(57)【要約】  【解決手段】  本発明は、共振および振動によって電気エネルギーを発生および増幅させる装置、方法、および工程に関しており、当該装置は、電気モーター（主に直流モーター）の振動によりモーター内で増幅した電圧および電流を発生させるものであり、電気コンポーネントの追加により出力電流および電圧を同調および制御する機能も含まれ、それによって予測可能な結果を得る。  【選択図】      図２
2021512572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同調され選択された振動により電流および電圧を発生させる装置であって、
変換器に電力を提供するドライバー基板に取り付けられた電池であって、前記変換器は導電性の表面の下方に取り付けられ、当該導電性の表面は前記変換器により生成される当該導電性の表面の振動によって発生する電気機械エネルギーを伝導するものである、前記電池と、
前記導電性の表面上に配置された、同調周波数の第１の発電機／モーターであって、前記導電性の表面は、前記変換器の動作開始時点で、前記振動によって前記第１の発電機／モーターを動作させるものであり、前記振動による前記電気機械エネルギーを前記第１の発電機／モーターの動作に変換し、前記第１の発電機／モーターの正端子および負端子に前記電流および電圧を発生させるものである、前記第１の発電機／モーターと、
ダイオードブリッジを形成する複数のダイオードであって、前記複数のダイオードの各々は、前記第１の発電機／モーターの前記正端子と前記負端子との間の回路配線内において前記正端子および前記負端子にそれぞれ取り付けられており、前記回路配線は前記複数のダイオードの少なくとも２つの間に接点が形成された追加の回路配線を有するものである、複数のダイオードと、
前記接点、前記変換器、および前記ドライバー基板の間の回路配線内の同調インダクタであって、前記振動は前記複数のダイオードを通って前記第１の発電機／モーターから前記電流および電圧を発生させるとともに、前記電流および電圧を前記変換器および前記ドライバー基板に返すことによって前記装置の動作を維持し、それにより、前記装置の動作開始後も前記装置の動作を維持するものである、前記同調インダクタと
を有する、装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記ドライバー基板は、図１の回路図に示すダイオードと、抵抗器と、コンデンサーと、トランジスタと、インダクタと、変圧器とを含む一般的な電気コンポーネントで構成される、所定の電力および周波数のドライバー基板として形成されるものである、装置。
【請求項３】
請求項１記載の装置において、前記第１の発電機／モーターは強磁性電気永久磁石を有する直流発電機／モーターである、装置。
【請求項４】
請求項１記載の装置において、さらに、
前記複数のダイオードにより、追加の電流および電圧を発生させる１若しくはそれ以上の第２の発電機／モーターに追加の回路配線が延長され、前記第２の発電機／モーターの各々は強磁性電気永久磁石を有する直流発電機／モーターであり、
前記複数のダイオードの各々と前記１若しくはそれ以上の第２の発電機／モーターとの間において第１のコンデンサーと第２のコンデンサーとを含む回路配線が取り付けられており、前記第１のコンデンサーの負端子は、前記第１の発電機／モーターの前記正端子の方向に向いた前記複数のダイオードの１つに接続されており、前記第２のコンデンサーの正端子は、前記第１の発電機／モーターの前記負端子から離れる方向に向いた前記複数のダイオードの１つに接続されており、前記第１のおよび第２のコンデンサーの間の前記回路配線に前記接点が形成されているものであり、
前記接点、前記変換器、および前記ドライバー基板の間の回路配線内に同調インダクタを有し、前記振動は、前記複数のダイオード、前記第１および第２のコンデンサーを通って前記第１の発電機／モーターから前記第２の発電機／モーターに前記電流および電圧を発生させ、それにより追加の電流および電圧を発生させるとともに、前記電流および電圧を前記変換器および前記ドライバー基板に返すことによって前記装置の動作を維持し、それにより、前記装置の動作の開始後も前記装置の動作を維持するものである、装置。
【請求項５】
請求項１記載の装置において、さらに、
前記第１の発電機／モーターの前記正端子および前記負端子は、電気回路によって全波ブリッジ整流器に取り付けられており、
第１のコンデンサーは前記全波ブリッジ整流器の負側に接続された負端子を備え、前記全波ブリッジ整流器はさらに、少なくとも１つの第２の発電機／モーターの負側に接続されており、第２のコンデンサーは前記全波ブリッジ整流器の正側に電気回路によって取り付けられた正端子を備え、前記全波ブリッジ整流器はさらに、前記少なくとも１つの第２の発電機／モーターの正側に接続されており、前記第１および第２のコンデンサーは前記第１の発電機／モーターの高周波交流出力を受け取ることができ、
前記第１および第２のコンデンサー間の電気回路には接点が形成され、前記接点から同調インダクタを含む電気回路が延され、前記同調インダクタは前記変換器および前記回路基板に電流および電圧を送り返すものであり、
前記第１のコンデンサーの負側は前記少なくとも１つの第２の発電機／モーターの前記負端子に取り付けられており、前記第１のコンデンサーの正側は前記接点の方向に向いており、前記第２のコンデンサーの正側は前記少なくとも１つの第２の発電機／モーターの前記負端子に取り付けられており、前記第２のコンデンサーの負側は前記接点の方向に向いており、前記振動は、前記全波ブリッジ整流器並びに前記第１および第２のコンデンサーを通って前記第１の発電機／モーターから前記少なくとも１つの第２の発電機／モーターに前記電流および電圧を発生させ、それにより追加の電流および電圧を発生させるとともに、前記電流および電圧を前記変換器および前記ドライバー基板に返すことによって前記装置の動作を維持し、それにより、前記装置の動作の開始後も前記装置の動作を維持するものである、装置。
【請求項６】
請求項１記載の装置において、さらに、
本明細書および図面に開示されている任意の他の要素を有するものである、装置。
【請求項７】
請求項１記載の装置の発電機／モーターの振動によって電流および電圧を発生させる方法および工程。
【請求項８】
同調され選択された振動により電流および電圧の発生を発生させる装置であって、
正端子と負端子とを備え、変換器に電力を提供するドライバー基板に取り付けられた電池であって、前記変換器は導電性の表面の下方に取り付けられ、当該導電性の表面は前記変換器により生成される当該導電性の表面の振動によって発生する電気機械エネルギーを伝導するものである、前記電池と、
二重巻き二重整流子を備え、前記導電性の表面上に配置された、同調周波数の発電機／モーターであって、前記導電性の表面は、前記変換器の動作開始時点で前記振動によって前記発電機／モーターを動作させるものであり、前記振動による前記電気機械エネルギーを前記発電機／モーターの動作に変換し、前記発電機／モーターの正端子および負端子に前記電流および電圧を発生させるものである第１の発電機／モーターと、
複数のダイオードであって、前記電池の前記負端子に対して当該負端子から離れる方向に向くように電気回路によって接続され、第１および第２の整流子において整流子端子に接続されているものであり、共通の電気回路によって第１のコンデンサーの外部端子にさらに接続されているものである、前記複数のダイオードと、
複数のダイオードであって、前記電池の前記正端子に対して当該正端子の方向に向くように電気回路によって接続され、第１および第２の整流子において整流子端子に接続されているものであり、共通の電気回路によって第２のコンデンサーの外部端子にさらに接続されており、前記第１および第２のコンデンサーは共通の接点で相互に取り付けられているものである、前記複数のダイオードと、
前記接点、前記変換器、および前記ドライバー基板間の回路配線であって、前記振動は前記複数のダイオードを通って前記発電機／モーターから前記電流および電圧を発生させるとともに、前記電流および電圧を前記変換器および前記ドライバー基板に返すことによって前記装置の動作を維持し、それにより、前記装置の動作の開始後も前記装置の動作を維持するものであり、さらに、前記発電機／モーターの前記二重巻き電機子は電気機械エネルギーを受け取り、前記第１の整流子の方向に向いた際に逆時計回りに回転し、前記第２の整流子の方向に向いた際に時計回りに回転することにより、共振波形の両側を利用して前記二重電機子上に一定のトルクを発生させるという利点を提供するとともに、前記回路基板に電力を供給しつつ前記電池を充電するためのさらに大きいエネルギーを提供するものである、前記回路配線と
を有する、装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、前記ドライバー基板は、図１の回路図に示すダイオードと、抵抗器と、コンデンサーと、トランジスタと、インダクタと、変圧器とを含む一般的な電気コンポーネントで構成される、所定の電力および周波数のドライバー基板として形成されるものである、装置。
【請求項１０】
請求項８記載の装置において、さらに、
本明細書および図面に開示されている任意の他の要素を有するものである、装置。
【請求項１１】
請求項８記載の装置の発電機／モーターの振動によって電流および電圧を発生させる方法および工程。
【請求項１２】
同調され選択された振動により電流および電圧を発生させる装置であって、
交流出力を提供する交流電源回路基板と、
対をなし相互に並列接続された、対向する一対の第１および第２の圧電素子変換器であって、電気的に同調された交流がプッシュプル構成の前記交流電源回路基板の交流出力によって供給されて電気機械エネルギー回路を形成し、平衡変成器が、前記交流電源回路基板との間で電気回路に直列接続されているものである、前記対をなす第１および第２の圧電素子変換器と、
前記電気機械エネルギー回路を受け取る永久磁石直流発電機／モーターであって、前記対をなす変換器は機械的に相互に１８０度異なる位相で動作することで前記プッシュプル構成を形成するものであり、前記第１の変換器が長手方向に拡張相にあるとき、前記第２の変換器は長手方向に収縮相にあり、または前記第１の変換器が長手方向に収縮相にあるとき、前記第２の変換器は長手方向に拡張相にあるものであり、前記対をなす第１および第２の変換器の共振周波数と前記発電機／モーターの共振周波数が一致した場合に、前記発電機／モーターは回転することによって電気出力を増幅させ、効率的な電力システムを提供するものである、前記永久磁石直流発電機／モーターと
を有する、装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の装置において、さらに、
本明細書および図面に開示されている任意の他の要素を有するものである、装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の装置の発電機／モーターの振動によって電流および電圧を発生させる方法および工程。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
装置、方法、および工程は、電動機の振動によって電流および電圧を発生させるものであり、電気コンポーネントの追加により、出力電流および電圧を同調および制御する機能を含み、それによって予測可能な結果を得る。
【背景技術】
【０００２】
従来技術特許（類似の分野または類似の使用に関する特許）の予備審査が本出願者により行われた。しかし、従来技術の発明は、本出願の装置、方法、および工程と同一または類似の要素を開示するものでもなければ、従来技術において意図または予期される方法で重要なコンポーネントを提示するものでもない。実際、本出願の装置、方法、および工程において開示されている概念および物理的変換は、如何なる従来技術においても成功裏に証明されてはいない。従って、関連する従来技術に関する言及は、既知の電気コンポーネント（これらは、類似の予測可能結果を提供するものでもなければ、関連の薄い予測可能結果を提供するものでもない）の使用以外は、本明細書には含まれていない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
直流（ＤＣ）モーター特に強磁性要素を有する直流モーターは、共振振動力の入力を利用して電気エネルギーを生成することによりモーターを動作させることができることが見出されている。振動エネルギーはモーターに作用して電気的出力および機械的出力を提供する。加えて、モーターへの共振力は、当該モーターから機械的出力を提供するだけでなく、当該モーターによって循環され、外部の電気負荷によって使用可能な補足の電気エネルギーも生成する。直流モーターに送られる振動エネルギーは、ＫＨｚ範囲の周波数を有する非常に高い交流電圧として測定される。
【０００４】
ダイオード（交流電力を直流電力へ整流）、インダクタコイル（ｉｎｄｕｃｔｏｒ  ｃｏｉｌｓ）（強磁性鉄心の周りの一定長のワイヤから成る電気コンポーネント）、コンデンサー（電荷を蓄えるのに使用される２つの導電性板（誘電絶縁体によって分離されている）の表面を有する電気機器）、および他のシステムコンポーネントが使用され、発電機／モーターの共振振動によって生成される高周波数交流電力が直流電力に変換、制御、および調整されることにより、当該発電機／モーターが駆動され、外部負荷の作動が実行される。
【０００５】
本出願の装置、方法、および工程は、ＫＨｚ範囲の周波数を有する高電圧交流出力の整流を開示するものであり、それは、直流発電機／モーター上で、当該発電機／モーター自体の振動エネルギーを用いて行われる。振動エネルギーは、変換器または他の振動エネルギー手段を発電機／モーターに直接取り付けるか、若しくは発電機／モーターに取り付けられた装着具に取り付けることにより、当該発電機／モーターへ送られる。発電機／モーターは、当該装着具に積載されてもよいし、本発明以前には予見も発見もされていない別の方法で取り付けられてもよい。変換能力は、以前には未知の他の手段によって非常に向上した変換差動を生成する。電気振動エネルギーは、発電機／モーターハウジングの共振周波数に一致した同調共振変換器（または他の振動エネルギー手段）を用いることにより実証および開示されている。振動振幅入力について予測可能な結果を示しながらシステムの電力出力を整流、向上、制御、および調整を行うのに、二次的電気コンポーネントを使用してもよい。特定のコンポーネントで間違った電気値が使用されると、システムの出力効率の低下、あるいは機能の完全な喪失が生じる。しかし、同じコンポーネントを最適な特性範囲で使用すれば、方法および工程に関して以前には未知で未証明の電気発生効率が指数関数的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
以下の図面は、本特許出願と共に提出される公式の図面である。
【図１】図１は、本出願の試験システムに使用される超音波変換器用の、１００ワット／４０ＫＨｚドライバー基板の概略図である。
【図２】図２は、共振による電気増幅システムに関連する回路図の第１実施形態である。
【図３】図３は、共振による電気増幅システムに関連する回路図の第２実施形態である。
【図４】図４は、共振による電気増幅システムに関連する回路図の第３実施形態である。
【図５】図５は、高架式振動支持システムの上面に載った直流発電機／モーターを示す図であり、高架式振動支持システムの下面は、図２〜４に示されるように、電気機械振動力を高架式振動支持システムに導入する変換器に取り付けられている。
【図６】図６は、本出願の永久磁石直流発電機／モーター用の二重巻き／二重整流子電機子の図形である。
【図７】図７は、電力を回路基板と電池から受け取り並びに電力を回路基板と電池に返す二重巻き発電機／モーターの概略図である。
【図８】図８は、本発明のプッシュプル構成を達成するために互いに反対の極性で配列された圧電素子を有する変換器ペアの図である。
【図９】図９は、発電機／モーターの反対側末端に取り付けられた超音波装置の取り付けを示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
Ａ．一般機器
図２〜５に示されるように、発電機／モーターの電気機械的振動によって電流および電圧を生成する本装置の基本概念を用いて、いくつかの試験装置が運転された。３つの実証可能システムが、図２〜４で特定される３つの回路図の各々に示されている。最初の動作要素は高架式プラットフォームを有しており、高架式プラットフォームは、上面、下面、および高架式プラットフォームを平坦な動作領域よりも上に支持するための高架式用脚を画定しており、上面の上には図５で特定される強磁性発電機／モーターが位置している。
【０００８】
変換器は、プラットフォームの下面に適切なやり方で固定されることにより一般的に提供されるものであり、その位置は、電圧および電流を生成する強磁性直流発電機／モーターの基盤よりも下の中央であるのが好ましい。以下に示される証明済み技術を提供する実験において、一般的に図１〜４に示されるように、試験された変換器は、４０ＫＨｚ／１００ワット回路基板およびそれにマッチする電源によって動作する４０ＫＨｚ／１００ワット圧電ホーンとして特定される。変換器は、上部、下部、および圧電素子の上部セラミック絶縁体と下部セラミック絶縁体との間に挟まれた２つの圧電素子電極としてさらに特定され、正極はセラミック絶縁体の直ぐ上にある圧電素子の上部に一般的に取り付けられており、さらに、正極および陰極は、電池、コンデンサなどの電源、または他の手段によって動作する回路基板に取り付けられている。ダイオードブリッジを有するダイオードは、高定格電圧の超高速ダイオードとして特定される。
【０００９】
図２〜４内の記号は一般的に周知の電気的記号から導かれたものであるが、例外として、電源およびドライバー基板は、電源およびドライバー基板を示す「Ｐ／ＤＢ」として特定される。最も一般的に、電源は、変換器がオペレーティングシステムの要求性能に適した既知の制御範囲内で高周波数振動または共振を生成可能とするための交流電流および電圧を変換器に提供するものである。他の変換器または共振発生電気機器の使用も想定されている。
【００１０】
最適な変換器の一般特性は、高性能、機械的高Ｑ値、高変換効率、および大振幅を有しており、圧電素子は良好な耐熱性（すなわち、１００ワット／４０ＫＨｚ）を有するセラミック素材製である。さらに、上部および下部素材並びに電極には、ステンレス鋼、ベルメタル、またはアルミニウムが推奨される。上述のコンポーネントは、各要素をユニットとして固定するための圧縮ボルトを一般的な特徴として有しており、相互に積載された圧縮ボルト、電極、および圧電素子の間には絶縁体が配置されている。上部の上面は開示された高架式プラットフォームの下面に連結されているのが通常である。高架式プラットフォームの上面は、変換器によって生成された転送（高圧）高周波数振動波を下面を通して受け取る。変圧器が動作を開始すると、その結果得られる高電圧転送振動エネルギーにより、強磁性発電機／モーターは交流電圧（ダイオードにより整流される）を生成し、図２〜４および７に開示されるように、発電機／モーターの回転が生じる。次に、強磁性発電機／モーターの動作は、発電機／モーターの端子に接続されたダイオードアレイから圧電ディスク間の変換器端子へ至る回路接点によって、関連システムの補足的な継続動作のため、機械力、電流、および電圧を提供するのに使用される。システムが動作するには、ワイヤ（任意のインダクタを含む）は、発電機の端子に接続されたダイオードの１つから変換器の圧電ディスク間の絶縁端子へ通じている回路に接続されていなければならない。もし不適切な電気インダクタが使用されると、何も生じないか、あるいは出力効率が大幅に縮小することになる。
【００１１】
本出願の例示セクションに実験データを用いて示されているように、本システムはインダクタコイルなしでも動作可能である。従って、いくつかの実験では、変換器の正確かつ最適な振動出力を用いて強磁性発電機／モーターの動力発生および動作を最適化させるため、マッチングするように、並びに適切な電気インダクタコイルを含むように、あるいは当該コイルを除外するように要求されるであろう。これは、オシロスコープなどの可視または計器測定によるモニタリングシステムを有する、適切な電気周波数に同調され、変換器に接続されている信号発生器の使用により達成されるであろう。
【００１２】
従って、回路図は、図２〜４において、変換器の絶縁端子に接続されているものとして斯かる接続を示している。図３〜４で使用されるコンダクターは、（アプリケーション次第では、種々の電圧定格および記憶定格を有する他のコンデンサーも使用可能であるが）高電圧定格で比較的低いマイクロファラド（４００ボルト／３９０ｕＦなど）の電解コンデンサーである。
【００１３】
加えて、図１に概略例として示されているドライバー基板は、以下のような重要コンポーネント、すなわち、動力電池（電力を基板に供給するため、直列／並列構成で接続される高電圧電池アレイまたはコンデンサーアレイであってよい）、変圧器付きの電気インダクタコイル、およびトランジスタを有しており、トランジスタは、調波電源を提供するためにトロイダル変圧器によって駆動されて変圧器内で共振を発生させることにより、プラットフォームに振動を提供し、さらに強磁性発電機／モーターのモーターケーシングに特定の最適周波数を供給する。
【００１４】
Ｂ．種々の実施形態の記載
一般的な実施形態−回路基板概要
図１は、以下の図１〜９に一般的に示される本出願の超音波変換器を駆動する回路基板の概略図に関する好ましい実施形態を示している。
【００１５】
第１実施形態−単一の変換器を有する単一の整流子発電機
図２は、上述の一般セクションで認識されている、発電機／モーターの振動により電流および電圧を発生させる機器の第１実施形態である。この装置は、単一の強磁性電気永久磁石直流発電機／モーター（以下に示される方法でダイオードブリッジを通して電流および電圧を伝達する複数のダイオードにより電流および電圧を発生させる）を利用するものである。ダイオードブリッジを構成するダイオード間にはワイヤがあり、このワイヤは電圧を変換器内の中央電極へ送り返し、発電機／モーターの巻線と変換器との間に電力回路を提供するものである。第１実施形態の強磁性発電機／モーターは、唯一プラットフォームの電気機械振動力によって電圧を発生させ、さらに強磁性発電機／モーター内の発電機／モーター軸の回転を促すことにより、機械力並びに変換器に入る入力電圧よりもはるかに高い高電圧で、同時に電流を発生させる。
【００１６】
第２実施形態−二重モーター／ダイオード
図３は、上述の一般セクションで認識されている、永久磁石直流発電機／モーターの電気機械振動により電流および電圧を発生させる機器の第２実施形態である。この装置は、２つ以上の永久磁石直流発電機／モーター（以下に示される方法でダイオードブリッジを通して電流を伝達する一連のダイオードにより電流および電圧を発生させる）を利用するものである。さらに、ダイオードブリッジの中央内に位置する一対の電解コンデンサーも用いられる（１つは交差するワイヤ接続の前、もう１つはその後にあり、当該ワイヤは、上述のように変換器との間で補足的電圧を供給するため、変換器の電極に繋がる回路を通して接続されている）。第１実施形態の強磁性発電機／モーターは、この場合も上述通り、唯一プラットフォームの電気音響振動力によって高電圧出力を発生させ、さらに高周波数高電圧の交流電力を直流電力に整流することにより外部電気負荷へ電力を供給し、さらに強磁性発電機／モーター内のモーター軸の回転を促すことにより、機械力並びに変換器から送られる出力電圧よりもはるかに高い高電圧で、同時に電流を発生させる。第２の強磁性モーターの電力は第１の強磁性発電機／モーターからの出力電力から得られるものであり、その結果、モーター軸の回転が生じる。第２の強磁性モーターの動作電圧および電力は、第１の強磁性発電機／モーターで発生する共振電圧によってコンデンサー上に生じる電圧（ダイオードを通してコンデンサーへ伝達される電圧）に直接関係している。第２の強磁性モーターの回転しているモーター軸に負荷を与えることにより、第１の強磁性発電機／モーターの回転ＲＰＭが増大し、第２の強磁性モーターの軸の回転を制限することにより、第１の強磁性発電機／モーターによって発生される電圧がそれを反映するらしいことがさらに観察されている。これまでの結果、電力向上は無限であり、サイズの増大に伴う可能性には限界が無いように見える。この第２実施形態は、機械力に回転軸を必要とする１若しくはそれ以上の機器の操作で有用であり、さらに充電電圧の出力を必要とする機器（燃料電池、水素電池、および他の機器を含む）の操作にも有用である。複数のモーターが、上述のような２つ以外にもシステム内で使用可能であることが想定されている。
【００１７】
第３実施形態−二重モーター／ブリッジ整流器
図４は、上述の一般セクションで認識されている、発電機／モーターの振動により電流および電圧を発生させる機器の第３実施形態である。この装置は、全波ブリッジ整流器を通して電流および電圧を発生させる２つ以上の強磁性発電機／モーターを利用するものであり、以下に示される方法で、全波ブリッジ整流器を通して電流が伝達される。さらに、第２の強磁性発電機／モーターの方向にさらに向けられた２つの電流ワイヤ間に示されているように、ワイヤブリッジ内に位置する一対の電解コンデンサーも用いられる（二重電解コンデンサーはワイヤブリッジの中央に位置するが、１つの電解コンデンサーは交差するワイヤ接続の前、もう１つの電解コンデンサーはその後にあり、当該ワイヤは、上述のように変換器との間で補足的電圧を供給するため、変換器の電極に至る回路を通して接続されている）。第１の強磁性発電機／モーターは、唯一プラットフォームの電気音響振動力によって高電圧を発生させるものであるが、第１の強磁性モーター内のモーター軸の回転は促さず、変換器に入る入力電圧よりもはるかに高い高電圧で電流を発生させるのみである。第２の強磁性モーターの電力はさらに出力電力を発生させ（恐らくモーター軸の回転も発生させ）、機械装置または機器を動作させるための機械的回転力を提供する。
【００１８】
図４の第３実施形態は、全波ブリッジ整流器を用いるソリッドステートシステムであるが、当該整流器は、第２実施形態の正端子および負端子に繋がる一連のダイオードの代わりに、第１の強磁性モーター（発電機／モーター）の端子間に位置するものである。発電機／モーターはダイオードアレイの方向次第で所定の方向に回転するという事実に鑑みると、全波ブリッジ整流器を端子間に配置するならば、１００％のエネルギーが負荷に供給されるはずであるが、回転を引き起こす力であって波形の両側にタッピングすることにより均等化される力の所為で、もはやモーターとしては行動しないであろう。強磁性場を有する共振ハウジングと、電気モーターの電機子に類似しているワイヤ巻鉄心であって、ハウジングの電気共振振動を通して非常に効率的な高電圧電力を発生させるように修正されたワイヤ巻鉄心とを有する装置を設計することが期待されるべきである。この装置は、全波整流器を通して、直流回路へ高周波数の交流電圧を供給するであろう。
【００１９】
第４実施形態−二重巻き／二重整流子回転子
図６は、本出願の永久磁石直流発電機／モーター用の二重巻き／二重整流子回転子を開示するものである。各整流子の巻線は対向する整流子から電気的に隔離されているが、それぞれの電機子巻線を通して同一の磁場方向を共有している。対向する整流子の端子のダイオード構成は、２つの整流子およびそのダイオード構成により正弦波の両側を整流して高周波数交流電圧の電力を利用できるので、回転子の回転に必要な一定電力をサポートしている。図６に示されるダイオード構成は、負荷に電力を供給し、一定電力および回転子軸の回転をサポートするのに必要な構成を開示するものである。
【００２０】
第５実施形態−電源と回路基板間における、二重整流子直流発電機／モーターの電力ループ
図７は、二重整流子直流発電機／モーターの外部概略図を示す。当該概略図は、二重整流子直流発電機／モーターが電源／ドライバー基板によって駆動される変換器から電気音響エネルギーを受け取る電力ループ回路、並びに電力を電源／ドライバー基板に返す方法を開示している。
【００２１】
第６実施形態−並列接続に使用される、反対極性の２つの変換器
図８は、標準構造形式で示される基本的に同一の２つの圧電変換器を示している。各変換器は、それぞれの前部ドライバーと後部ドライバーとの間に中央ボルト（図示しない）で固定された２つの圧電ディスクを有している。図８の圧電ディスクの方向は互いに反対向きであり、反転していることに注目されたい。各変換器の方向は図８のプラスサインおよびマイナスサインで示されている。変換器の端子は単一の回路基板および電源に並列接続されている。その結果、正電圧が符号１４Ａの正端子に供給され、同時に１４Ｂの負端子にも供給されると、１４Ｂの固定アセンブリが収縮するのと同時に、１４Ａの固定アセンブリが拡張する。電圧電極が逆転すると、対向する変換器に反対の条件が生じる。従って、変換器は、モーターを共振状態で駆動するため、永久磁石直流発電機／モーターの対向する端子に連結できる。モーターケーシングおよび電機子の振動は同一の縦方向に同位相で行われる一方、変換器は相互に１８０度異なる位相で振動する。斯かる効果はプッシュプル構成として一般的に周知である。１つの変換器が拡張モードの場合、もう一つの変換器は収縮モードである。斯かる変換器設定は、変換器をモーターケーシングおよび電機子巻線の各末端に連結することにより、モーターケーシングおよび巻線に優れた電気共振電力を供給する。
【００２２】
図９は、永久磁石直流発電機／モーターの対向末端に連結された一対の超音波変換器に関する、本発明の代替実施形態を示している。
【００２３】
Ｃ．性能および有用性
本出願者による初期実験は振動するフェライト鉄心で何年にも亘って行われ、それが本発明をもたらしたものである。実験には、電池、直流発電機、直流電源などの直流動力源の使用が含まれる。実験には、ミリヘンリーからマイクロヘンリーまでの種々の値のインダクタに直流電力の正弦波パルスを送るため、信号発生器を通して電力が供給される高速トランジスタを使用することも含まれた。トランジスタがスイッチオン／オフされると、コイルにパルスパワーが送られるので、パルスはインダクタにおいて交流正弦波信号を発生させた。各コイルの共振周波数は、インダクタのいずれかの末端上のワイヤに取り付けられた２つのダイオードからの直流電圧を測定することにより決定できた。ピーク電圧がダイオードの直流側でインダクタの崩壊フィールドから測定された時、システムは同調済み共振状態にあった。各インダクタ値は、その値に関連した共振周波数を有していた。インダクタ値が高ければ高いほど、その共振周波数は低かった。インダクタ値が低ければ低いほど、その共振周波数は高かった。インダクタコイルの共振周波数でパルス状の低い直流電圧を入力すると、インダクタ上にダイオードを使用することにより、非常に高い直流電圧の取得が可能であることが観察された。ダイオードから電圧を得るのにコンデンサーを追加すると、測定された電圧がさらに大幅に増大することも観察された。コンデンサーは、ダイオードで測定された出力電圧よりも高い電圧を供給した。ダイオードからの共振直流電圧が、ダイオードで測定された出力電圧よりも高い電圧をコンデンサーが供給するのを助けたようである。データ収集のために複数の実験が行われた。1つの実験において、電源として１．５ボルトＡＡ電池が使用され、フェライトインダクタコイルにパルス状の電圧および電流を提供する所定の周波数でスイッチオン／オフを行うため、高速トランジスタが回路に配置された。周波数をコイルの共振に同調させるにつれて、ダイオードの直流側の測定電圧が増大し、コイルの共振でピークに達した。同調電圧は、インダクタコイルへの１．５ボルトの入力電力から、ダイオードの直流側の２５０ボルト超にまで達するのが測定された。ダイオードの直流側に０．０１５ｍｆｄのコンデンサーを取り付けると、共振コイルから５００ボルト超の電圧が測定された。別の実験では、所定の周波数および電圧でトランジスタを通して３０ｍＨのインダクタにパルスを送るのに、直流の動力源が電源として使用された。１８０ボルト直流発電機／モーターの動作用に接続された３９０ｍｆｄ/４００ボルト電解コンデンサーを充電するのに、インダクタに接続されたダイオードが使用された。他のインダクタ鉄心素材（高周波数フェライト素材など）を鉄と比較する性能値も得られた。高い機械的共振特性を有する他の強化素材が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本発明の将来の実施形態に追加されてよいことも想定されている。
【００２４】
Ｄ．他の試験および例
電気モーターの振動によって電流および電圧を発生させる本装置の有用性は次の通りである。第一に、プラットフォーム上のモーターの振動またはモーターに共振振動を提供する他の手段を用いること以外、直接の電気入力なしに、またはモーター軸を回転させる任意の機械力なしに、発電機／モーターから電気エネルギーを発生させることが可能である。第二に、機械力に加えて電気エネルギーも生成可能であり、機械的負荷がモーターに加わるとき、電気エネルギー出力が実際に供給されるものである。第三に、予測可能な量の電気エネルギーおよび機械エネルギーの出力を調整するのに、極めて受動的な電気部品を含むことが可能であり、システムの連続操作に必要なエネルギー量を略最低限にまで減少させるのに必要な十分なエネルギーをシステムに返すことが可能である。第四に、少ない電流かつ最低限の入力エネルギーで非常に高い電圧を要求する複数の機器を動作するにあたり、有益な動力源の作製が可能となる。他の有益な利点も、本開示の動作システムの範囲内に見出される基本的な物理的および機械的情報、並びに以前には未知であり本発明の開示までは発見されていなかった関連主題を用いて達成可能である。
【００２５】
斯かる独特な形態の振動エネルギーの他の例が、類似してはいるが異なる４つの直流モーターの試験を示す以下の表に開示されている。試験対象のモーターのうち３つは１．５ＨＰ直流モーターであるが、定格電圧は互いに異なっている。その定格電圧は９０ボルト、１８０ボルト、および４５０ボルトである。モーターは同じ製造元由来なので、同一の電機子、スターターハウジング、および外側寸法を有している。第４のモーターは１８０ボルト直流モーターであるが、その定格馬力は０．３３ＨＰに過ぎない。
【００２６】
二組の試験が行われた。各試験は２つの部分からなっている。各試験のパート１では回路にインダクタが使用され、パート２では回路からインダクタが省かれた。交流電源から得られる電力の測定には交流ワットメーターが用いられた。
【００２７】
最初の試験では、各試験モーターから、６，０００ボルト／０．０１５Ｍｆコンデンサーを有する５ＫＶ静電電圧計（その端子にコンデンサーが接続されている）への出力電圧が測定された。一連の高電圧ダイオードがモーターの正端子および負端子、並びに電圧計（電圧計の負端子から変換器ホーンの圧電ディスク間に位置する変換器の端子へ通じるワイヤを有する）に接続されていた。
【００２８】
第２試験は、図２の概略図に示されるように、モーターの正端子および負端子に接続された一連のダイオードを有して行われた。当該試験は、図に示されるインダクタを有する状態、並びに回路からインダクタが省かれた状態で行われた。試験結果は以下の表に示される。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
種々のモーターサイズおよび電圧定格間で測定された共振電圧は比較的同一であることを前出の表１が示している。１８０ボルト定格の０．３３ＨＰモーターは、インダクタを有する電圧読み取りにおいて、１８０ボルト定格の１．５ＨＰモーターよりも高い値を示した。電圧は変換器からの信号の振幅と共に増大し、アンペア数は変換器の電気共振回路に位置するフェライト電機子の体積およびサイズの増大に伴って増大することを試験結果は示していると考えられる。
【００３１】
本発明の種々の実施形態が上述されているが、本明細書記載の本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が可能であることを当業者は想到するであろう。
【００３２】
図面の詳細な説明
図１は、本出願の予備試験に使用された１００ワット／４０ＫＨｚドライバー基板１２の概略図である。電池１０などの電源がドライバー基板１２に電力を供給するのに使用される。ドライバー基板１２は、概略図に示されるように、ダイオード、抵抗器、コンデンサー、トランジスタ、インダクタ、および変圧器などの一般的な電気コンポーネントで構成されている。ドライバー基板出力は、電気機械エネルギーを加工中の製品に提供する変換器１４に接続されている。
【００３３】
図２は本出願の発電機／モータードライバー構成の概略図である。本図は変換器１４の斜視図を示す。ドライバー基板１２は電池１０によって電力を供給されることが示されている。ドライバー基板の記号である＋および−は、ドライバー基板と変換器１４との接続点を示す。変換器１４のホーンは導電性の表面２２の下側に固定されており、当該導電性の表面は、概略図に示されるように、導電性の表面２２上に配置された単一の発電機／モーター２０へ直接電気機械エネルギーを伝導する電気音響板を画成するものである。ドライバー基板１２は、変換器１４の圧電素子の接点に接続されたマイナス（−）出力側を示している。変換器１４の圧電素子の接点から延びる電気回路は、同調インダクタ（ｔｕｎｅｄ  ｉｎｄｕｃｔｏｒ）１６を通って、２つのダイオード２４ａおよび２４ｂ間の接点２８まで延びている。ダイオード２４ａは発電機／モーター２０の正端子に接続され、ダイオード２４ｂは発電機／モーター２０の負端子に接続されることにより、発電機／モーター２０の端子間で閉鎖回路を形成している。この構成では、変換器１４がオンになると発電機／モーター２０が動作する。モーターの回転方向は、モーターの正端子および負端子に接続されたダイオードの方向によって決まる。モーターの正端子および負端子間でダイオード構成の方向が逆転すると、軸の回転もブラシアセンブリに対向する位置に対して逆転する。
【００３４】
図３は、二重発電機／モータードライバー構成の概略図である。図には変換器１４の斜視図が示してある。ドライバー基板１２は電池１０によって電力を供給されることが示されている。ドライバー基板の記号である＋および−は、ドライバー基板と変換器１４との接続点を示す。変換器１４のホーンは導電性の表面２２の基板に固定されており、当該導電性の表面は、概略図に示されるように、発電機／モーター２０へ直接電気機械エネルギーを伝導するものである。ドライバー基板１２は、変換器１４の圧電素子の接点に接続されたマイナス（−）出力側を示している。変換器１４の圧電素子の接点から延びる電気回路は、同調インダクタ１６を通って、２つのコンデンサー２６ａおよび２６ｂ間の直列接点２８まで延びている。コンデンサー２６ａの負端子は、発電機／モーター２０の正端子に面したダイオード２４ａに接続されている。コンデンサー２６ｂの正端子は、発電機／モーター２０の負端子から離れる方向に配置されたダイオード２４ｂに接続されている。モーター３０の正端子はコンデンサー２６ｂの正端子に接続されており、モーター３０の負端子はコンデンサー２６ａの負端子に接続されている。変換器１４が基板２２を通してドライバー発電機／モーター２０に電気機械エネルギーを送ると高電圧交流が発生し、それはダイオード２４ａおよび２４ｂを通過することにより整流され、コンデンサー２６ａおよび２６ｂを充電する。発電機／モーター２０は、コンデンサー２６ａおよび２６ｂを充電する電気負荷を経験すると、モーターとして回転を開始する。電圧がコンデンサー２６ａおよび２６ｂで増大すると、コンデンサー２６ａおよび２６ｂから受け取った電力によってモーター３０が回転を開始する。モーター３０の駆動軸に機械的負荷がかかると、発電機／モーター２０が経験する増大した電気負荷により、発電機／モーター２０のＲＰＭ駆動軸速度が増大するものであり、この点は注目されるべきである。
【００３５】
図４は、図３の概略図に似た二重発電機／モータードライバの概略図である。図には変換器１４の斜視図が示してある。ドライバー基板１２は電池１０によって電力を供給されることが示されている。ドライバー基板の記号である＋および−は、ドライバー基板と変換器１４との接続点を示す。変換器１４のホーンは導電性の表面２２の基板に固定されており、当該導電性の表面は、概略図に示されるように、発電機／モーター２０へ直接電気機械エネルギーを伝導するものである。ドライバー基板１２は、変換器１４の圧電素子の接点に接続されたマイナス（−）出力側を示している。変換器１４の圧電素子の接点から延びる電気回路は、同調インダクタ１６を通って、２つのコンデンサー２６ａおよび２６ｂ間の直列接点２８まで延びている。コンデンサー２６ａの負端子は全波ブリッジ整流器３２（高周波交流出力を受け取るように発電機／モーター２０に接続されている）の負側に接続されている。コンデンサー２６ｂの正端子は全波ブリッジ整流器３２（高周波交流出力を受け取るように発電機／モーター２０に接続されている）の正側に接続されている。モーター３０の正端子はコンデンサー２６ｂの正端子に接続されており、モーター３０の負端子はコンデンサー２６ａの負端子に接続されている。変換器１４が基板２２を通して発電機／モーター２０に電気機械エネルギーを送ると高電圧交流が発生し、それは全波ブリッジ整流器３２を通過することにより整流され、コンデンサー２６ａおよび２６ｂを充電する。電圧がコンデンサー２６ａおよび２６ｂで増大すると、コンデンサー２６ａおよび２６ｂから受け取った電力によってモーター３０が回転を開始する。全波ブリッジ整流器３２の使用により発電機／モーター２０は回転しなくなる。
【００３６】
図５は導電板２２上に配置された発電機／モーター２０の斜視図である。変換器１４は、当該変換器１４が動作中に発電機／モーター２０に電気機械エネルギーを供給できるように、導電板２２にボルトで固定されている。
【００３７】
図６は、２つの整流子３８ａおよび３８ｂを有する二重巻き電機子３６を開示するものである。整流子３８ａおよび３８ｂの巻線は電気的に相互に分離されている。整流子３８ａには２つのダイオード４０ａおよび４２ａが提供されている。ダイオード４０ａは整流子３８ａの正端子の方向に向いており、ダイオード４２ａは整流子３８ａの負端子から離れる方向に向いている。整流子３８ｂには２つのダイオード４０ｂおよび４２ｂが提供されている。ダイオード４０ｂは整流子３８ｂの負端子の方向に向いており、ダイオード４２ｂは整流子３８ｂの正端子から離れる方向に向いている。ダイオード４０ａおよび４０ｂは電池１０の負端子に並列接続されている。ダイオード４２ａおよび４２ｂは電池１０の正端子に並列接続されている。電機子３６を含む発電機／モーターが電気機械エネルギーを受け取ると、整流子３８ａの方向に向いた場合に逆時計回りに回転し、整流子３８ｂの方向に向いた場合に時計回りに回転する。二重整流子電機子３６を使用する利点は、電機子３６に一定のトルクを発生させるのに共振波形の両側が利用でき、それと同時に、回路基板１２に電力を供給しながらより多くのエネルギーを電池１０の充電に提供できることである。
【００３８】
図７は、図６に提供される電力ループ開示の外部概略図を開示するものである。電池１０はドライバー基板１２に電力を供給し、当該ドライバー基板は導電性表面２２に固定された変換器１４へ出力電圧を送る。変換器１４に電力が供給され動作状態になると、電気音響エネルギーが、変換器１４のホーンから導電性表面２２を通して二重巻き／二重整流子発電機／モーター（ｄｗ／ｄｃモーター）５０に送られる。ダイオード４０ａおよび４０ｂは電池１０の負端子に当該負端子から離れる方向に接続されており、さらに図６に示されるそれぞれの整流子およびその端子にも接続されている。ダイオード４２ａおよび４２ｂは電池１０の正端子に当該正端子に向かう方向に接続されており、さらに図６に示されるそれぞれの整流子およびその端子にも接続されている。変換器１４の圧電素子の接点と直列に接続された２つのコンデンサー（Ｃ１）５４および（Ｃ２）５６との間に電気機械共振エネルギーを送る目的で、電気回路５２が提供されている。コンデンサー（Ｃ１）５４の外部端子は電池１０の正端子に接続されており、コンデンサー（Ｃ２）５６の外部端子は電池１０の負端子に接続されている。変換器１４の圧電素子の接点から２つのコンデンサー（Ｃ１）５４および（Ｃ２）５６間の直列接点へ送られる電気機械共振エネルギーは、ｄｗ／ｄｃ発電機／モーター５０の電機子巻線に送られる。ｄｗ／ｄｃ発電機／モーター５０が変換器１４のホーンから電気音響エネルギーを受け取り、変換器１４の圧電素子の接点から電機子巻線に電気機械エネルギーを受け取ると、電池１０が充電され、次に当該電池はドライバー基板１２に電力を提供し、当該ドライバー基板は変換器１４に電力を供給する。図７に示されるエネルギーループは、概略図の下部に示される電池１０およびドライバー基板１２が概略図の上部に示される電池１０およびドライバー基板１２と同一であることを示している。ｄｗ／ｄｃ発電機／モーター５０はそれに取り付けられた原動機なしに回転し、それと同時に電池１０も充電する。システムの全体的な効率は、変換器１４の共振周波数、回路基板１２の信号振幅および出力定格、並びにｄｗ／ｄｃ発電機／モーター５０のサイズおよび長さ／直径比の寸法を含む多くの要因により決定される。
【００３９】
図８は、１対の変換器１４ａおよび１４ｂを開示するものである。変換器１４ａは１対の圧電素子を有しており、当該圧電素子の陰極は互いに向かい合い、正極は外側すなわち前部のホーンおよび後部の基板に面している。変換器１４ｂは１対の圧電素子を有しており、当該圧電素子の正極は互いに向かい合い、陰極は外側すなわち前部のホーンおよび後部の基板に面している。変換器１４ａおよび１４ｂは対をなして互いに並列接続されており、電気的に適切な交流源がプッシュプル構成で利用されて電気機械回路を形成している。
【００４０】
図９は、図８で提供される簡単な開示を詳細に示す概略／斜視図を開示するものである。変換器１４ａおよび１４ｂは、永久磁石直流発電機／モーター５０の反対側末端に固定されている。変換器１４ａおよび１４ｂと発電機／モーター５０との間の接触点は導電性である。回路基板１２は変換器１４ａおよび１４ｂに適切な交流源を提供するものであり、変換器は回路基板１２の交流電気出力に並列な回路構成で接続されている。回路４８ａは変換器１４ａのホーンに接続され、回路４８ｂは変換器１４ｂのホーンに接続されているが、それらは回路基板１２の同じ電気出力端子を共有している。変換器１４ａの圧電素子の接点に接続された回路４６ａおよび変換器１４ｂの圧電素子の接点に接続された回路４６ｂは、回路基板１２の同じ電気出力端子を共有している。平衡変成器（バラン）４４は回路基板１２の出力端子および変換器１４ａおよび１４ｂに至る並列回路に電気回路で直列に接続されている。変換器１４ａおよび１４ｂは、機械的に互いに１８０度異なる位相で動作するように構成されている。変換器１４ａが長手方向な拡張相にあれば、変換器１４ｂは長手方向な収縮相にある（その逆も真である）。発電機／モーター５０の電機子の軸の並列経路に沿った電気機械共振の増幅は、変換器１４ａおよび１４ｂが動作状態にあり、その共振周波数が発電機／モーター５０の共振周波数に一致している場合に達成される。従って、変換器１４ａおよび１４ｂの共振周波数が発電機／モーター５０の共振周波数に一致していれば、極めて効率的な電力システムが提供される。
【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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【国際調査報告】
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