(57)【要約】  輸送機関の運動量から電力を生成するリニアジェネレータは、可動部とステータとを備える。可動部は、定義された経路に沿って移動する動力車であり、ステータは、定義された経路に沿って作られる。例としては、列車やエレベーターであり、リニアジェネレータは、ブレーキを支援すると同時に、輸送機関の運動量からエネルギーの浪費を防ぐために使用されてもよい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送機関の運動量から電力を生成するリニアジェネレータであって、
前記リニアジェネレータは、可動部とステータとを備え、
前記可動部は、定義された経路に沿って移動する動力車であり、前記ステータは、前記定義された経路に沿って作られる、
リニアジェネレータ。
【請求項２】
前記可動部は一連の磁石を備え、前記ステータは巻線のコイルを備える、
請求項１に記載のリニアジェネレータ。
【請求項３】
前記磁石は電磁石であり、前記動力車は電気動力車である、
請求項２に記載のリニアジェネレータ。
【請求項４】
前記一連の磁石は、前記巻線のコイルから所定の距離で通過するように、前記輸送機関上に配置される、
請求項２又は３に記載のリニアジェネレータ。
【請求項５】
前記一連の磁石は極性が交互になっている、
請求項２から４のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項６】
前記定義された経路はブレーキ領域と非ブレーキ領域とを備え、前記ステータは前記ブレーキ領域に作られ、前記非ブレーキ領域には作られていない、
請求項１から５のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項７】
前記輸送機関は列車を含み、前記定義された経路は鉄道軌道である、
請求項１から６のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項８】
前記輸送機関はカウンターウェイトを備えたエレベーターであり、前記定義された経路はエレベーターシャフトである、
請求項１から６のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項９】
前記輸送機関はエレベーターのカウンターウェイトであり、前記定義された経路はエレベーターシャフトである
請求項１から６のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１０】
前記ステータはＤＣ出力を提供するＡＣ／ＤＣコンバータを備える、
請求項１から９のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１１】
前記ステータは所望の周波数でステータ出力を提供する周波数変換器を備える、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１２】
ブレーキから生成された前記電力は、水素を生成するために電気分解で使用される、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１３】
前記可動部は一連の電磁石を備え、前記ステータは巻線のコイルを備え、前記輸送機関はブレーキ時に電磁石に通電するように構成される、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１４】
巻線のコイルを有する軌道に隣接する側に一連の電磁石を備え、列車の動きを減衰させるため、ブレーキ時に前記電磁石に通電するように構成される、
列車。
【請求項１５】
ブレーキ領域と、巻線のコイル又は永久磁石又は電磁石と、を有し、前記巻線のコイル又は前記永久磁石又は前記電磁石は、通過列車のブレーキを支援するため、前記ブレーキ領域に配置される、
鉄道軌道。
【請求項１６】
エレベーターシャフト内のエレベーター及びカウンターウェイトシステムであって、
前記エレベーター又は前記カウンターウェイトは電磁石を備え、前記エレベーターシャフトはコイルを有し、前記エレベーターはブレーキ時に前記電磁石に通電するために制御可能であり、それによって、前記エレベーター及びカウンターウェイトシステムの電磁ブレーキを提供する、
エレベーター及びカウンターウェイトシステム。
【請求項１７】
電気を生成し、同時に輸送機関にブレーキをかける方法であって、
移動する輸送機関にブレーキを適用し、
少なくともブレーキの適用の一部として、軌道上のコイルに隣接して配置されている前記輸送機関の電磁石に通電し、
前記コイルから電気を取り出す、
方法。
【請求項１８】
軌道上を走行する輸送機関の製造方法であって、
軌道上を走行する前記輸送機関を提供し、
前記軌道に隣接する側の前記輸送機関上に一連の電磁石を提供し、
前記輸送機関のブレーキの適用時に励磁される前記電磁石を接続する、
輸送機関の製造方法。
【請求項１９】
輸送機関の軌道の製造方法であって、
ブレーキが必要とされそうな前記軌道上のブレーキ領域を特定し、
前記ブレーキ領域上に巻線のコイルを配置し、
そこで生成された電力を出力するよう、前記コイルを接続する、
輸送機関の軌道の製造方法。
【請求項２０】
前記軌道上の走行を目的とした輸送機関上に配置された対応する磁石から所定距離を定義する高さに前記コイルを設定する、
請求項１９に記載の輸送機関の軌道の製造方法。
【請求項２１】
前記コイルと前記出力との間にＡＣ／ＤＣコンバータを接続する、
請求項１９又は２０に記載の輸送機関の軌道の製造方法。
【請求項２２】
前記ＡＣ／ＤＣコンバータと前記出力との間にＤＣ／ＡＣコンバータを接続する、
請求項２１に記載の輸送機関の軌道の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、そのいくつかの実施形態において、リニアジェネレータに関し、より具体的には、運動量から電気を生成するようなジェネレータの使用に関するが、これに限定されるものではない。
【背景技術】
【０００２】
列車からエレベーターまで、輸送機関は、かなりの量の運動量で固定された経路を移動し、輸送機関が遅くなるたびに、そのような運動量は失われる。その運動量からエネルギーを節約する２つのよく知られたシステムがあり、それらは、現在、輸送機関に使用されている。１つはフライホイールであり、もう１つは電磁ブレーキである。
【０００３】
フライホイールは、その質量のほとんどを円周周りに持つ大きなホイールであり、頻繁に停車するバスに広く使用されている。フライホイールはブレーキ時に係合し、輸送機関の運動量をフライホイールの角運動量として蓄える。その後、バスが再び始動すると、回転するフライホイールが再係合し、輸送機関を加速するためにエネルギーを返す。
【０００４】
電磁ブレーキは、電車や電気自動車において用いられ、ジェネレータとして動作したり、輸送機関の動きを減衰又は制動したりするため、電気モーターの動作を逆にすることを含む。電磁ブレーキは、電池を充電し、電動輸送機関をより効率的にするために使うことができる。
【０００５】
しかしながら、電磁ブレーキには２つの制限がある。まず第１に、電気モーターは効率的に動作するためにフィードバックシステムを使用し、電磁ブレーキの使用はフィードバックシステムのバランスを崩す可能性がある。
【０００６】
第２の制限は、電磁ブレーキが電磁モーターを変更する必要があることである。
【０００７】
より一般的な制限は、動力源が電気的でない場合には適用できないことである。これは、発電された電力を返すための電源がないためである。非電気輸送機関は、一般的に、蓄電池を持ち、車載電子機器を備えるが、電磁ブレーキに関するエネルギーレベルと電力レベルは、一般的に、そのようなシステムを圧倒する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１３７９６９号
【特許文献２】国際公開第２０１０／０４２７７７号
【特許文献３】欧州特許第０８５８９６５号明細書
【特許文献４】独国特許発明第１９７１８８４０号明細書
【特許文献５】国際公開第２０１５／１３７９６７号
【発明の概要】
【０００９】
本実施形態は、可動部とステータとを有するジェネレータを提供しており、移動部が輸送機関であり、ステータが移動経路に作られる。それから、ステータは、輸送機関に関係することなく、電気システムに接続されていてもよい。ジェネレータは、輸送機関の動きを減衰させてもよく、その結果、輸送機関の動きを利用して発電することができる。
【００１０】
本発明のいくつかの実施形態の態様によれば、輸送機関の運動量から電力を生成するリニアジェネレータが提供され、リニアジェネレータは、可動部とステータとを備え、可動部は、定義された経路に沿って移動する動力車であり、ステータは、定義された経路に沿って作られる。
【００１１】
実施形態では、可動部は一連の磁石を備え、ステータは巻線のコイルを備える。
【００１２】
実施形態では、磁石は電磁石であり、動力車は電気動力車である。
【００１３】
実施形態では、一連の磁石は、巻線のコイルから所定の距離で通過するように、輸送機関上に配置される。
【００１４】
実施形態では、一連の磁石は極性が交互になっている。
【００１５】
実施形態では、定義された経路はブレーキ領域と非ブレーキ領域とを備え、ステータはブレーキ領域に作られ、非ブレーキ領域には作られていない。
【００１６】
実施形態では、輸送機関は列車を含み、定義された経路は鉄道軌道である。
【００１７】
実施形態では、輸送機関はカウンターウェイトを備えたエレベーターであり、定義された経路はエレベーターシャフトである。
【００１８】
実施形態では、輸送機関はエレベーターのカウンターウェイトであり、定義された経路はエレベーターシャフトである。
【００１９】
実施形態では、ステータはＤＣ出力を提供するＡＣ／ＤＣコンバータを備える。
【００２０】
実施形態では、ステータは所望の周波数でステータ出力を提供する周波数変換器を備える。
【００２１】
実施形態では、可動部は一連の電磁石を備え、ステータは巻線のコイルを備え、輸送機関はブレーキ時に電磁石に通電するように構成される。
【００２２】
本発明の第２の態様によれば、巻線のコイルを有する軌道に隣接する側に一連の電磁石を備える列車が提供され、列車の動きを減衰させるため、ブレーキ時に電磁石に通電するように構成される。
【００２３】
本発明の第３の態様によれば、ブレーキ領域と、通過列車のブレーキを支援するブレーキ領域の巻線のコイルとを有する鉄道軌道が提供される。
【００２４】
本発明の第４の態様によれば、エレベーターとエレベーターシャフトのカウンターウェイトシステムが提供され、エレベーター又はカウンターウェイトは電磁石を備え、エレベーターシャフトはコイルを有し、エレベーターはブレーキ時に電磁石に通電するために制御可能であり、それによって、エレベーターとカウンターウェイトシステムの電磁ブレーキを提供する。
【００２５】
本発明の第５の態様によれば、電気を生成し、同時に輸送機関にブレーキをかける方法が提供されており、当該方法は、
移動する輸送機関にブレーキを適用し、
少なくともブレーキの適用の一部として、軌道上のコイルに隣接して配置されている輸送機関の電磁石に通電し、
コイルから電気を取り出す。
【００２６】
本発明の第６の態様によれば、軌道上を走行する輸送機関の製造方法が提供されており、当該方法は、
軌道上を走行する輸送機関を提供し、
軌道に隣接する側の輸送機関上に一連の電磁石を提供し、
輸送機関のブレーキの適用時に励磁される電磁石を接続する。
【００２７】
本発明の第７の態様によれば、輸送機関の軌道の製造方法が提供されており、当該方法は、
ブレーキが必要とされそうな軌道上のブレーキ領域を特定し、
ブレーキ領域上に巻線のコイルを配置し、
そこで生成された電力を出力するよう、コイルを接続する。
【００２８】
この態様において、当該方法は、軌道上の走行を目的とした輸送機関上に配置された対応する磁石から所定距離を定義する高さにコイルを設定し、コイルと出力との間にＡＣ／ＤＣコンバータを接続してもよい。当該方法は、また、ＡＣ／ＤＣコンバータと出力との間にＤＣ／ＡＣコンバータを接続してもよい。
【００２９】
別段の定めがない限り、ここで使用される全ての技術用語及び／又は科学用語は、本発明が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を持つ。ここに記載されたものと類似又は同等の方法及び材料は、本発明の実施形態の実施又は試験において使用することができるが、例示的な方法及び／又は材料は以下に記載される。矛盾する場合、定義を含む特許明細書が規制する。また、材料、方法及び例は例示のみであり、必ずしも限定を意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態は、添付の図面を参照して、単に例として、ここに記載される。ここで、図面を詳細に具体的に参照すると、示された詳細は、例としてのものであり、本発明の実施形態の例示的な議論の目的のためのものであることが強調される。この点で、図面と共に行われる説明は、本発明の実施形態がどのように実施され得るかを当業者に明らかにする。
【図１】本発明の実施形態に従って、軌道に作られたステータを有し、軌道に沿って移動する輸送機関からなるリニアジェネレータを示す概念的な概略図である。
【図２】本実施形態に従って、軌道上の輸送機関の下側の側面透視図を示す概略図である。
【図３】図２の輸送機関の下側の正面透視図を示す簡略化された概略図である。
【図４】図２及び図３のステータを軌道無しの状態で示す簡略化された概略図である。
【図５】本発明の実施形態に従って、ステータ巻線の配置のための特定可能なブレーキ領域を有する軌道を示す概略図である。
【図６】本実施形態のリニアジェネレータの原理を用いたブレーキのためのエレベーターとカウンターウェイトの簡略化された図である。
【図７】図６のエレベーターとカウンターウェイトの変形例である。
【図８】図６のエレベーターとカウンターウェイトの更なる変形例である。
【図９Ａ】本実施形態のリニアジェネレータを提供するため、エレベーターのカウンターウェイトがどのようにコイルで構成され、どのように磁石で囲まれればよいかを示す概略図である。
【図９Ｂ】本実施形態に従う例示的なエレベーターの更なる図を示す概略図である。
【図１０】本発明の実施形態に従って、輸送機関にブレーキをかける方法を示す簡略化されたフローチャートである。
【図１１】本発明の実施形態で使用する輸送機関の製造を示す簡略化されたフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態で使用する軌道の製造又は改造を示す簡略化されたフローチャートである。
【図１３】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図１４】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図１５】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図１６】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図１７】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図１８】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図１９】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図２０】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図２１】本実施形態のブレーキプロセスをモデル化するために実施されたシミュレーションを示し、達成された結果を示すグラフである。
【図２２】輸送機関内部にある本実施形態のブレーキシステムの一部の電気的レイアウトの概略を示す簡略化された概略図である。
【図２３】電磁石とコイルと力の方向を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明は、そのいくつかの実施形態において、リニアジェネレータに関し、より具体的には、運動量から電気を生成するようなジェネレータの使用に関するが、これに限定されるものではない。
【００３２】
輸送機関の運動量から電力を生成するリニアジェネレータは、可動部とステータとを備える。可動部は、定義された経路に沿って移動する動力車であり、ステータは、定義された経路に沿って作られる。
【００３３】
従って、ステータは、その後、輸送機関に関係することなく、電気システムに接続されていてもよい。ジェネレータは、輸送機関の動きを減衰させてもよく、その結果、輸送機関の動きを利用して発電することができる。
【００３４】
可能な用途は、旅客列車及び貨物列車を含む列車と、バスと、エレベーターとを含み、リニアジェネレータは、ブレーキを支援すると同時に、輸送機関の運動量からエネルギーの浪費を防ぐために使用されてもよい。
【００３５】
ブレーキは自動でもよく、これにより、運転手の介入なしに、列車は駅に自動的に停止する。また、本システムの使用は、ブレーキ距離を短縮するのに効果があるでしょう。これらの両方の理由により、本実施形態のシステムは、安全システムとして機能してもよい。
【００３６】
ブレーキシステムは異なる方向で動作してもよい。
【００３７】
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の説明に記載された及び／又は図面に示された要素及び／又は方法の詳細な構成及び配置の適用に必ずしも限定されないことを理解されるべきである。本発明は、他の実施形態が可能であり、又は、様々な方法で実施又は実行可能である。
【００３８】
ここで、図面を参照すると、図１は、輸送機関１２の運動量から電力を生成するリニアジェネレータ１０を示す。リニアジェネレータ１０は、輸送機関１２である可動部と、ステータ１４である非可動部とを有する。輸送機関は動力車であり、一般には、輸送機関はリニアジェネレータとは独立したシステムによって駆動される。従って、例えば、輸送機関１２は、架空ケーブル１６から電気を供給し、電気モーター１８によって駆動される電車であってもよい。輸送機関は鉄道軌道２０などの定義された経路に沿って移動し、ステータは定義された経路に沿って作られる。輸送機関は一定の運動量で矢印２２の方向に移動し、ステータは相互作用して運動量の一部を吸収して電気を生成し、矢印２４の方向にブレーキ力を供給する。
【００３９】
輸送機関は、軌道に面する側に一連の磁石２６を有し、それは、列車の場合、下側になる。磁石は、必要なときに、例えば、ブレーキ中に、通電することができるような電磁石でもよく、磁石は連続する交互の極を提供してもよい。
【００４０】
ステータは、軌道に作られた又は軌道から持ち上げられた一連の巻線コイル２８を備える。コイルと磁石との間の距離は、最適な結合を実現するために電気技師が設定したい設計上の特徴であり、一例では、図１に示すように、コイルは、持ち上げられた第３レール３０上に任意に配置されてもよい。
【００４１】
作られたシステムの一部又は全部は、ブレーキシステムの制約外での磁束の漏れや不要な誘導効果を防ぐため、ファラデーケージに組み込んでもよい。
【００４２】
コイルは、正方形、円形、８の字形、又は、任意の他の適切な形状であってもよい。
電流の方向を変えるために、下記の図２２に示すように、ダイオードが使用されてもよい。
【００４３】
図２及び図３は、列車の下側の磁石の交互の極を示し、軌道の真ん中のステータ上に配置されたコイルを示す図１の輸送機関の側面と前面の透視図を示す。コイルは、出力３２に接続されていてもよく、出力３２は、同様に、コイルから生成された電力が供給される電源に接続されていてもよい。出力は、生成された電力を出力用に調整するためのさまざまな回路を有していてもよい。従って、リニアジェネレータによって生成される周波数は、輸送機関の瞬時速度に応じて変化する可能性がある。しかしながら、電力供給には特定の周波数が必要である。従って、回路は必要な調整を行ってもよい。１つの実施形態では、ＡＣ／ＤＣコンバータがコイルからの入力をＤＣに変換し、次に、ＤＣ／ＡＣコンバータが所望の周波数で出力を生成する。別の実施形態では、単独で、又は、他の変換器と組み合わせて、周波数変換器が使用されてもよい。
【００４４】
具体的には、図２及び図３が示すものは、軌道に隣接する側に一連の電磁石を有し、軌道が巻線コイルを有する電磁石に面する列車の一部である。輸送機関は、ブレーキ時に電磁石に通電して、列車の動きを減衰し、列車の運動量が失われないように、同時に、電気を生成する。
【００４５】
図４は、ステータ１４の簡略化された概略図であり、軌道中に挿入又は作られてもよい。ステータは、軌道の長さに沿って直線的に配置された巻線コイル２８を有する。図４においては、コイルが隙間によって分離されている図１の実施形態とは対照的に、コイルは、移動方向（矢印４２）において、輸送機関の下面の下に準連続面４０を形成する。コイルは、軌道を横切る輸送機関の幅（矢印４４）の大部分又は全てに対して延在してもよく、輸送機関に向かう高さ方向（矢印４６）において平坦化される。
【００４６】
これから、鉄道軌道のセクションを示し、本実施形態で使用するためにどのように変更することができるかを示す簡略化された図である、図５を参照する。上り軌道５０及び下り軌道５２は、矢印５４及び５６によって定義された移動方向を有する。駅５８は軌道の一方の端部に配置され、駅アプローチ６０は列車にブレーキが必要となる下り線上に規定される。軌道内の屈曲部６２も、ブレーキが要求されるアプローチ領域６４及び６６を規定する。上り線上の下降勾配６８も、ブレーキが要求される領域を規定してもよい。
【００４７】
従って、定義された経路、この場合、鉄道軌道は、ブレーキ領域と非ブレーキ領域の混合で構成され、ステータ１４はブレーキ領域に特化して作られてもよい。ブレーキ領域の外側では、ステータコイルが、よりまばらに供給されるか、又は、全く供給されなくてもよい。
【００４８】
このように、軌道のブレーキ領域にステータコイルが作られて、列車のブレーキを支援し、同時に電気を生成する鉄道軌道が示される。電気は、一般供給又は鉄道供給に供給されてもよいし、あるいは、ラインサイド設備又は近隣の駅への電力供給などの特定の目的に使用されてもよい。
【００４９】
これから、輸送機関がカウンターウェイト７２を有するエレベーター７０である、図６を参照する。エレベーターはモーター７３を使用して昇降し、停止するように設計された任意のフロアでブレーキをかける必要がある。定義された経路はエレベーターシャフトである。磁石７４はカウンターウェイト７２及び／又はエレベーター７０に配置されてもよく、また、コイル７６はシャフトの壁７８及び８０に配置されてもよい。コイルは、壁全体に沿って配置されてもよく、また、規定されたブレーキ領域がある場合には、規定されたブレーキ領域に制限されてもよい。
【００５０】
これから、輸送機関が図６のカウンターウェイト７２を有するエレベーター７０の変形例である、図７を参照する。エレベーターは、前述したように、モーター７３を使用して昇降し、停止するように設計された任意のフロアでブレーキをかける必要がある。定義された経路はエレベーターシャフトである。磁石７４はカウンターウェイト７２に配置されてもよく、また、コイル７６はシャフトの壁７８及び８０に配置されてもよい。前述したように、コイルは、壁全体に沿って配置されてもよく、また、規定されたブレーキ領域がある場合には、規定されたブレーキ領域に制限されてもよい。
【００５１】
これから、輸送機関が図６のカウンターウェイト７２を有するエレベーター７０の更なる変形例である、図８を参照する。エレベーターは、前述したように、モーター７３を使用して昇降し、停止するように設計された任意のフロアでブレーキをかける必要がある。定義された経路はエレベーターシャフトである。磁石７４はシャフトの壁７８及び８０に配置されてもよく、また、コイル７６は、図示するように、カウンターウェイト７２に配置されてもよく、また、エレベーター７０自身に配置されてもよい。磁石は、壁全体に沿って配置されてもよく、また、規定されたブレーキ領域がある場合には、規定されたブレーキ領域に制限されてもよい。
【００５２】
これから、巻線コイル８２のみ又は主に巻線コイル８２で作られたカウンターウェイト７２を示す概略図である、図９Ａを参照する。カウンターウェイトは、シャフト壁に作られた磁石８４の間を滑走する。磁力線は、シャフトを横切って延在し、カウンターウェイトによって切断され、故に、カウンターウェイトの動きにブレーキをかける。電気は、コイル内で生成され、建物内の一般的な利用のために、終端配線８６から取り出してもよい。前述したように、出力は、ＡＣ／ＤＣコンバータで処理され、その後、所望の周波数を提供するためにチョッパによって処理されてもよく、又は、直接周波数コンバータが使用されてもよい。出力は、コイルが配置された位置に応じて、ステータ又は可動部から取り出してもよい。
【００５３】
列車の実施形態と同様に、エレベーターは、ブレーキ時には、電磁石を通電し、他のときには、ブレーキが必要とされないときにリニアジェネレータが効果を発揮しないように、電磁石を非通電のままにしてもよい。
【００５４】
ここから、本実施形態に従うエレベーターの更なる変形例を示す図９Ｂを参照する。カウンターウェイトは単純化のために示されていない。図９Ｂにおいて、エレベーター７０は、電磁石７４の間のリフトシャフトを下降させ、ブレーキを必要とする。磁石７４はシャフトに並び、コイル７６はエレベーター内にある。オプションは、必要に応じて、コイルにエネルギーを供給するバッテリー７７を提供することである。エレベーターが故障した場合、非常停止として、追加の磁石７９がシャフトの下部に提供されてもよい。
【００５５】
ここから、電気の生成と輸送機関のブレーキを同時に行う方法を示す簡略化した図である図１０を参照する。輸送機関は、リフトシャフト又は鉄道軌道を含む軌道に沿って進んでおり、ブレーキが必要である（９０）。ブレーキが適用され（９２）、電磁石が通電される（９４）。電磁石は軌道に沿うステータの巻線コイルと一緒に動き、エネルギーはステータに吸収され、輸送機関にブレーキをかけ、同時に、電気を生成する。その後、電気はコイルから取り出され、必要に応じて、使用可能である。
【００５６】
本実施形態のリニアジェネレータは、輸送機関に作られた固有のブレーキシステムと協働してもよいことに留意されたい。一つの代替形態では、リニアジェネレータが動作しているとき、輸送機関固有のブレーキシステムは無効化されてもよい。また、輸送機関固有のブレーキシステムを持たずにリニアジェネレータを使用することも可能であるが、その場合、軌道の全長に沿ってリニアジェネレータが提供される必要がある。これは、いつ、どの場所でも、予期せぬ事態が発生し、緊急ブレーキが必要となる場合があるからである。
【００５７】
ここから、本実施形態に従って、軌道上を走行し、電気を生成する輸送機関を製造する方法、又は、その方法について、既存の輸送機関を改造する方法を示す、図１１を参照する。必要とされることは、輸送機関を取得し（１００）、軌道のコイルに隣接する輸送機関の側面を選択し（１０２）、選択された側面に一連の電磁石を配置し（１０４）、輸送機関へのブレーキの適用時に電磁石が通電されるように、電磁石を接続する（１０６）ことである。つまり、電磁石は、輸送機関ブレーキの適用により、電圧源に接続され、ブレーキが適用されないときに、電圧源から切断される、ということである。
【００５８】
軌道は、図１２に示すように、本実施形態で使用するために作られてもよい。まず、図５に示す領域のように、ブレーキ領域が特定される（１１０）。次に、例えば、図４のステータの形において、巻線コイルがブレーキ領域に配置される（１１２）。コイルの高さは、輸送機関とその上の電磁石とが所望の結合を提供するように設定される（１１４）。次に、調整回路は、出力をどのように使用するかによって、出力に接続される。従って、１１８に示すように、入力に関係なく、所望の周波数での出力を提供するため、ＡＣ／ＤＣコンバータの後にＤＣ／ＡＣコンバータが続いてもよい。当業者であれば明らかなように、その他の解決策が採用されてもよい。調整回路は、例えば、ラインサイドキャビネットに提供されてもよい。
【００５９】
さて、正方形であり、側面ａ及び面積ａ２＝Ａを有するコイルを考える。
従って、流束φ＝ＢＡ
磁石が通過すると、コイル内の磁束は、時間Δｔで０から最大まで上昇する。
近似すると、Δｔ＝２Ａ／ｖ
コイル内のインダクタンスＬ、及び、電流Ｉの場合、
φ＝ＬＩ
コイル内の電圧Ｖは、次式で与えられる。
【数１】
2021519059.tif 000003
従って、次式が得られる。
ΔＩ＝ＡＢ／Ｌ
損失を無視すると、次式となる。
【数２】
2021519059.tif 000004
コイル内のエネルギーは、次式で与えられる。
【数３】
2021519059.tif 000005
コイルの正方形ループにおけるインダクタンスは、次式で与えられる。
【数４】
2021519059.tif 000006
従って、ａ＝１ｍ、Ｌ＝４．１７１０μＨの場合であって、Ｂ＝１Ｔの場合、Ｅ＝１．２１０×１０５Ｊである。
生成された電流は７１Ａに達する。コイル全体の電圧は、次式で与えられる。
【数５】
2021519059.tif 000007
ここで、
ｅ＝瞬間電圧
Ｎ＝コイルの巻数
φ＝磁束（ウェーバー）
ｔ＝時間（秒）
【００６０】
速度１００ｋｍ／ｈ及び磁場１テスラの場合、コイルは瞬時に５６ボルトを生成する。
コイルの抵抗は、３ｍΩであり、わずか０．２３Ｖの電圧降下を引き起こす。
【００６１】
小型の試作列車は、上記のようにステータを内蔵した軌道上を走行するため、一連の磁石で作られた。配置がテストされ、４つのパルスに渡って１つのコイルから５ボルトで６４ｍＡのＡＣ出力が得られた。列車を停止させようとする試みはなされなかった。
【００６２】
更なる実験では、再びミニチュアで、別のプロトタイプの列車が作られた。芯のない２つの銅コイルが平面に配置され、４つの永久磁石が列車に配置された。コイル及び磁石の位置及び構造は、実験の途中で変更された。列車は５〜８ｋｍ／ｈの間で走り、磁石はコイルから１０ｍｍの距離を通過した。
【００６３】
コイルは並列に接続され、磁石が通過したときのコイルからの出力が測定された。測定は、１Ωの抵抗を負荷として固定する前後の両方で行った。
【００６４】
実験の一回の繰り返しにおいて、磁石は２０１３ガウスの磁化で２５×５０×１５ｍｍであった。コイルは２０×９０×６０ｍｍで、直径０．０８ｍｍの銅線の２２５ループが含まれる。コイルの抵抗は１．８Ωであり、５Ｖの電圧が得られた。
【００６５】
負荷抵抗が使用された場合、１．５Ｖの電位がそれに跨がって現れた。
【００６６】
電圧は、列車の速度、磁石とコイルとの間の距離によって増加し、さらに、コイルにコアが設けられると増加することが明らかになった。
【００６７】
ここから、シミュレーションの結果を示す図１３〜図２０を参照する。シミュレーションは、高さ２００ｍｍの１ｍ四方の磁石を基にした。銅コイルは、コアを取り囲む１平方ｍｍの断面を有する１００巻きの１ｍの正方形であった。コイルの抵抗は６．５Ωであった。コイルから磁石まで２００ｍｍの距離があった。磁石は３０ｍ／ｓで０．１秒で移動した。コイルは、直径４０ｍｍのパイプに均質に圧縮された。
【００６８】
図１３は磁場を示す。磁石は１テスラと定義されているが、実際には、中心部において、磁場は約０．７テスラ以下である。
【００６９】
図１４は、磁石の中心の垂直線に沿った磁場の変動を示す。
シミュレーションでは、コイル中のコアの存在により比較的小さな違いを生じた。
【００７０】
図１５は、コイルに何も接続されなかったときの電圧を示す。図１６は、コイルが負荷に跨がって接続されたときの派生電流を示す。
【００７１】
図１７は、列車に適用される時間に渡るブレーキ力を示す。
【００７２】
図１８は、距離に渡るブレーキ力を示す。
【００７３】
図１９は、ブレーキが適用される距離に渡るブレーキエネルギーをジュールで示す。
【００７４】
図２０は、コイルに内蔵されたコアでのブレーキ時間に渡るコイル電圧を示す。
【００７５】
図２１は、アーク長に対する磁束密度を示す。
【００７６】
図２２は、本実施形態に従って、列車用ブレーキシステムの構造を示す概略図である。
図に示すように、一連のブレーキコイル２００は、整流器２０２によって整流された電流を供給するため、ダイオードを介して接続され、セル２０４での使用又は収集のために提供される。セル２０４は、バッテリー、電解セル、又は、エネルギーを貯蔵可能な任意の他のユニットであってもよい。
【００７７】
図２３は、本実施形態で使用されるように、コイルを通過し、ブレーキをかけながら電流を生成する磁石を示す簡略化された概略図である。電磁石２１０は、コイル２１４上で矢印２１２の方向に移動する。磁場は、矢印２１６で示される方向に生成される。電流は反時計回りにコイルに誘導される。
【００７８】
以下は、異なるタイプの輸送機関のブレーキ力と回収可能エネルギーの例示的な計算である。
【００７９】
１）旅客列車
８０ｋｍ／ｈで移動する５７トンの輸送機関は、１４．４メガジュールに相当する。４０ｋｇのコイルは１パルスあたり５キロジュールを生成する。１５パルス及び２００コイルの場合、２００ｍ以上で１５メガジュールのブレーキエネルギーが起こりうる。コイルあたり７５キロボルトに２００コイルを掛け合わせたものは、１５メガボルト及び１５０キロアンペアで約１５秒の持続時間に相当する。
【００８０】
２）路面電車や都市軽量鉄道列車
長さ７０メートルの列車は約１６０トンの重さであり、８０ｋｍ／ｈから停止するため、４０メガジュールの停止パワーを必要する。上記のモデルは、コイルが１Ｔの磁石から２００ｍｍ離れ、実際には１０％の効率である場合、１００ループで１ｍ四方のコイルと１ｍｍの断面積から５００ジュール、５０アンペアのシングルパルスを提供する。
【００８１】
従って、メートルあたりの４０Ｋｇの銅コイル（断面１ｍｍで１０００ループ）は、１６０メートル以上で提供され、５０パルスを使用して、４０ＭＪの停止エネルギーを提供可能である。６４００ｋｇの銅が必要である。
【００８２】
３）バス
８０ｋｍ／ｈで走行する重さ１９トンのバスは、停止するため、４．８メガジュールを必要とする。このように、４０ｋｇ／ｍの重さを持つコイルを１２０ｍに渡って配置する必要がある。これは、８パルス以上で、４．８メガジュールを生成する。
【００８３】
４）エレベーター／リフト
高さ６０ｍ（約１０階）から降下される重さ１．８トンのエレベーターは、リフトシャフトの底部に１メガジュールの停止力が必要である。このような停止力は、シャフトの周りの最後の２５メートルに渡って銅コイルを置くことによって達成可能である。
【００８４】
本出願から完成する特許の存続期間の間に、多くの関連する輸送機関及びブレーキ技術が開発され、対応する用語の範囲は、そのような新しい技術の全てを先験的に含むように意図される。
【００８５】
用語「comprises（備える）」、「comprising（備える）」、「includes（含む）」、「including（含む）」、「having（有する）」、及び、それらの活用形は、「含むが限定されない」を意味する。
【００８６】
用語「consisting of（からなる）」は、「含みかつ限定される」を意味する。
【００８７】
用語「consisting essentially of（本質的に〜からなる）」は、追加の成分、工程、及び／又は部分が、特許請求される組成物、方法又は構造の基本的かつ新規の特徴を実質的に変更しない場合にのみ、組成物、方法又は構造が追加の成分、工程、及び／又は部分を含んでもよいことを意味する。
【００８８】
ここで使用されているように、単数形「a」、「an」及び「the」は、文脈が明確に別段の規定をしない限り、複数の参照物を含む。
【００８９】
明確にするために、別々の実施形態の文脈に記載された本発明の特定の特徴は、単一の実施形態で組み合わせて提供されてもよく、本文は、そのような単一の実施形態が明示的に詳細に書き出されているように解釈されるべきである。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈に記載された発明の様々な特徴は、別々に、又は、任意の適切な部分の組み合わせで、又は、本発明の他に記載の実施形態に適するように提供されてもよく、本文は、そのような別々の実施形態又は組み合わせが明示的に詳細に記述されているように解釈される。
【００９０】
様々な実施形態の文脈に記載された特定の特徴は、実施形態がそれらの要素なしでは動作不能でない限り、それらの実施形態の本質的な特徴とみなされるべきではない。
【００９１】
本発明は、その特定の実施形態に関連して説明されてきたが、多くの代替、修正及び変形が当業者には明らかであることが明白である。従って、添付の特許請求の範囲の精神及び広い範囲に該当するような全て代替、修正及び変形を包含することが意図されている。
【００９２】
本明細書で言及された全ての出版物、特許及び特許出願は、個々の出版物、特許又は特許出願が具体的かつ個別に参照により本明細書に組み込まれることが示されているのと同程度に、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。更に、本出願における任意の参考文献の引用又は特定は、そのような参考文献が本発明の先行技術として利用可能であることの承認として解釈されるべきではない。セクションの見出しが使用されている限りにおいて、それらは必ずしも限定的であると解釈されるべきではない。
【００９３】
［関連出願］
本出願は、２０１８年３月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／６４２，０３３号からの優先権の利益を主張し、その内容は、参照することにより、その全体がここに組み込まれている。
【図１】
2021519059.tif 000008
【図２】
2021519059.tif 000009
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年4月23日(2020.4.23)
【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】
輸送機関の運動量から電力を生成するリニアジェネレータであって、
前記リニアジェネレータは、可動部とステータとを備え、
前記可動部は、定義された経路に沿って移動する動力車であり、前記ステータは、前記定義された経路に沿って作られ、
前記リニアジェネレータは、少なくとも一部がファラデーケージに組み込まれ、それによって、磁束の漏れを防ぐ、
リニアジェネレータ。
【請求項２】
輸送機関の運動量から電力を生成するリニアジェネレータであって、
前記リニアジェネレータは、可動部とステータとを備え、
前記可動部は、定義された経路に沿って移動する動力車であり、前記ステータは、前記定義された経路に沿って作られ、
前記リニアジェネレータは、瞬時車両速度に依存する周波数を固定出力周波数に変換するように構成された少なくとも１つの変換器を更に備え、
前記リニアジェネレータは、少なくとも一部がファラデーケージに組み込まれ、それによって、磁束の漏れを防ぐ、
リニアジェネレータ。
【請求項３】
前記可動部は一連の磁石を備え、前記ステータは巻線のコイルを備える、
請求項１又は２に記載のリニアジェネレータ。
【請求項４】
前記磁石は電磁石であり、前記動力車は電気動力車である、
請求項３に記載のリニアジェネレータ。
【請求項５】
前記一連の磁石は、前記巻線のコイルから所定の距離で通過するように、前記輸送機関上に配置される、
請求項３又は４に記載のリニアジェネレータ。
【請求項６】
前記一連の磁石は極性が交互になっている、
請求項３から５のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項７】
前記定義された経路はブレーキ領域と非ブレーキ領域とを備え、前記ステータは前記ブレーキ領域に作られ、前記非ブレーキ領域には作られていない、
請求項１から６のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項８】
前記輸送機関は列車を含み、前記定義された経路は鉄道軌道である、
請求項１から７のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項９】
前記輸送機関は、エレベーター、又は、カウンターウェイトを備えたエレベーターであり、前記定義された経路はエレベーターシャフトである、
請求項１から７のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１０】
前記輸送機関はエレベーターのカウンターウェイトであり、前記定義された経路はエレベーターシャフトである
請求項１から７のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１１】
前記ステータはＤＣ出力を提供するＡＣ／ＤＣコンバータを備える、
請求項１から１０のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１２】
ブレーキから生成された前記電力は、水素を生成するために電気分解で使用される、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１３】
前記可動部は一連の電磁石を備え、前記ステータは巻線のコイルを備え、前記輸送機関はブレーキ時に電磁石に通電するように構成される、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のリニアジェネレータ。
【請求項１４】
エレベーターシャフト内のエレベーター及びカウンターウェイトシステムであって、
前記エレベーター又は前記カウンターウェイトは電磁石を備え、前記エレベーターシャフトはコイルを有し、前記エレベーターはブレーキ時に前記電磁石に通電するために制御可能であり、それによって、前記エレベーター及びカウンターウェイトシステムの電磁ブレーキを提供し、
前記エレベーター及びカウンターウェイトシステムはリニアジェネレータを備え、前記リニアジェネレータは、少なくとも一部がファラデーケージに組み込まれ、それによって、磁束の漏れを防ぐ、
エレベーター及びカウンターウェイトシステム。
【請求項１５】
輸送機関の軌道の製造方法であって、
ブレーキが必要とされそうな前記軌道上のブレーキ領域を特定し、
前記ブレーキ領域上に巻線のコイルを配置し、
そこで生成された電力を出力するよう、前記コイルを接続し、
前記コイルと前記出力との間にＡＣ／ＤＣコンバータ及びＤＣ／ＡＣコンバータを接続し、
前記コイルと前記輸送機関上の磁石との間にリニアジェネレータが形成されるように、前記軌道と前記コイルとを配置し、前記リニアジェネレータは、少なくとも一部がファラデーケージに組み込まれ、それによって、磁束の漏れを防ぐ、
輸送機関の軌道の製造方法。
【国際調査報告】
2021519059.tif 000032
2021519059.tif 000033
2021519059.tif 000034