内で支持されている。固定フレーム１２０は、例えば、固定フレームをハウジングのベース１０４に堅固に接続することによって、ハウジング１０２内に実質的に不動化されている。また、固定部１０８は、ハウジング１０２に熱的に接続されて、固定部とハウジングとの間に低熱抵抗の通路を提供し、変換器の動作中に生成された熱の除去を許容する。また、固定部１０８は、１対のコイル１９０および１９２も含んでいる。１つの実施形態において、コイル１９０および１９２は、直列に接続されていてもよい。他の実施形態において、コイル１９０および１９２は、並列に接続されていてもよく、独立して接続されていてもよく、あるいはコイルのいずれか一方が省略されていてもよい。また、コイル１９０および１９２は、埋め込み用コンパウンド内に封入されて、機械的堅牢性を提供したり、固定フレーム１２０への熱伝導および該固定フレームからハウジング１０２を通る熱伝導を向上させたりするようにしてもよい。
【００４３】
可動部１１０は、固定部１０８から分離されて図３に示されている。図３を参照すると、可動部１１０は、図１に示す電気機械変換器の要素の各々の可動部を含み、該可動部は、共通の可動フレーム１４０内に支持されている。この実施形態において、可動フレームは、複数の柱１４３による間隙を介する上方部１４１および下方部１４２を含んでいる。電気機械変換器の要素の可動部は、変換器の要素１１２の閉鎖片１４４および１４５と、変換器の要素１１４の閉鎖片１４６および１４７と、図３において閉鎖片１４８の部分だけが視認できる第３の電気機械変換器の要素の閉鎖片とを含む。また、可動部１１０は、ハウジング１０２のカバー１０６の近傍に配置されている拡張された表面積１４９も含み、これにより、（図１に示す）カバー１０６への熱伝達のための広い表面積を提供する。
【００４４】
装置１００の可動部１１０は、図４の断面斜視図における固定部１０８内にネスト状に示されている。図４を参照すると、可動フレーム１４０は、均衡位置で可動フレームを支持し、かつ概して共通軸線１５２に揃えられた方向において均衡位置の周りに往復運動を許容する、柔軟な懸架装置によって支持されている。この実施形態において、柔軟な懸架装置は、第１の柔軟な懸架装置１５０と、下方の屈曲部１５４と上方の屈曲部１５６とを含む第２の柔軟な懸架装置とを含んでいる。
【００４５】
図に示す実施形態において、第１の柔軟な懸架装置１５０は、共通軸線１５２に沿った往復運動を許容するように弾性的に変形するように構成されている管状バネを用いて実現されている。管状バネは、ベース１０４に機械的に連結された端部１６０を有する第１の円筒形壁１５８と、第１の円筒形壁に対して同心円状の配置の、第１の円筒形壁に１６４にて機械的に連結された第２の円筒形壁１６２とを含み、折り畳まれた管状バネを形成する。第１の円筒形壁１５８は、機械的連結１６４の近傍で外向きに裾広がりになっており、管状バネにおける応力を軽減する。第２の円筒形壁１６２は、第２の円筒形壁の端部１６８にてシャフト１６６に機械的に連結されている。次にシャフトが、可動フレーム１４０に機械的に連結され、往復運動を駆動するための外部機械力の入力を提供したり、あるいは、装置１００の動作の構成に従って機械エネルギーの出力を提供したりする。図に示す実施形態において、シャフト１６６は、環状ディスク１７１を経由して可動フレーム１４０に機械的に連結されている。シャフト１６６は、締め具１７０を用いて環状ディスク１７１に連結されているが、他の実施形態においては、シャフトは、可動フレーム１４０に溶接されていてもよく、あるいはその他の方法で連結されていてもよい。次に環状ディスク１７１が、可動フレーム１４０に連結され、このようにして、管状バネがベース１０４と可動フレーム１４０との間で最終的に連結されて、第１の柔軟な懸架装置１５０を提供する。第１の柔軟な懸架装置１５０の管状バネの実装は、管状バネの第１の円筒形壁１５８と第２の円筒形壁１６２のコンプライアンス（外力に対する弾力性）に起因する往復運動を提供しつつ、均衡位置にて可動フレーム１４０を支持するための比較的剛性の懸架を提供するという利点を有する。１つの実施形態において、柔軟な懸架装置は、約５００Ｈｚの周波数で可動フレーム１４０の往復運動を促進するように構成されている。例えば、装置１００は、一体化された（ｃｏｍｂｉｎｅｄ）柔軟な懸架装置、可動フレーム１４０、およびシャフト１６６上の有効負荷質量の機械的共振が、特定の動作周波数の領域にあるように選択することによって、特定の周波数で動作するように構成されていてもよい。
【００４６】
図に示す実施形態において、第２の柔軟な懸架装置１５４、１５６は、可動フレーム１４０の往復運動を共通軸線１５２に概して揃えられた単一の自由度に実質的に拘束しつつ、該単一の自由度以外の自由度における運動を防止するように機能する。第２の柔軟な懸架装置１５４、１５６は、複数の屈曲部を含み、そのうち２つの下方の屈曲部１５４と２つの上方の屈曲部１５６が図４において視認できる。屈曲部１５４は、ベース１０４の部分１７２と可動フレーム１４０の部分１７４の間で連結されている。屈曲部１５６は、可動フレーム１４０と固定フレーム１２０の延長部１５９の間で連結されている。屈曲部１５４および１５６は、共通軸線１５２の方向において第１の柔軟な懸架装置１５０よりもはるかに高いコンプライアンスを提供しつつ、他の方向における運動を拒絶するように構成されている。このように、第２の柔軟な懸架装置１５４、１５６は、さもなければ第１の柔軟な懸架装置１５０によって許容され得る、可動フレーム１４０のねじれ等の他の角度の運動を抑制するように作用する。
【００４７】
第１、第２、および第３の電気機械変換器の要素のいずれかを実現するための磁性および電気的成分が、図５の１９６にて斜視図で示されている。変換器の要素１１２、１１４と第３の変換器の要素とは、図５に示す変換器の要素１９６と実質的に同一である。図５を参照すると、電気機械変換器の要素１９６は、磁束発生器１８４と１対の磁極片１３０および１３２とを含む固定部１８２を含んでいる。また、電気機械変換器の要素１９６の固定部１８２は、１対のコイル１９０および１９２も含んでおり、そのうちコイル１９２の部分だけが図５に示されている。
【００４８】
１つの実施形態において、磁束発生器１８４は、焼結された高温のネオジム／鉄／ホウ素磁石等の永久磁石を含んでいてもよい。図に示す実施形態において、磁束発生器１８４は、アレイ状に互いに結合されて磁束発生器１８４を形成する、複数の個別に絶縁されたネオジム／鉄／ホウ素磁石２０８を含んでいる。他の実施形態においては、磁束発生器１８４は、単一の（ｕｎｉｔａｒｙ）磁石を用いて実現されていてもよい。
【００４９】
１つの実施形態において、磁極片１３０および１３２は、互いから絶縁されている電磁鋼の積層体２１０を使用して作られており、渦電流損失を軽減する。積層体２１０は、クランプされて、スタックされた積層体に予め圧力を加えるようにしてもよい。他の実施形態において、磁極片１３０および１３２は、例えば、アモルファス電磁鋼またはフェライト材から作られていてもよい。また、図５に示す実施形態において、各々の磁極片１３０および１３２は、磁極片を固定フレーム１２０にしっかりと固定するための絶縁された締め具（図示せず）を受け取るための、各々の磁極片の表面を貫通する孔２１６も含んでいてもよい。また、締め具は、積層体２１０に予め圧力を加えるための前負荷を提供していてもよい。１つの実施形態においては、磁極片１３０および１３２もまた、固定フレーム１２０から電気的に絶縁されて磁極片と固定フレームとの間の渦電流を除去する。
【００５０】
また、電気機械変換器の要素１９６は、可動部１９４も含んでいる。可動部１９４は、第１のギャップ２００によって１対の磁極片１３０および１３２から分離されている第１の閉鎖片１４６と、第２のギャップ２０２によって１対の磁極片から分離されている第２の閉鎖片１４７とを含んでいる。
【００５１】
図５に示す実施形態において、閉鎖片１４６および１４７は、概して鳩尾形状の側面２１２および２１４を有している。可動フレーム１４０（図３に示す）において、閉鎖片１４６および１４７を堅固に取り付けるために鳩尾形の取付面を使用する取付けの実施形態が、図６に２６０にて示されている。図６を参照すると、可動フレーム１４０の部分は、閉鎖片１４６の鳩尾形状の側面２１２に対応する鳩尾形状の取付面２６４を含む取付面を有する凹部２６２を含んでいる。取付け時の形態２６０は、また、閉鎖片１４６の鳩尾形状の側面２１４に対応する鳩尾形状の取付面２７０を有するクランプ２６８も含んでいる。Ｄｕｐｏｎｔ（商標）Ｎｏｍｅｘ（商標）等の絶縁シート２６６、マイカまたは紙を閉鎖片１４６、凹部２６２の取付面、およびクランプ２６８の間に配置することにより閉鎖片を可動フレーム１４０から電気的に絶縁して、アルミニウム等の導電性金属から作られていてもよい閉鎖片とフレーム１４０との間の渦電流を除去してもよい。この実施形態において、クランプ２６８は、可動フレーム１４０におけるネジ切りされた孔２７６内で受けられる、ネジ切りされた締め具２７２を受けるための貫通孔２７４を含んでいる。締め具２７２が締められるとき、クランプ２６８の鳩尾形状の取付面２７０は、表面２１４に係合し、かつ閉鎖片１４６の側面２１２が取付面２６４と接触するように強制すると同時に、閉鎖片１４６を凹部２６２のベース２７８に向けて押し付ける。クランプ２６８は、クランプが完全に係合するときには、凹部２６２のベース２７８とクランプとの間にギャップ２８０を提供するように構成されているので、閉鎖片１４６が凹部内に固定される前にクランプが底から飛び出さない。このように、クランプ２６８は、閉鎖片１４６の鳩尾形状の取付面２１２および２１４が可動フレーム１４０の対応する鳩尾形状の表面２６４、およびクランプ２６８の鳩尾形状の表面２７０に係合するように促すように動作可能である。１つの実施形態において、対応する鳩尾形の表面間の係合に起因する摩擦力が、可動フレーム１４０の往復運動中に第１の閉鎖片が受ける力を超える。有利には、鳩尾形状の取付面２１２、２１４は、閉鎖片１４６の領域の遠位に配置されて、これを通って装置１００の動作中に磁束の実質的な部分が流れるので、流束密度は、閉鎖片１４６の最も高い圧力がかかる領域において低くなる。
【００５２】
他の実施形態において、クランプ２６８は他の締め付け機構によって代替されていてもよく、例えば、閉鎖片１４６の背面を押して鳩尾形状の切欠きに対して閉鎖片を押し付ける１以上のネジ等であってもよい。
【００５３】
図５に示す実施形態において、閉鎖片１４６および１４７は、互いから絶縁されている電磁鋼の積層体２１８を使用して作られており、渦電流損失を軽減する。積層体２１８は、予め圧力がかけられていてもよい。他の実施形態において、閉鎖片１４６および１４７は、例えば、アモルファス電磁鋼またはフェライト材から作られていてもよい。
【００５４】
磁束発生器１８４は、磁束を発生させるように動作可能であり、磁極片１３０および１３２は、磁束発生器が発生させる磁束を第１の磁気回路２０４および／または第２の磁気回路２０６を通って連結するように動作可能である。第１の磁気回路２０４は、磁束発生器１８４が発生させる磁束を磁極片１３２を通って、ギャップ２００を通って、第１の閉鎖片１４６を通って、かつ該ギャップと磁極片１３０とを通って磁束発生器に戻るように連結する。第２の磁気回路２０６は、磁束発生器１８４が発生させる磁束を磁極片１３２を通って、ギャップ２０２を通って、第２の閉鎖片１４７を通って、かつ該ギャップと磁極片１３０とを通って磁束発生器に戻るように連結する。このように、第１の閉鎖片１４６は第１の磁気回路２０４を完成し、第２の閉鎖片１４７は第２の磁気回路２０６を完成する。この実施形態において、磁極片１３０および１３２と閉鎖片１４６および１４７とは、磁束の連結に実質的に同じ面積を提供する。第１のギャップ２００と第２のギャップ２０２の抵抗は、それぞれのギャップの大きさに依存する。コイル１９０および１９２内を流れる電流がないとき、および第１と第２のギャップとが同一のときは、実質的に同一の平均流束密度が第１と第２の磁気回路２０４および２０６の各々を通って流れ得る。
【００５５】
第１と第２の閉鎖片１４６および１４７は、機械的に連結され、かつ可動フレーム１４０によって（図４に最もよく示すように）支持されて、均衡位置の周りに１対の磁極片１３０および１３２に対する往復運動を許容する。再び図５を参照すると、往復運動は、第１と第２のギャップ２００および２０２を変化させるように動作可能であり、これにより、第１と第２のギャップのうちの一方の増加が第１と第２のギャップのうちの他方における対応する減少を生じさせるようにする。第１と第２のギャップ２００および２０２の変動は、第１と第２の磁気回路２０４および２０６の各々における対応する磁気抵抗の変動を生じさせる。コイル１９０および１９２が電流を供給されているとき、追加の磁束が生成され、これが第１と第２の磁気回路２０４および２０６における磁束発生器１８４が生成する磁束と相互作用する。
【００５６】
装置１００は、シャフト１６６にて外部機械力の入力を受け取り、コイル１９０および１９２に渡って生ずる電位差を発生させることによって、機械エネルギーの電気エネルギーへの変換を行うための発生器モードにおいて作用するように構成されていてもよい。図７を参照すると、（図５に示す）電気機械変換器の一要素１９６は、発生器モードにおける動作に関わる３つの異なる動作状態２２０、２２２および２２３によって図式的に説明される。図７には動作上の「状態」が３つだけ示されているが、実際には外部機械力は概して経時的な正弦波変化であり得、それゆえ電気機械変換器の要素１９６の可動部１９４は、状態と状態の間で継続的に運動し得ることが理解されるべきである。したがって、図式化された動作状態２２０、２２２および２２３は、３つの異なる時間における電気機械変換器の要素１９６の状態を表している。
【００５７】
第１の動作状態２２０において、可動部１９４が、固定部１８２に対して柔軟な懸架装置によって均衡位置に配置されていることと、第１と第２のギャップ２００および２０２が実質的に同一であることとが示されている。これらの条件下において、第１の磁気回路２０４と第２の磁気回路２０６の各々における磁気抵抗は、実質的に同一であり、かつ（磁力線２３２によって示される）磁束発生器１８４が発生させる磁束は、それぞれの磁気回路を通って実質的に類似の部分に分かれる。したがって、第１と第２の磁気回路の間に実質的に等しく磁束が分布し、それぞれの閉鎖片１４６および１４７と磁極片１３０および１３２のそれぞれの間のギャップ２００および２０２の各々に渡って力が発生する。可動部１９４に外部機械力が加えられていないとき、それぞれの閉鎖片１４６および１４７と磁極片１３０および１３２の間の力は、実質的に類似である。ただし、第１と第２の磁気回路２０４および２０６の間の抵抗における、たとえごく僅かな差でも、抵抗の小さい方の磁気回路において力の発生を増加させ、これにより対応するギャップを減少させて、その抵抗をさらに減少させる傾向を有する。図に示す実施形態において、柔軟な懸架装置は、均衡位置からの偏位に対して、磁気回路２０４および２０６の間の何らかの磁束の差が発生させる力よりも大きい復元力を提供するように構成されているので、これにより、第１と第２のギャップ２００および２０２のいずれかが閉じるのを防ぐ。
【００５８】
第２の動作状態２２２において、シャフト１６６を経由して可動部１９４にかかる外力は、第１のギャップ２００を増加させつつ第２のギャップ２０２を減少させ、第１と第２の磁気回路の各々における抵抗を変動させる。この抵抗の変化は、それぞれの第１と第２の磁気回路２０４および２０６を通過する磁束に、対応する変化を生じさせ、そして時間に対する磁束の変化は、状態２２０から状態２２２に移行中のコイル１９０および１９２において、電磁誘導による電位を生じさせる。
【００５９】
第３の動作状態２２３において、可動部１９４が、第１のギャップ２００が減少しつつ第２のギャップ２０２が対応する増加をするように移動されるので、これにより、第１の磁気回路２０４における磁気抵抗の対応する減少と、第２の磁気回路２０６における磁気抵抗の増加を生じさせる。この抵抗の変化は、それぞれの第１と第２の磁気回路２０４および２０６を通過する、対応する磁束を変化させる。状態２２０から２２３への移行は、状態２２０から２２２への移行の間に誘導された電位と逆の極性のコイル１９０および１９２に電位をもたらす。
【００６０】
外力の概して正弦波的な時間変化のために、コイル１９０および１９２にもたらされた電位は、同一の周波数であるが外力に対して位相が変化した、概して正弦波的な波形を有する。コイルが外部の電気的負荷に接続されているとき、誘導された電位は、コイル１９０および１９２を通る電流をもたらす。
【００６１】
また、代替的に、装置１００は、外部電源からの交流電流をコイル１９０および１９２を通って接続することによって、電気エネルギーから機械エネルギーへの変換を行うための往復モータとして作用するように構成してもよく、これにより、シャフト１６６の往復運動を生じさせる。図８を参照して、（図５に示す）電気機械変換器の一要素１９６は、モータモードにおける動作に関わる３つの異なる動作状態２４０、２４２および２４４によって図式的に説明される。
【００６２】
第１の動作状態２４０において、コイル１９０および１９２を通って流れる電流はなく、柔軟な懸架装置が、均衡位置からの偏位（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）に対して、磁気回路２０４および２０６が発生させる力よりも大きい復元力を提供するので、これにより第１と第２のギャップ２００および２０２のいずれかが閉じるのを防ぐ。正弦波的電流源のために、動作状態２４０は、電流のゼロ交差状態に相当し得る。
【００６３】
第２の動作状態２４２において、紙面から出る方向にコイル１９０および１９２を通って流れる電流は、磁極片１３２、閉鎖片１４７、磁極片１３０および閉鎖片１４６を通って流れる、電気的誘導による磁束を生じさせる。電気的誘導による磁束は、磁束発生器１８４が発生させる磁束と相互作用する。電気的誘導による磁束は、第１の磁気回路２０４における磁束発生器１８４に起因する磁束と反対の方向であり、それゆえ、第１の磁気回路の磁束を減少させる。同様に、電気的誘導による磁束は、第２の磁気回路２０６における磁束発生器１８４に起因する磁束と同じ方向であり、それゆえ、第２の磁気回路における磁束を増大させる。コイル１９０および１９２を通って流れる電流に起因して磁束にもたらされる変化は、矢印２２８によって示される方向において、可動部に発生する力を生じさせるようにする。
【００６４】
第３の動作状態２４４において、紙面に向かう方向にコイル１９０および１９２を通って流れる電流は、磁極片１３０、閉鎖片１４６、磁極片１３２および閉鎖片１４７を通って流れる、電気的誘導による磁束を生じさせる。電気的誘導による磁束は、第１の磁気回路２０４における磁束発生器１８４に起因する磁束と同じ方向であり、それゆえ、第１の磁気回路の磁束を増大させる。同様に、電気的誘導による磁束は、第２の磁気回路２０６における磁束発生器１８４に起因する磁束と反対方向であり、それゆえ、第２の磁気回路における磁束を減少させる。コイル１９０および１９２を通って流れる電流に起因して磁束にもたらされる変化は、矢印２３０によって示される方向において、可動部に発生する力を生じさせるようにする。動作状態２４２および２４４における電流に起因する力は、柔軟な懸架装置と外部の機械的負荷とによって許容されるような可動部１９４の変位をもたらす。
【００６５】
コイル１９０および１９２における電流が正弦波的時間変化を有するときは、可動部に発生する力も概して経時的な正弦波変化であり得る。変位の振幅は、電流に比例し、１つの実施形態においては、約０．２５ｍｍの範囲であってもよい。
【００６６】
装置１００がモータまたは発生器のいずれとして構成されるかによって、第１の磁気回路２０４および第２の磁気回路２０６内の磁束は、時間とともに変化し、ヒステリシス、１対の磁極片１３０および１３２や閉鎖片１４６および１４７内の渦電流、漏れ磁束、および周辺を囲む構造へのその他の異常損失に起因する損失を生ずる。これらの損失は、磁性体や周りを囲む材料の加熱を引き起こす。同様に、コイル１９０および１９２を通る電流は、コイルのジュール加熱を起こし、コイルの温度を上昇させる。したがって、効率的な動作のためには、装置１００の動作温度を制限することが必要である。追加的に、磁束発生器１８４の磁石２０８は、より高温ではより少ない磁束を発生させ、そして、高温になりすぎるならば、磁石が消磁されるようにしてもよい。再び図２を参照すると、図に示す実施形態において、固定部１０８の固定フレーム１２０は、磁極片１２６、１２８、１３０、１３２、１３４および１３６やコイル１９０および１９２と熱連通状態にあり、これにより、固定フレームに熱伝達のための低熱抵抗の通路を提供する。また、固定フレーム１２０は、ハウジング１０２のカバー１０６の近傍に配置されている、拡張された表面積１２２も含んでおり、これにより、（図１に示す）カバー１０６への熱伝達のための広い表面積を提供する。１つの実施形態において、表面積１２２とカバー１０６との間のギャップは約１ｍｍである。カバー１０６は、装置１００の周囲環境に熱を消散させるための広い表面積を有する。このように、固定部１０８は、有意の熱生成源を表す磁極片１２６、１２８、１３０、１３２、１３４および１３６と、コイル１９０および１９２とを支持し、これにより、装置１００の動作中に生成される熱の除去を簡素化する。さらに、コイルがハウジング１０２内で実質的に不動化されているため、コイル１９０および１９２への接続は、装置１００の動作寿命を制限し得る疲労を起こさない。また、磁束発生器１８４は、往復運動の高加速度にもさらされない。一般に、不動化することにより、デリケートな構成要素の損傷や、疲労、機械損失、あるいは共鳴系の品質係数Ｑの低下を防止する。
【００６７】
図３を参照すると、この実施形態において、閉鎖片１４４、１４５、１４６、１４７および第３の電気機械変換器の要素に関わる閉鎖片は、可動部１１０の可動フレーム１４０に担持されて、往復運動に起因する加速を受ける。図４に示す可動部１１０と固定部１０８のネスト状構成は、変換器の要素の閉鎖片から、可動フレーム１４０および固定フレーム１２０の両方への熱伝達と、各電気機械変換器の要素に関連する第１と第２のギャップを経由する磁極片１２６、１２８、１３０、１３２、１３４および１３６への熱伝達とを許容する。また、可動部１１０の拡張された表面積１４９は、カバー１０６への直接的な熱伝達も許容する。
【００６８】
いくつかの実施形態において、カバー１０６は、ハウジング１０２の内部容積を密閉するように構成されて、装置１００の動作のために、気圧を大気圧未満に保つ。ハウジング１０２の内部容積における希薄（ｒａｒｉｆｉｅｄ）環境は、可動部１１０の往復運動による風損を低減させるのに効果的である。また、水素はあらゆる気体の中で最も低い粘性を有するので、低粘性の水素を密封容積中で使用することも、風損を低減させるのに効果的である。また、密封内部容積は、環境が希薄化されているか否かに関わらず音の伝達も減少させる。追加的に、例えば、水素もしくはヘリウム、または水素とヘリウムとの混合物のように、空気よりも高導電性の気体で満たされた密封内部容積は、熱伝達を補助し得る。１つの実施形態において、ハウジング内の気体は、約１ｘ１０−３大気の圧力を有し得る。
【００６９】
他の実施形態に従う電気回路は、図９において３００および３１０にて一般的に示される。３００に示す実施形態において、コイル１９０および１９２は直列接続され、かつ関連する、概して実質的に同一となり得るインダクタンス値Ｌ１およびＬ２を有する。回路３００は、１対の端子３０２および３０３を含むが、これは装置１００を発生器として動作する場合は外部負荷への接続のためのものであり、また、モータとして動作する場合は外部電源への接続のためのものである。また、回路３００は、第１のコイル１９０と直列の第１の系統のコンデンサ３０４と、第２のコイル１９２と直列の第２の系統のコンデンサ３０５とを含んでいる。３１０に示す回路の実施形態において、１対の端子３０２および３０３は、外部負荷または外部電源に接続するために設けられており、コイル１９０およびコンデンサ３０４が、コイル１９２およびコンデンサ３０５に並列に接続されている。
【００７０】
回路の実施形態３００および３１０において、静電容量Ｃ１およびＣ２が選択され、装置の動作周波数におけるコイルの反応性インピーダンス成分を実質的にキャンセルするように動作可能な反応性インピーダンス成分を提供する。例えば、発生器モードにおいて、第１と第２の磁気回路２０４および２０６において変化する磁束は、コイル１９０および１９２に誘導電位を生じさせる。負荷が１対の端子３０２、３０３に接続されているとき、誘導子Ｌ１およびＬ２を通る電流の変化は、負荷端子において発生した電圧を制限する電圧低下（Ｌ１＋Ｌ２）ｄｉ／ｄｔを起こし、これにより、該負荷に伝達され得る電流を制限する。静電容量Ｃ１およびＣ２は、したがって、動作周波数におけるインダクタンスの影響をキャンセルするように選択されてもよく、そしてこれにより、電流が流れているときでさえ、完全な電位が端子３０２、３０３において生成されることを許容する。また、追加的に、コンデンサ３０４および３０５を含むことにより、電流と誘導電位とを実質的に同相にさせることができる。
【００７１】
図１〜図４に示す実施形態において、装置１００は、デルタ構成に配置されている３つの電気機械変換器の要素１９６を含んでいる。図２を参照すると、固定部１０８は、中心軸線１２４の周りの共通の固定フレーム１２０内に取付られた１対の磁極片１２６および１２８と、１３０および１３２と、１３４および１３６とを含む。図３を参照すると、可動部１１０は、同様に、中心軸線１５１を有する共通の可動フレーム１４０上に取り付けられた対応する閉鎖片（そのうち閉鎖片１４４、１４５および１４６、１４７および１４８が図３に部分的に視認できる）を含んでいる。（図２に示す）コイル１９０および１９２の各々は、全ての電気機械変換器の要素に共通であり、かつ電気機械変換器の各々に関連する第１と第２の磁気回路の少なくとも１つと電磁的に相互作用するように配置されている。図４を参照すると、図に示す実施形態において、電気機械変換器の要素の閉鎖片の各々は、可動フレーム１４０経由で共通シャフト１６６に連結されている。モータ動作モードにおいて、各電気機械変換器の要素が発生させる力は、可動フレーム１４０を通って共通シャフト１６６に連結されている。装置１００の発生器動作モードにおいて、シャフト１６６にかかる外力は、可動フレーム１４０を通って各電気機械変換器の要素１９６に連結されている。可動部１１０は、固定部１０８内にネスト状に取り付けられているので、これにより、軸線１５１および１２４が実質的に揃えられて、往復運動が実質的に（図４に示す）共通軸線１５２に沿って起こる。
【００７２】
有利には、３つの電気機械変換器の要素を含む、装置１００のデルタ構成は、単独の電気機械変換器の要素が提供し得るものよりもより大きなエネルギー変換容量を提供する。さらに、デルタ構成の対称性は、設計の電磁的かつ機械的な制約の範囲内で、ハウジングの内部容積の効率的な利用を提供し、固定部１０８と可動部１１０の独立かつ安定した３点支持を許容し、かつシャフト１６６と管状バネ（即ち、図４における第１の柔軟な懸架装置１５０）とを収納する。他の実施形態において、装置１００は、１つの電気機械変換器の要素１９６、２つの電気機械変換器の要素、または３を超える電気機械変換器の要素を含むように構成されていてもよい。
【００７３】
１つの実施形態において、装置１００は、熱音響変換器と共に使用されてもよい。熱音響変換器は、熱エネルギーが受け取られて、変換器が熱エネルギーを機械エネルギーに変換する熱機関として動作するように構成されていてもよく、これが電気エネルギーを発生させるための装置１００のシャフト１６６の駆動に使用されてもよい。代替的に、装置１００は、機械エネルギーを熱ポンプとして動作する熱音響変換器に提供するための往復モータとして構成して、機械エネルギーを低温から高温への熱エネルギー移行に変換してもよい。
【００７４】
本発明の他の実施形態に従うエネルギー変換系が、図１０において３６０にて示されている。図１０を参照すると、エネルギー変換系３６０は、熱音響変換器装置３６２と、共通軸線３６８に沿って配置されている２つの背中合わせの電気機械変換器装置３６４および３６６とを含んでいる。該背中合わせの電気機械変換器装置３６４および３６６は、上記の説明と図１〜図４に示すような装置１００の実施形態に従って構成されていてもよい。
【００７５】
熱音響変換器装置３６２は、２つの背中合わせの移動させ得るダイアフラム３７０および３７２を含んでおり、これらのダイアフラムは、該ダイアフラムとそれぞれの両側のチャンバ３７６および３７８の間に延びる共通の中央チャンバ３７４を規定する。該共通のチャンバ３７４は、共通のチャンバの周辺に配置され、かつ共通のチャンバと（図示しない）熱変換器との間の流体連通を提供するように動作可能なマニホールド３８０を含んでいる。また、チャンバ３７６および３７８の各々も、熱変換器との流体連通を提供するためのそれぞれのマニホールド３８２および３８４を含んでいる。熱音響変換器装置３６２は、共同で権利を有する、Ｓｔｅｉｎｅｒらによって２０１２年９月１９日に出願された、「ＴＨＥＲＭＯＡＣＯＵＳＴＩＣ  ＴＲＡＮＳＤＵＣＥＲ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  Ａ  ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ  ＤＵＣＴ」と題する米国仮特許出願番号第６１／７０２，９１８号に詳細に説明されており、その記載は、参照することにより全体が本明細書に組み込まれる。
【００７６】
電気機械変換器装置３６４の部分は、部分的に切り取った図に示されており、シャフト１６６と（図４にも示される）管状バネの円筒形壁１５８および１６２とを含んでいる。シャフト１６６と円筒形壁１５８とは、ダイアフラム３７０に連結されている。これにより、管状バネは、シャフト１６６のための均衡位置を規定し、ダイアフラム３７０と（図４に示す）可動フレーム１４０の両方に連結される。電気機械変換器装置３６６は、ダイアフラム３７２に関して同様に構成されている。動作中は、それぞれの電気機械変換器３６４および３６６の各々の往復運動による慣性は実質的にキャンセルするので、これにより、系３６０の振動と可聴雑音とを軽減する。
【００７７】
図９に示す直列のコンデンサ３０４および３０５を含む電気機械変換器３６４および３６６の実施形態において、コンデンサの静電容量は、それぞれの電気機械変換器の可動部間の機械的剛性の差を電気的に補償するように選択されて、より精密にそれぞれの慣性力をキャンセルするようにしてもよい。具体的には、静電容量Ｃ１およびＣ２が、電流に電位をもたらすかまたは電位を弱めるかのいずれかの位相を持たせるように選択されていてもよい。電流が電位を弱める場合には、電流が発生させる力もまた電位を弱め、柔軟な懸架装置の剛性に加える追加の剛性成分を提供する。電流が電位をもたらす場合には、電流が発生させる力もまた電位をもたらし、可動部１１０に「質量」を効果的に加える。そうして、静電容量Ｃ１およびＣ２への変化が、それぞれの電気機械変換器の間のわずかな差を補償するように利用されてもよく、これにより、慣性力がキャンセルされ、ひいては振動と可聴雑音の発生が軽減される。
【００７８】
他の実施形態において、静電容量３０４および３０５は、制御信号に応答して変化するインピーダンス成分を効果的に提供する能動負荷回路（図示せず）に置き換えられていてもよい。能動負荷回路の１つの例は、電圧に対して電流の位相を変化させるように動作可能な力率改善（ＰＦＣ）回路である。能動負荷は、制御信号を利用して、電子的にコンデンサとして振る舞うように構成されていてもよく、その有効静電容量は電子的に制御され得る。また、能動負荷が電子的に制御されて、その有効負荷抵抗を変化させるようにしてもよく、そうして、変換器のストロークの制御に使用され得る。それぞれの電気機械変換器に別々の能動負荷を含むことにより、２つの変換器のストロークの調整を容易にし、ひいては振動と可聴雑音の軽減のための追加の制御を提供する。
【００７９】
代替的または追加的に、他の実施形態において、調整質量体が、電気機械変換器３６４および３６６の少なくとも１つの可動部に連結されて、電気機械変換器のそれぞれの往復運動に起因する慣性力と釣り合うようにしてもよい。例えば、図４を参照すると、質量体は締め具１７０によってシャフト１６６に保持される座金の形態であってもよい。代替的に、質量体は、製造工程において導入される任意の非対称をさらに補償するための軸線外の位置に導入されていてもよい。１つの実施形態において、質量体は、慣性力の粗調整による釣り合いを提供するように選択されつつ、質量体によって補償されずに残る慣性力があれば上述のような静電容量Ｃ１およびＣ２を変化させることによってキャンセルされるようにしてもよい。
【００８０】
開示された実施形態において、電気機械変換器装置１００の固定部１０８は、コイルを固定位置に保持するので、これにより、コイル１９０および１９２への接続を簡素化させ、可動コイルの実装において起こり得る接続不良の可能性を低減する。また、固定部１０８は、固定部とハウジングとの間の低熱抵抗の通路を経由する、装置の有意に熱を発生させる構成要素の熱的連結を容易にし、動作中に発生した熱の効果的な除去を許容する。
【００８１】
具体的な実施形態が説明されかつ図示されたが、このような実施形態は、本発明の例示にすぎないと考えるべきであり、添付の特許請求の範囲に従って解釈される本発明を限定すると考えるべきではない。
【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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