(57)【要約】電気エネルギ貯蔵装置は、第１端部、第２端部、第１側部、及び第２側部を有するハウジングと、ハウジング内で第１端部に隣接して配設される第１電極と、ハウジング内で第２端部に隣接して配設される第２電極と、第１電極と第２電極との間に配設され、複数のイオンを包含する電解質混合物とを含む。実施例において、ハウジング内に設けられたチャンネルは、イオンが第１端部に隣接して流動することを可能にし、ハウジング内の障壁は、イオンが第２端部に隣接して流動するのを防ぐ。他の実施例において、イオンの一部は磁性である。更なる実施例において、イオンの一部は、他のイオンよりも高密度である。電気エネルギ貯蔵装置の充電は、電気エネルギ貯蔵装置に磁界を与えることによって、又は電気エネルギ貯蔵装置を回転させることによって増強される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、
前記ハウジング内で前記第１側部に隣接して配設される第１電極と、
前記ハウジング内で前記第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、
前記ハウジング内で概して前記第１電極と前記第２電極の間に設けられ、複数のイオンを含む電解質混合物と、
概して前記第１電極と前記第２電極の間に画定されるチャンネルであって、前記複数のイオンの少なくとも一部が、概して前記第１電極に隣接する前記チャンネルの第１部位から、概して前記ハウジングの前記第１端部に隣接する前記チャンネルの第２部位を通って、概して前記第２電極に隣接する前記チャンネルの第３部位まで流動できるように構成されたチャンネルと、
概して前記第１電極と前記第２電極の間に配設される障壁であって、前記複数のイオンが前記ハウジングの前記第２端部に隣接して流動することを防ぐ助けとなるように構成された障壁と、
を含む電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項２】
前記チャンネルに配設されるイオン浸透性セパレータであって、前記電解質混合物内のイオンが通り抜け可能であるように構成されたイオン浸透性セパレータを更に含む、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項３】
前記チャンネルが少なくとも部分的に前記障壁によって画定される、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項４】
前記チャンネルが概してＵ字形の断面を有する、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項５】
前記チャンネルが概してＶ字形の断面を有する、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項６】
前記障壁が１つ以上のゲートを含み、前記１つ以上のゲートは、選択的に開閉するように構成されて、前記１つ以上のゲートによって、前記複数のイオンの少なくとも一部が、概して前記第２電極に隣接する前記チャンネルの前記第３部位から、概して前記ハウジングの前記第２対向端部に隣接する前記障壁を通って、概して前記第１電極に隣接する前記チャンネルの前記第１部位まで流動できるようになる、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項７】
前記１つ以上のゲートは、更に、前記複数のイオンの少なくとも一部が、概して前記第１電極に隣接する前記チャンネルの前記第１部位から、概して前記ハウジングの前記第２対向端部に隣接する前記障壁を通って、概して前記第２電極に隣接する前記チャンネルの前記第３部位まで流動できるようにする、請求項６に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項８】
前記複数のイオンは、陽イオン、陰イオン、又は陽イオンと陰イオンの両方を含む、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項９】
前記複数のイオンは、第１密度を有する第１タイプのイオンと、前記第１密度とは異なる第２密度を有する第２タイプのイオンとを含む、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項１０】
前記第１密度は、前記第２密度よりも少なくとも２倍、少なくとも４倍、少なくとも６倍、又は少なくとも８倍で高密度である、請求項９に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項１１】
前記第１電極はカソードであり、前記第２電極はアノードである、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項１２】
前記複数のイオンは、磁性イオン及び非磁性イオンを含む、請求項１に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項１３】
前記磁性イオンは、反磁性イオン、常磁性イオン、強磁性イオン、反強磁性イオン、強磁性イオン、又はこれらの任意の組合せを含む、請求項１２に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項１４】
アクスルと、
前記アクスルに連結されるコイルアセンブリであって、コア及び前記コアに巻かれたコイルを含むコイルアセンブリと、
前記アクスルに連結される第１磁石セットであって、前記コイルアセンブリに隣接して配置される第１磁石セットと、
前記コイルに隣接して配設される少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置であって、
第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジング、
前記ハウジング内で前記第１側部に隣接して配設される第１電極、
前記ハウジング内で前記第２対向側部に隣接して配設される第２電極、
前記ハウジング内で概して前記第１電極と前記第２電極の間に設けられ、複数のイオンを含む電解質混合物、
概して前記第１電極と前記第２電極の間に画定されるチャンネルであって、前記複数のイオンの少なくとも一部が、概して前記第１電極に隣接する前記チャンネルの第１部位から、概して前記ハウジングの前記第１端部に隣接する前記チャンネルの第２部位を通って、概して前記第２電極に隣接する前記チャンネルの第３部位まで流動できるように構成されたチャンネル、及び
概して前記第１電極と前記第２電極の間に配設される障壁であって、前記複数のイオンが前記ハウジングの前記第２端部に隣接して流動することを防ぐ助けとなるように構成された障壁、を含む電気エネルギ貯蔵装置と、
を含む、電磁機械。
【請求項１５】
前記第１磁石セットは、第１磁石、第２磁石、及び第３磁石を含む、請求項１４に記載の電磁機械。
【請求項１６】
前記第１磁石及び前記第２磁石は、互いに平行で、前記第３磁石に対して垂直である、請求項１５に記載の電磁機械。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置が少なくとも部分的に前記コイル内に配置される、請求項１５に記載の電磁機械。
【請求項１８】
前記第１磁石、前記第２磁石、及び前記第３磁石によって形成される各磁界は、（ｉ）前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置の前記第１電極と前記第２電極の間の第１の軸線、及び（ｉｉ）前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置の前記第１端部と前記第２端部の間の第２の軸線に対して垂直である、請求項１７に記載の電磁機器。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置が前記コイルの外側に配置される、請求項１５に記載の電磁機械。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置は、第１電気エネルギ貯蔵装置、第２電気エネルギ貯蔵装置、及び第３電気エネルギ貯蔵装置を含む、請求項１９に記載の電磁機械。
【請求項２１】
前記第１磁石によって形成される磁界は、（ｉ）前記第１電気エネルギ貯蔵装置の前記第１電極と前記第２電極の間の第１の軸線、及び（ｉｉ）前記第１電気エネルギ貯蔵装置の前記第１端部と前記第２端部の間の第２の軸線に対して垂直である、請求項２０に記載の電磁機械。
【請求項２２】
前記第２磁石によって形成される磁界は、（ｉ）前記第２電気エネルギ貯蔵装置の前記第１電極と前記第２電極の間の第１の軸線、及び（ｉｉ）前記第２電気エネルギ貯蔵装置の前記第１端部と前記第２端部の間の第２の軸線に対して垂直である、請求項２１に記載の電磁機械。
【請求項２３】
前記第３磁石によって形成される磁界は、（ｉ）前記第３電気エネルギ貯蔵装置の前記第１電極と前記第２電極の間の第１の軸線、及び（ｉｉ）前記第３電気エネルギ貯蔵装置の前記第１端部と前記第２端部の間の第２の軸線に対して垂直である、請求項２２に記載の電磁機械。
【請求項２４】
前記第１磁石セット内の各磁石がＮ極及びＳ極を含む、請求項１４に記載の電磁機械。
【請求項２５】
前記第１磁石セット内の各磁石の前記Ｎ極は、前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置に対して各磁石の前記Ｓ極よりも近接している、請求項２４に記載の電磁機械。
【請求項２６】
前記第１磁石セット内の各磁石の前記Ｓ極は、前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置に対して各磁石の前記Ｎ極よりも近接している、請求項２４に記載の電磁機械。
【請求項２７】
第２磁石セットを更に含み、前記第２磁石セット内の各磁石がＮ極及びＳ極を有する、請求項２４に記載の電磁機械。
【請求項２８】
前記第１磁石セット内の各磁石のＮ極が、前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置に対して前記第１磁石セット内の各磁石のＳ極よりも近接し、前記第２磁石セット内の各磁石の前記Ｓ極が、前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置に対して前記第２磁石セット内の各磁石の前記Ｎ極よりも近接している、請求項２７に記載の電磁機械。
【請求項２９】
（ｉ）前記コイルアセンブリに対する前記第１磁石セットの回転、又は（ｉｉ）前記第１磁石セットに対する前記コイルアセンブリの回転が電力を生成し、生成された電気エネルギの少なくとも一部は、前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置内に貯蔵される、請求項１４に記載の電磁機械。
【請求項３０】
前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合される、請求項１４に記載の電磁機械。
【請求項３１】
前記少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合されない、請求項１４に記載の電磁機械。
【請求項３２】
前記電磁機械は回転電磁機械である、請求項１４に記載の電磁機械。
【請求項３３】
前記電磁機械は直線電磁機械である、請求項１４に記載の電磁機械。
【請求項３４】
第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、
前記ハウジング内で前記第１側部に隣接して配設される第１電極と、
前記ハウジング内で前記第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、
前記ハウジング内で概して前記第１電極と前記第２電極の間に設けられ、複数の磁性イオン及び複数の非磁性イオンを含む電解質混合物と、
を含む電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項３５】
前記複数の磁性イオンはそれぞれ陰イオンであり、前記複数の非磁性イオンはそれぞれ陽イオンである、請求項３４に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項３６】
前記複数の磁性イオンはそれぞれ陽イオンであり、前記複数の非磁性イオンはそれぞれ陰イオンである、請求項３４に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項３７】
前記磁性イオンは、反磁性イオン、常磁性イオン、強磁性イオン、反強磁性イオン、強磁性イオン、又はこれらの任意の組み合わせを含む、請求項３４に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項３８】
前記ハウジング内で前記第１電極と前記第２電極の間に配設されるイオン浸透性セパレータであって、前記電解質混合物内の前記陰イオン及び前記陽イオンが通り抜け可能であるように構成されたイオン浸透性セパレータを更に含む、請求項３４に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項３９】
前記磁性イオンは第１密度を有し、前記非磁性イオンは、前記第１密度とは異なる第２密度を有する、請求項３４に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項４０】
前記第１密度は前記第２密度よりも高い、請求項３９に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項４１】
アクスルと、
前記アクスルに連結されたコイルアセンブリであって、コア及び前記コイルの周りに巻かれたコイルを含むコイルアセンブリと、
前記アクスルに連結された第１磁石セットであって、前記コイルアセンブリに隣接して配設される第１磁石セットと、
前記磁石第１セットに隣接して配設される電気エネルギ貯蔵装置であって、
第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジング、
前記ハウジング内で前記第１側部に隣接して配置される第１電極、
前記ハウジング内で前記第２対向側部に隣接して配置される第２電極、及び
前記ハウジング内で、概して前記第１電極と前記第２電極の間に配置され、複数の磁性イオン及び複数の非磁性イオンを含む電解質混合物を含む電気エネルギ貯蔵装置と、
を含む電磁機械。
【請求項４２】
前記第１磁石セットによって形成される磁界は、前記電気エネルギ貯蔵装置の前記第１電極と前記電気エネルギ貯蔵装置の前記第２電極の間の軸線に平行である、請求項４１に記載の電磁機械。
【請求項４３】
前記第１磁石セットによって形成される磁界は、前記複数の磁性イオンに力を印加する、請求項４２に記載の電磁機械。
【請求項４４】
（ｉ）前記コイルアセンブリに対する前記第１磁石セットの回転、又は（ｉｉ）前記第１磁石セットに対する前記コイルアセンブリの回転が電力を生成し、生成された電気エネルギの少なくとも一部が前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵される、請求項４１に記載の電磁機械。
【請求項４５】
前記電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合される、請求項４１に記載の電磁機械。
【請求項４６】
前記電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合されない、請求項４１に記載の電磁機械。
【請求項４７】
前記磁性イオンは第１密度を有し、前記非磁性イオンは、前記第１密度とは異なる第２密度を有する、請求項４１に記載の電磁機械。
【請求項４８】
前記第１密度は前記第２密度よりも高い、請求項４７に記載の電磁機械。
【請求項４９】
前記電磁機械は回転電磁である、請求項４１に記載の電磁機械。
【請求項５０】
前記電磁機械は直線電磁機械である、請求項４１に記載の電磁機械。
【請求項５１】
前記第１磁石セットが第１磁石、第２磁石、及び第３磁石を含む、請求項４１に記載の電磁機械。
【請求項５２】
第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、
前記ハウジング内で前記第１側部に隣接して配設される第１電極と、
前記ハウジング内で前記第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、
前記ハウジング内で前記第１電極と前記第２電極の間に設けられ、複数のイオンを包含する電解質混合物であって、前記複数のイオンが、第１密度を有する第１タイプのイオン、及び前記第１密度とは異なる第２密度を有する第２タイプのイオンを含む、電解質混合物と、
を含む電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項５３】
前記第１密度は前記第２密度よりも高く、前記電気エネルギ貯蔵装置の回転が、前記第１電極に向かう力を前記第１タイプのイオンに付与する、請求項５２に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項５４】
前記第２密度は前記第１密度よりも高く、前記電気エネルギ貯蔵装置の回転が、前記第１電極に向かう力を前記第２タイプのイオンに付与する、請求項５２に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項５５】
前記ハウジング内で前記第１電極と前記第２電極の間に配設されるイオン浸透性セパレータであって、前記電解質混合物の前記陰イオン及び前記陽イオンが通り抜け可能であるように構成されたイオン浸透性セパレータを更に含む、請求項５２に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項５６】
前記第１タイプのイオンは陽イオンであり、前記第２タイプのイオンは陰イオンである、請求項５２に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項５７】
前記第１タイプのイオンは磁性であり、前記第２タイプのイオンは非磁性である、請求項５２に記載の電気エネルギ貯蔵装置。
【請求項５８】
アクスルと、
前記アクスルに連結されるコイルアセンブリであって、コア及び前記コアの周りに巻かれるコイルを含むコイルアセンブリと、
前記アクスルに連結される第１磁石セットであって、前記コイルアセンブリに隣接して配置される第１磁石セットと、
前記第１磁石セットに隣接して配設される電気エネルギ貯蔵装置であって、
第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジング、
前記ハウジング内で前記第１側部に隣接して配設される第１電極、
前記ハウジング内で前記第２対向側部に隣接して配設される第２電極、及び
前記ハウジング内で前記第１電極と前記第２電極の間に設けられ、複数のイオンを包含する電解質混合物であって、前記複数のイオンが、第１密度を有する第１タイプのイオン、及び前記第１密度とは異なる第２密度を有する第２タイプのイオンを含む、電解質混合物を含む電気エネルギ貯蔵装置と、
を含む電磁機械。
【請求項５９】
前記電磁機械は、回転軸を中心に回転するように構成される、請求項５８に記載の電磁機械。
【請求項６０】
前記回転軸は、前記第１電極と前記第２電極の間の軸に対して垂直である、請求項５９に記載の電磁機械。
【請求項６１】
前記電気エネルギ貯蔵装置の前記第１電極は、前記電気エネルギ貯蔵装置の前記第２電極よりも更に、前記回転軸から離れて位置し、前記回転軸を中心とした前記電気エネルギ貯蔵装置の回転が、前記第１電極に向かう力を前記複数のイオンに付与する、請求項５８に記載の電磁機械。
【請求項６２】
（ｉ）前記コイルアセンブリに対する前記第１磁石セットの回転、又は（ｉｉ）前記第１磁石セットに対する前記コイルアセンブリの回転が電力を生成し、生成された電気エネルギの少なくとも一部が前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵される、請求項５８に記載の電磁機械。
【請求項６３】
前記電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合される、請求項５８に記載の電磁機械。
【請求項６４】
前記電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合されない、請求項５８に記載の電磁機械。
【請求項６５】
前記第１磁石セットは、第１磁石、第２磁石、及び第３磁石を含む、請求項５８に記載の電磁機械。
【請求項６６】
電気エネルギ貯蔵装置を充電する方法であって、
少なくとも１セットの磁石及び少なくとも１つのコイルアセンブリを含む電磁機械に隣接して、又は前記電磁機械の内部に前記電気エネルギ貯蔵装置を配置し、
前記電磁機械を回転させて、（ｉ）前記少なくとも１つの磁石セットが前記少なくとも１つのコイルアセンブリに対して回転すること、（ｉｉ）前記少なくとも１つのコイルアセンブリが前記少なくとも１つの磁石セットに対して回転すること、又は（ｉｉｉ）これらの（ｉ）及び（ｉｉ）の両方の回転を引き起こし、
前記少なくとも１つの磁石セット又は前記少なくとも１つのコイルアセンブリの回転に応じて、前記電気エネルギ貯蔵装置内に電気エネルギを生成すること、
を含む方法。
【請求項６７】
電源が前記電気エネルギ貯蔵装置に電気的に結合される、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
前記電源は、前記電気エネルギ貯蔵装置に投入電力を付与するように構成される、請求項６７に記載の方法。
【請求項６９】
前記電磁機械が停止しているあいだ、第１期間において前記電気エネルギ貯蔵装置に投入電力を付与して、前記電気エネルギ貯蔵装置に第１の量の貯蔵電気エネルギを貯蔵する、請求項６８に記載の方法。
【請求項７０】
前記第１期間において、前記少なくとも１つの磁石セット又は前記少なくとも１つのコイルアセンブリの回転に応じて、前記電気エネルギ貯蔵装置に投入電力を付与して、前記電気エネルギ貯蔵装置に、前記第１の量の貯蔵電気エネルギよりも多い第２の量の貯蔵電気エネルギを貯蔵する、請求項６９に記載の方法。
【請求項７１】
前記少なくとも１つの磁石セット又は前記少なくとも１つのコイルアセンブリの回転に応じて、前記第１の量の貯蔵電気エネルギは、前記第１期間よりも短い第２期間において、前記電気エネルギ貯蔵装置に投入電力を付与することによって貯蔵される、請求項６９に記載の方法。
【請求項７２】
前記少なくとも１つの磁石セット又は前記少なくとも１つのコイルアセンブリの回転に応じて、第１の最大量の電気エネルギが前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵され、前記電磁機械が停止しているときに、第２の最大量の電気エネルギが前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵され、前記第１の最大量の電気エネルギは前記第２の最大量の電気エネルギよりも多量である、請求項６９に記載の方法。
【請求項７３】
前記回転電磁機械は前記電源である、請求項６９に記載の方法。
【請求項７４】
前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵された前記電気エネルギは、前記回転電磁機械によって生成された電気エネルギの全量のうちの一部である、請求項７３に記載の方法。
【請求項７５】
前記電源は前記回転電磁機械から独立したものである、請求項６７に記載の方法。
【請求項７６】
前記少なくとも１つの磁石セット又は前記少なくとも１つのコイルアセンブリの回転によって前記電気エネルギ貯蔵装置に電気エネルギが貯蔵され、その際に、前記電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合されない、請求項６６に記載の方法。
【請求項７７】
前記少なくとも１つの磁石セット又は前記少なくとも１つのコイルアセンブリの回転によって磁界が発生する、請求項６６に記載の方法。
【請求項７８】
発生した磁界により前記電気エネルギ貯蔵装置内に電気エネルギが生成される、請求項７７に記載の方法。
【請求項７９】
前記少なくとも１つの磁石セット又は前記少なくとも１つのコイルアセンブリの回転に伴って前記電気エネルギ貯蔵装置が回転し、前記電気エネルギ貯蔵装置の回転により前記電気エネルギ貯蔵装置内に電気エネルギが生成される、請求項６６に記載の方法。
【請求項８０】
電気エネルギ貯蔵装置を充電する方法であって、
前記電気エネルギ貯蔵装置に磁界を付与し、
前記電気エネルギ貯蔵装置への磁界の付与に応じて、前記電気エネルギ貯蔵装置に所定量の電気エネルギを貯蔵すること、
を含む方法。
【請求項８１】
電源が前記電気エネルギ貯蔵装置に電気的に結合される、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
前記電源は、前記電気エネルギ貯蔵装置に投入電力を付与するように構成される、請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
第１期間において、前記電気エネルギ貯蔵装置に磁界が付与されない状態で前記電気エネルギ貯蔵装置に投入電力を付与することで、前記電気エネルギ貯蔵装置に第１の量の貯蔵電気エネルギが貯蔵される、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記第１期間において、前記電気エネルギ貯蔵装置に磁界を与えて前記電気エネルギ貯蔵装置に投入電力を提供することで、第２の量の貯蔵電気エネルギが前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵され、前記第２の量の貯蔵電気エネルギは前記第１の量の貯蔵電気エネルギよりも多量である、請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
第２期間において、前記電気エネルギ貯蔵装置に磁界を与えて、前記電気エネルギ貯蔵装置に投入電力を付与することによって、前記第１の量の貯蔵電気エネルギが前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵され、前記第２期間は前記第１期間より短い、請求項８３に記載の方法。
【請求項８６】
前記電気エネルギ貯蔵装置に磁界を与えることにより、第１の最大量の電気エネルギが前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵され、磁界が与えられないときに、第２の最大量の電気エネルギが前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵され、前記第１の最大量の電気エネルギは前記第２の最大量の電気エネルギよりも多量である、請求項８３に記載の方法。
【請求項８７】
前記電気エネルギ貯蔵装置に磁界を付与することによって電気エネルギが前記電気エネルギ貯蔵装置に貯蔵され、その際に、前記電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合されない、請求項８０に記載の方法。
【請求項８８】
前記電気エネルギ貯蔵装置は、電磁機械の内部、又は電磁機械に隣接して配置される、請求項８０に記載の方法。
【請求項８９】
前記電磁機械の回転により、前記電気エネルギ貯蔵装置に磁界が与えられる、請求項８８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、２０１７年９月８日に出願された、米国特許仮出願第６２／５５６，００１号の優先権及び恩恵を請求するものであり、前記仮特許出願の開示内容全体が本願明細書の一部として援用される。
【０００２】
本開示は、電気エネルギの貯蔵に関し、より具体的には、回転機械又は直線機械と共に電磁モータ及び発電機に組み合わせて電気エネルギ貯蔵装置を利用することに関する。
【背景技術】
【０００３】
現在の電気エネルギ貯蔵装置及び電気エネルギ貯蔵方法には、各種の用途での利用を限定する動作上の制約がある。この制約は、設計工程、製造工程、及び他の物理的制約に起因すると考えられる。需要が増加している電池式電気自動車、ハイブリッド式電気自動車、ナノグリッド、マイクログリッド、及び大容量電力系統等の用途に対応して電気エネルギ貯蔵の機能的有用性を改善できる新しい装置や、そのような装置を利用する方法が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、前述した制約を最小化し、拡張機能を導入し、更に他の問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示のいくつかの態様によれば、電気エネルギ貯蔵装置は、第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、ハウジング内で第１側部に隣接して配設される第１電極と、ハウジング内で第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、ハウジング内で概して第１電極と第２電極の間に配置される電解質混合物であって、複数のイオンを包含する電解質混合物と、概して第１電極と第２電極の間に画定されるチャンネルであって、複数のイオンの少なくとも一部が、概して第1電極に隣接するチャンネルの第１部位から、概してハウジングの第１端部に隣接するチャンネルの第２部位を通って、概して第２電極に隣接するチャンネルの第３部位まで流動できるように構成されるチャンネルと、概して第１電極と第２電極の間に配設されて、複数のイオンがハウジングの第２端部の近傍を流動することを防ぐ助けとなるように構成された障壁と、を含む。
【０００６】
本開示のいくつかの態様によれば、電磁機械は、アクスルと、アクスルに連結され、コア及びコアに巻き付けられたコイルを含むコイルアセンブリと、アクスルに連結されて、コイルアセンブリに隣接して位置する第１磁石セットと、コイルに隣接して配設される少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置とを含み、少なくとも１つの電気エネルギ貯蔵装置は、第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、ハウジング内で第１側部に隣接して配設される第１電極と、ハウジング内で第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、ハウジング内で概して第１電極と第２電極の間に配置される電解質混合物であって、複数のイオンを包含する電解質混合物と、概して第１電極と第２電極の間に画定されるチャンネルであって、複数のイオンの少なくとも一部が、概して第1電極に隣接するチャンネルの第１部位から、概してハウジングの第１端部に隣接するチャンネルの第２部位を通って、概して第２電極に隣接するチャンネルの第３部位まで流動できるように構成されるチャンネルと、概して第１電極と第２電極の間に配設されて、複数のイオンがハウジングの第２端部の近傍を流動することを防ぐ働きを担うように構成された障壁と、を含む。
【０００７】
本開示のいくつかの態様によれば、電気エネルギ貯蔵装置は、第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、ハウジング内で第１側部に隣接して配設される第１電極と、ハウジング内で第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、ハウジング内で概して第１電極と第２電極の間に配置される電解質混合物であって、複数の磁性イオン及び複数の非磁性イオンを包含する電解質混合物とを含む。全ての磁性イオンが概して同一の電荷を有し、全ての非磁性イオンが概して同一の電荷を有する。磁性イオンの電荷は概して非磁性イオンの電荷の逆である。
【０００８】
本開示のいくつかの態様によれば、電磁機械は、アクスルと、アクスルに装着され、コア及びコアに巻き付けられたコイルを含むコイルアセンブリと、少なくとも１つのコイルアセンブリに隣接する磁石セットと、磁石セットに隣接して配設される電気エネルギ貯蔵装置とを含み、電気エネルギ貯蔵装置は、第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、ハウジング内で第１側部に隣接して配設される第１電極と、ハウジング内で第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、ハウジング内で概して第１電極と第２電極の間に配置される電解質混合物であって、複数の磁性イオン及び複数の非磁性イオンを包含する電解質混合物とを含む。全ての磁性イオンが概して同一の電荷を有し、全ての非磁性イオンが概して同一の電荷を有する。磁性イオンの電荷は概して非磁性イオンの電荷の逆である。
【０００９】
本開示のいくつかの態様によれば、電気エネルギ貯蔵装置は、第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、ハウジング内で第１側部に隣接して配設される第１電極と、ハウジング内で第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、前記ハウジング内で第１電極と第２電極の間に配置され、複数のイオンを包含する電解質混合物とを含み、複数のイオンは、第１密度を有する第１タイプのイオンと、第１密度とは異なる第２密度を有する第２タイプのイオンとを含む。第１密度を有する第１タイプのイオンは全て概して同一の電荷を有し、第２密度を有する第２タイプのイオンは全て概して同一の電荷を有する。第１タイプのイオンの電荷は、概して第２タイプのイオンの電荷の逆である。
【００１０】
本開示のいくつかの態様によれば、電磁機械は、アクスルと、アクスルに装着され、コア及びコアに巻き付けられたコイルを含むコイルアセンブリと、少なくとも１つのコイルアセンブリに隣接する磁石セットと、磁石セットに隣接して配設される電気エネルギ貯蔵装置とを含み、電気エネルギ貯蔵装置は、第１端部、第２対向端部、第１側部、及び第２対向側部を有するハウジングと、ハウジング内で第１側部に隣接して配設される第１電極と、ハウジング内で第２対向側部に隣接して配設される第２電極と、ハウジング内で第１電極と第２電極の間に配設され、複数のイオンを包含する電解質混合物とを含み、複数のイオンは、第１密度を有する第１タイプのイオンと、第１密度とは異なる第２密度を有する第２タイプのイオンとを含む。第１タイプのイオンは全て概して同一の電荷を有し、第２タイプのイオンは全て概して同一の電荷を有する。第１タイプのイオンの電荷は概して第２タイプのイオンの電荷の逆である。
【００１１】
本開示のいくつかの態様によれば、電気エネルギ貯蔵装置を充電する方法は、少なくとも１つの磁石セット及び少なくとも１つのコイルアセンブリを含む電磁機械に隣接して、又は前記電磁機械の内部に電気エネルギ貯蔵装置を配置し、電磁機械を回転させて、（ｉ）少なくとも１つの磁石セットが少なくとも１つのコイルアセンブリに対して回転すること、（ｉｉ）少なくとも１つのコイルアセンブが少なくとも１つの磁石セットに対して回転すること、又は（ｉｉｉ）上記の（ｉ）及び（ｉｉ）の両方を発生させ、少なくとも１つの磁石セット又は少なくとも１つのコイルアセンブリの回転に応じて電気エネルギ貯蔵装置内に電気エネルギを生成することを含む。いくつかの態様において、少なくとも１つの磁石セット又は少なくとも１つのコイルアセンブリの回転によって磁界が生じ、その結果、電気エネルギ貯蔵装置内に電気エネルギが生成され得る。いくつかの態様において、少なくとも１つの磁石セット又は少なくとも１つのコイルアセンブリの回転に伴って電気エネルギ貯蔵装置が回転し、電気エネルギ貯蔵装置の回転によって電気エネルギ貯蔵装置内に電気エネルギが生成される。
【００１２】
本開示のいくつかの態様によれば、電気エネルギ貯蔵装置を充電する方法は、電気エネルギ貯蔵装置に磁界を付与し、電気エネルギ貯蔵装置に磁界を付与することに応じて、電気エネルギ貯蔵装置内に相応量の電気エネルギを貯蔵することを含む。いくつかの態様において、電気エネルギ貯蔵装置は、電磁機械内または電磁機械の隣に配置されてよい。いくつかの態様において、電磁機械の回転によって、電気エネルギ貯蔵装置に磁界を付与することができる。
【００１３】
本開示の前述した態様、他の態様、及び実施例は、図面を参照しながら説明する各種の実施形態及び／又は実施例の詳細な記述から当業者に明らかになるであろう。図面の簡単な説明を下記に示す。
【００１４】
本開示の前述した利点及び他の利点は、後述する詳細な説明を読むこと、及び図面を参照することで明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】本開示の態様に係る例示的電磁機械の分解立体図である。
【図１Ｂ】本開示の態様に係る、図１Ａの例示的電磁機械の組立断面図である。
【図２】本開示の態様に係る他の例示的電磁機械の断面図である。
【図３】本開示の態様に係る電気エネルギ貯蔵装置の断面図である。
【図４Ａ】本開示の態様に係る、内部にチャンネルが形成された電気エネルギ貯蔵装置の実施例の断面図である。
【図４Ｂ】本開示の態様に係る、内部にチャンネルが形成された電気エネルギ貯蔵装置の他の実施例の断面図である。
【図５Ａ】本開示の態様に係る、電磁機械にと一体化された図４Ａ又は図４Ｂの電気エネルギ貯蔵装置の実施例の断面図である。
【図５Ｂ】本開示の態様に係る、図５Ａの電磁機械の断面図である。
【図６】本開示の態様に係る、電磁機械と一体化された図４Ａ又は図４Ｂの電気エネルギ貯蔵装置の他の実施形態の断面図である。
【図７】本開示の態様に係る、内部に磁性イオンが配置された電気エネルギ貯蔵装置の実施例の断面図である。
【図８】本開示の態様に係る、電磁機械と一体化された図７の電気エネルギ貯蔵装置の実施例の断面図である。
【図９】本開示の態様に係る、一方のイオン種が他方のイオン種よりも高い密度で存在する、電気エネルギ貯蔵装置の実施例の断面図である。
【図１０Ａ】本開示の態様に係る、電磁機械と一体化された図９の電気エネルギ貯蔵装置の実施例の断面図である。
【図１０Ｂ】本開示の態様に係る、電磁機械と一体化された図９の電気エネルギ貯蔵装置の他の実施例の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示は各種の変更及び代替の形態を許容し得るものであり、具体的な実施例及び実施形態は、図において例として記載されており、本明細書において詳細に説明される。ただし、本開示は、開示する特定の形態に限定されることを意図していないことを理解されたい。むしろ、本開示は、付属の請求項によって定義される本開示の精神及び範囲に入る変更物、等価物、及び代替物をすべて包含するものである。
【００１７】
ここで図１Ａを参照すると、本開示の態様に係る回転電磁機械２の実施例の分解立体図が示されている。回転電磁機械２は、概して、外側磁石アセンブリ４Ａ、内側磁石アセンブリ４Ｂ、及びステータアセンブリ６を含む。外側磁石アセンブリ４Ａ及び内側磁石アセンブリ４Ｂは、軸８を中心に回転するように構成された１つ以上の磁石をそれぞれ含むことができる。ステータアセンブリ６は、コアに巻かれたコイルを含む１つ以上のコイルアセンブリを含むことができる。コアに巻かれたコイルは、単一の巻き線で構成できるが、互いに電気的に接続された複数の巻き線で構成されてもよい。磁石とコイルアセンブリの相対回転は、コイルを貫く磁束を誘導するものであり、このことは回転電磁機械２の機能の一部として利用される。
【００１８】
図１Ｂに、図１Ａの回転電磁機械の組立断面図を示す。外側磁石アセンブリ４Ａの２つの区画が図示されており、各区画は磁石１０Ａ及び１０Ｂをそれぞれ含み、内側磁石４Ｂの各部位は磁石１２を含む。組み立て時に、磁石１０Ａ，１０Ｂ，１２から成る各セットは、コイルアセンブリ１３を概して取り巻く、又は取り囲む。いくつかの実施例において、外側磁石アセンブリ４Ａ及び内側磁石アセンブリ４Ｂは機械のロータであり、これにより、磁石１０Ａ，１０Ｂ，１２は、軸８を中心にコイルアセンブリ１３に対して回転するように構成され、コイルアセンブリ１３は概して静止したままである。本例において、コイルアセンブリ１３は、機械のステータであるとみなされる。他の実施例においては、コイルアセンブリ１３がロータで、軸８を中心に、静止したままの磁石１０Ａ，１０Ｂ，１２に対して回転するように構成される。この実施例において、外側磁石アセンブリ４Ａ及び内側磁石アセンブリ４Ｂは機械のステータであるとみなされる。回転電磁機械は、回転の軸８の周りに設けられる任意の適切な個数のコイルアセンブリと、付随する任意の適切な個数の磁石セットとを有してよい。３つの磁石１０Ａ，１０Ｂ，１２が図示されているが、図１Ａ及び図１Ｂの電磁機械は任意の適切な個数の磁石を有してよい。
【００１９】
次に図２を参照すると、他の実施例の回転電磁機械１６の断面が示されている。回転電磁機械１６は、磁石ハウジング２０に装着された磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃと、コイルハウジング２２に装着されたコイルアセンブリ（図示せず）とを含む。動作において、磁石ハウジング２０及び磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃは、軸２１を中心にコイルハウジング２２に対して回転するように構成でき、コイルハウジング２２は、主アクスル２４に固定結合される。代替の構成として、コイルハウジング２２及びコイルアセンブリが軸２１を中心に磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃに対して回転でき、磁石ハウジング２０は主アクスル２４に固定結合される。図２の回転電磁機械１６の断面には、回転の軸２１の周りに配設された２つのコイルハウジング２２、及び２セットの磁石１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが示されている。ただし、コイルハウジング及び付随する磁石は任意の適切な個数で回転の軸２１の周りに設けられてよい。
【００２０】
概して、本明細書に記載する回転電磁機械は、回転運動エネルギを電気エネルギ、磁気エネルギ、又は電気エネルギと磁気エネルギの両方に変換する回転電磁発電機であり得る。これに代えて、回転電磁機械は、電気エネルギ、磁気エネルギ、又は電気エネルギと磁気エネルギの両方を回転運動エネルギに変換する回転電磁モータであり得る。
【００２１】
他の電磁機械も明細書内の本開示の態様に従って利用されてよい。例えば、図１Ａ及び図１Ｂの回転電磁機械は、外側磁石アセンブリ４Ａ及び内側磁石アセンブリ４Ｂの代わりに、機械の一部として用いられる磁石を含む単一の磁石アセンブリを含むことができる。磁石は、回転電磁機械のロータとして構成されてよく、この場合、コイルアセンブリは回転電磁機械のステータとして構成される。代替の構成として、磁石が回転電磁機械のステータとして構成されてよく、この場合、コイルアセンブリは回転電磁機械のロータとして構成される。また、回転電磁機械のロータとステータの一方又は両方は、磁石及びコイルアセンブリの組み合わせを含むことができる。本明細書で説明するように利用される任意の回転電磁機械は、磁石セット内に、１個、２個、３個、４個、又は５個以上の磁石等、任意の適切な数の磁石を備えてよく、更に、任意の適切な数の磁石セットを備えてよい。
【００２２】
また、本明細書に記載した電磁機械は、回転電磁機械ではなく、直線電磁機械であってもよい。直線電磁発電機は、１つ以上の磁石を利用して、直線運動エネルギを電気エネルギ、磁気エネルギ、又は電気エネルギと磁気エネルギの両方に変換することができる。直線電磁モータは、電気エネルギ、磁気エネルギ、又は電気エネルギと磁気エネルギの両方を直線運動エネルギに変換する。磁石は、直線電磁機械のロータとして構成されてよく、コイルアセンブリは直線電磁機械のステータとして構成される。これに代えて、磁石が直線電磁機械のステータとして構成されてよく、コイルアセンブリは直線電磁機械のロータとして構成される。また、直線電磁機械のロータとステータの一方又は両方は、磁石及びコイルアセンブリの組み合わせを含むことができる。本明細書で説明するように利用される直線電磁機械は、磁石セット内に、１個、２個、３個、４個、又は５個以上の磁石等、任意の適切な数の磁石を備えてよく、任意の適切な数の磁石セットを備えてよい。他のタイプの電磁機械も本開示の態様に従って利用することができる。概して本明細書に記載する各種機械の任意の構成要素は、１つ以上のベアリングを介して別の構成要素に連結でき、構成要素間の相対回転を実現できる。例えば、いずれかの電磁機械（磁石を含む磁石ハウジング、又はコイル及び対応するコアを含むコイルハウジングを含み得る）のステータが１つ以上のベアリングを介してアクスルに連結されてよく、この場合、ロータ（磁石を含む磁石ハウジング、又はコイル及び対応するコアを含むコイルハウジングを含み得る）はアクスルに固定結合される。これにより、アクスル及びロータがステータに対して回転可能になる。いくつかの実施例において、ステータをアクスルに固定結合でき、ロータが１つ以上のベアリングを介してアクスルに連結される。
【００２３】
次に、図３を参照すると、電気エネルギ貯蔵装置３０が示されている。図示した電気エネルギ貯蔵装置３０のタイプは、一般に、電気二重層コンデンサとして知られている。電気エネルギ貯蔵装置３０は、ハウジング３２、第１電極３４Ａ、及び第２電極３４Ｂを含む。第１電極３４Ａ及び第２電極３４Ｂは、概して互いに平行であり、ハウジング３２の対向側面に配設される。電極のうちの一方はカソード又はアノードとして機能してよい。ハウジング３２には、溶媒内に陽イオン３６Ａ及び陰イオン３６Ｂを含む電解質混合物が配設される。また、電気エネルギ貯蔵装置３０は、第１電極３４Ａと第２電極３４Ｂの間に配置されるイオン浸透性セパレータ３８も含むことができる。イオン浸透性セパレータ３８は、第１電極３４Ａと第２電極３４Ｂを機械的に分離するために利用できる一方で、陽イオン３６Ａ及び陰イオン３６Ｂがハウジング３２の内部全体で流動することを許容する。電力は電源４０から電気エネルギ貯蔵装置３０に付与できる。電源４０は、電圧源、電流源、又は他の適切な供給源であってよい。電源４０から電力を付与することで、電気エネルギ貯蔵装置３０に電気エネルギが貯蔵される。本開示の態様に係る電気貯蔵装置内への電気エネルギの貯蔵は、概して電気エネルギ貯蔵装置の電極に電荷を蓄積して貯蔵することを意味する。また、電気エネルギ貯蔵装置を充電する活動は、概して、外部電源を適用するによって、又は他の方法によって、電荷の蓄積という形で電気エネルギ貯蔵装置にエネルギを貯蔵することを意味する。
【００２４】
標準的なコンデンサにおいて、電気エネルギは、コンデンサの電極への電荷の蓄積物として貯蔵される。電極は、電流を通さない誘電体によって分離される。電源からの電力が標準的なコンデンサに投入されると、一方の電極に正電荷が蓄積し、他方の電極に負電荷が蓄積するため、誘電体を横切って電界が形成される。コンデンサのキャパシタンスは、電極に蓄積した電荷と電極に与えられた電圧との比率である。平行板コンデンサにおけるキャパシタンス、概して電極間の距離にも比例する。
【００２５】
電気エネルギ貯蔵装置３０等の電気二重層コンデンサでは、電源４０から電力を付与することで第１電極３４Ａに正電荷４２Ａが蓄積し、第２電極３４Ｂに負電荷４２Ｂが蓄積する。電解質混合物内の陽イオン３６Ａ及び陰イオン３６Ｂはハウジング３２全体を自由に流動するため（及び通常のコンデンサの誘電体内としての静止状態ではないため）、第１電極３４Ａの正電荷４２Ａは、負に帯電した陰イオン３６Ｂを引き付けることになる。同様に、第２電極３４Ｂの負電荷４２Ｂは正に帯電した陽イオン３６Ａを引き付ける。したがって、この引力によって電荷による２つの電気二重層４４Ａ及び４４Ｂが形成される。二重層４４Ａ，４４Ｂの電荷の各層は、概して少数の溶媒分子によって分離されている。したがって、二重層４４Ａ，４４Ｂの電荷の層は、非常に小さい距離だけ互いから離れている。二重層４４Ａ，４４Ｂそれぞれは、極めて短い距離だけ離隔した平行電極を備える標準的なコンデンサとして作用し、それは、電極間の所定の電圧のためのキャパシタンスを増大させる。距離の低減効果の他に、電気エネルギ貯蔵装置３０の電極３４Ａ，３４Ｂは、活性炭粉末等の多孔性物質でコーティングすることができる。これにより、電極の利用可能な表面積が効果的に増大して、より多くの正電荷４２Ａ及び負電荷４２Ｂを電極に貯蔵できるようになるため、電気エネルギ貯蔵装置３０のキャパシタンスが標準的なコンデンサよりも向上する。
【００２６】
次に図４Ａを参照すると、電気エネルギ貯蔵装置５０が示されている。電気エネルギ貯蔵装置５０は概して電気二重層コンデンサとして構成され、第１端部５８Ａ、第２対向端部５８Ｂ、第１側部５５Ａ、及び第２対向側部５５Ｂを含むハウジング５２を有する。電気エネルギ貯蔵装置５０は、ハウジング内で第１側部５５Ａに隣接して配設される第１電極５４Ａ、ハウジング内で第２対向側部５５Ｂに隣接して配設される第２電極５４Ｂ、及びハウジング５２内で概して第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂの間に配設される複数のイオンを含む電解質混合物を含む。電解質混合物は概して陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂを含む。電気エネルギ貯蔵装置３０と同様に、第１電極５４Ａ及び第２電極５４Ｂは概して互いに平行である。ただし、電気エネルギ貯蔵装置５０は、イオン不浸透性障壁５３を含み、この障壁５３は、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂが移動し得る、ハウジング５２内の利用可能な容積を減少させる。障壁５３は、ハウジング５２と一体の部位であっても、又は個別の構成要素であってもよい。図示したように、障壁５３は、概して、第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂとの間に設けられ、ハウジング５２の第１端部５８Ａに隣接する。障壁５３は、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂが、第１端部５８Ａに隣接して、第１電極５６Ａと第２電極５４Ｂの間を流動しないように防止する支援となるように構成される。
【００２７】
ハウジング５２はチャンネル６０を更に含み、チャンネル６０は、概して、第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂとの間で第２端部５８Ｂに隣接して画定される。図示したように、チャンネル６０は、概してハウジング５２の第２対向端部５８Ｂに隣接して形成され、第１電極５４Ａと第２端部５８Ｂの間でハウジング５２の全長に渡って存在する。チャンネル６０は、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂが、第１電極５４Ａに概して隣接するチャンネル６０の第１部位６１Ａから、ハウジング５２の第２端部５８Ｂに概して隣接するチャンネル６０の第２部位６１Ｂを通り、第２電極５４Ｂに概して隣接するチャンネル６０の第３部位６１Ｃまで流動できるように構成される。また、チャンネル６０は、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂが逆の順序でも同様に流動できるように構成される。チャンネル６０は少なくとも部分的に障壁５３によって画定されてよい。図４Ａに示すように、イオン浸透性セパレータ６０をチャンネル６０に設けることができる。
【００２８】
図４Ａに示すように、電気エネルギ貯蔵装置５０に磁界６２を適用して、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂに力を付与することができる。磁界６２の方向は、図の平面に入る又は図の平面から出て行く方向になる。このため、磁界６２は、第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂを結ぶ軸線に垂直である。また、磁界６２は、ハウジング５２の第１端部５８Ａとハウジング５２の第２端部５８Ｂを結ぶ軸線にも垂直である。磁界６２が付与されると、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂに対して、チャンネル６０内で流動するときの速度方向に垂直な力が磁界６２によって加えられる。図４Ａに示すように、正電荷である陽イオン５６Ａは、磁界６２の方向が紙面に向かう方向である場合に時計回りの力を受けることになる。負電荷である陰イオン５６Ｂは、磁界６２の方向が紙面に向かう方向である場合に、反時計回りの力を受けることになる。したがって、紙面に向かう磁界６２を付与すると、チャンネル６０内の陽イオン５６Ａが第１電極５４Ａに向かって流れる。同様に、チャンネル６０内の陰イオン５６Ｂは第２電極５４Ｂに向かって流れるように仕向けられる。
【００２９】
陽イオン５６Ａが第３部位６１Ｃ及び第２部位６１Ｂから第１電極５４Ａに向かって移動するときに、陽イオン５６Ａは、磁界６２からの力によって、チャンネル６０の第１部位６１Ａに沿ってハウジング５２の第１端部５８Ａに向かって上方（二次元の図における上方）に流れるように仕向けられる。同様に、陰イオン５６Ｂが第１部位６１Ａ及び第２部位６１Ｂから第２電極５４Ｂに向かって移動するときに、陰イオン５６Ｂは、磁界６２からの力によって、チャンネル６０の第３部位６１Ｃに沿ってハウジング５２の第１端部５８Ａに向かって上方に流れるように仕向けられる。
【００３０】
陽イオン５６Ａがチャンネル６０の第１部位６１Ａに沿って第１端部５８Ａに向かって流れるときに、陽イオン５６Ａは、磁界６２から陽イオン５６Ａに作用する力によって、第１電極５４Ａから離れて第２電極５４Ｂに向かって移動する。同様に、陰イオン５６Ｂがチャンネル６０の第３部位６１Ｃに沿って第１端部５８Ａに向かって流れるときに、陰イオン５６Ｂは、磁界６２から陰イオン５６Ｂに作用する力によって、第２電極から離れて第１電極５４Ａに向かって移動する。このような移動が生じるため、イオン不浸透性障壁５３は、陽イオン５６Ａがハウジング５２の第１端部５８Ａに隣接する第２電極５４Ｂに向かって移動することを防ぎ、陰イオン５６Ｂがハウジング５２の第１端部５８Ａに隣接する第１電極５４Ａに向かって移動することを防ぐ。したがって、障壁５３は、陽イオン５３Ａ及び陰イオン５６Ｂが完全な円を描いて逆流することを防ぎ、障壁５３が存在しないと、適用された磁界６２の影響でこのような逆流が生じることになる。障壁５３の存在は、むしろ陽イオン５６Ａを電極５６Ａの近くに蓄積させ、陰イオン５６Ｂを電極５６Ｂの近くに蓄積させる。
【００３１】
したがって、チャンネル６０は、概して、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂがハウジング５２の第２端部５８Ｂに隣接して第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂの間で流動できるようにする。同様に、障壁５３は、概して、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂがハウジング５２の第１端部５８Ａに隣接して第１電極５４Ａと第２電極５６Ｂの間で流動することを防ぐ助けとなる。このため、チャンネル６０は、略Ｕ字形の断面、略Ｖ字形の断面、又は、イオンがハウジング５２の第２端部５８Ｂに隣接して第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂの間で流動し、且つ第１電極５４Ａ及び第２電極５４Ｂに隣接して第１端部５８Ａと第２端部５８Ｂの間で流動できるような任意の他の適切な断面を有する。同様に、障壁５３は、イオンがハウジング５２の第１端部５８Ａに隣接して第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂとの間で流動することを防ぐ任意の適切な形状であって、且つイオンがハウジング５２の第２端部５８Ｂに隣接して第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂの間で流動できるチャンネル６０を形成する任意の適切な形状を持つことができる。
【００３２】
図３の電気エネルギ貯蔵装置３０と同様に、電源６４から電力を与えると、正電荷６６Ａが第２電極５４Ｂに蓄積し、負電荷６６Ｂが第１電極５４Ａに蓄積する。正電荷６６Ａが電解質混合物の中の陰イオン５６Ｂを引き寄せ、負電荷６６Ｂが電解質混合物の中の陽イオン５６Ａを引き寄せる。したがって、電源６４から与えられた電力と、図４Ａに示した磁界６２の付与とが共に作用して、陰イオン５６Ｂが第２電極５４Ｂに向かって移動し、且つ陽イオン５６Ａが第１電極５４Ａに向かって移動する。したがって、電源６４から電力を与えながら磁界６２を適用することによって、より多くのイオンが各電極に送られる一方で、イオンはより直接的に各電極に向かって移動する。このため、電源６４から電力を加えることによって形成される電気エネルギ蓄積装置５０内の電気二重層は、電源６４から与えられる電力しか存在しない電気エネルギ貯蔵装置３０よりも大きくなると共に、より早期に形成されることになる。
【００３３】
これに対応する電気エネルギ貯蔵装置５０のキャパシタンスの増加及び相応の時定数の減少は、少なくとも３つの異なる方式で観察することができる。一般に、電力のみを与えて電気エネルギ蓄暖装置５０を充電する場合、電源６４が、電気エネルギ貯蔵装置５０に所定量の投入電力を所定の期間に提供することで、対応する量の電気エネルギが電気エネルギ貯蔵装置５０内に貯蔵される。前述したように磁界６２を同時に付与すると、特性が向上することを観察できる。第１の方法は、電源６４からの投入電力を同一の期間で与えるもので、この場合、電源６４から引き出されて電気エネルギ貯蔵装置５０に貯蔵される電気エネルギの量が多くなる。第２の方法は、電源６４からの投入電力をより短い期間で与えるもので、この場合、電源６４から引き出されて電気エネルギ貯蔵装置５０に貯蔵される電気エネルギが同等の量になる。第３の方法は、電源６４からの投入電力を或る期間で与えるもので、この場合、電気エネルギ貯蔵装置５０に貯蔵される合計エネルギが、磁界６２を同時に付与しないときに電気エネルギ貯蔵装置５０に貯蔵し得る最大合計エネルギより多くなる。このように、磁界の存在が、電気エネルギ貯蔵装置５０のキャパシタンスを大きくする一方で、電気エネルギ貯蔵装置５０の時定数を低減するため、電気エネルギ貯蔵装置５０の充電が向上する。
【００３４】
次に図４Ｂを参照すると、電源５１に接続された電気エネルギ貯蔵装置５０の代替実施例が示されている。この代替実施例において、障壁５３は、選択的に開閉するように構成されたゲート５９Ａ及び５９Ｂを含むことができる。したがって、ゲート５９Ａ及び５９Ｂが開くことで、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂの少なくとも一部は、概して第１端部５８Ａに隣接して障壁を通過できるようになる。これにより、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂは、第１電極５４Ａ及び第２電極から離れる方向に流動できるようになるため、この状態を利用して電気エネルギ貯蔵装置５０の過充電を回避できる。障壁５３の他の構成として、障壁５３がハウジング５２に対して移動して、陽イオン５６Ａ及び陰イオン５６Ｂをハウジング５２と障壁５３の間で流動できるようにするような構成が考えられる。他の構成において、障壁５３は、選択的イオン浸透性材料で構成され、この場合、障壁５３は、一状態においてイオンの流れを阻止し、別の状態においてイオンが障壁５３を通って流れることを許容する。
【００３５】
次に図５Ａを参照すると、電気エネルギ貯蔵装置を一体に備える回転電磁機械の断面が示されている。図５Ａの電磁機械は、図１Ａ、図１Ｂ、若しくは図２の回転電磁機械、又は任意の他の適切な回転電磁機械であってよい。他の実施例において、回転電磁機械は、１個、２個、４個、５個、又は任意の適切な数の磁石を有する。更に他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置は、任意の適切な数の磁石を有する直線電磁機械に組み込まれる。図５Ａの回転電磁機械は、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃを有する磁石ハウジング７０を含むことができる。磁石ハウジング７０は、図１Ａの回転電磁機械２の外側磁石アセンブリ４Ａ及び内側磁石アセンブリ４Ｂを組み合わせたものであってよい。また、磁石ハウジング７０は、図２の回転電磁機械１６のハウジング２０であってもよい。コイル７４及びコア７６を含むコイルアセンブリは、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃがコイル７４及びコア７６を概して取り囲むように配設できる。コア７６は、積層板の積層体で構成することができる。いくつかの実施例において、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは、回転するように構成でき（これによりロータの一部になり）、コイル７４及びコア７６は、静止したまま（これによりステータの一部）になる。他の実施例において、コイル７４及びコア７６が回転し（これによりロータの一部になり）、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃが静止したまま（これによりステータの一部）になる。
【００３６】
電気エネルギ貯蔵装置７８は概して電磁機械の内部に設けられる。図５Ａの実施例において、電気エネルギ貯蔵装置は、概してコア７６に隣接して、又はコア７６の一部として配置されて、コイル７４の内部に位置する。この構成において、電気エネルギ貯蔵装置７８は、コイル７４及び磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃに取り囲まれる。電気エネルギ貯蔵装置７８は、図４Ａ及び図４Ｂに示された電気エネルギ貯蔵装置のうちの１つであってよく、第１電極、第２電極、第１端部、及び第２端部を備える。図５Ａの実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７８は、電源６７に接続される。電源６７は、電磁機械自体であっても、又は電磁機械から分離された独立の電源であってもよい。更なる実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７８は電源に接続されない。電気エネルギ貯蔵装置は、コイル７４Ａ及びコア７６がロータの一部である場合、図５Ａの機械の動作中に回転又は直線移動するように構成することができる。また、電気エネルギ貯蔵装置は、コイル７４及びコア７６がステータの一部である場合、図５Ａの機械の動作中に停止したまま残るように構成されてもよい。
【００３７】
図示したように、各磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは、両側にＮ極７７ＡとＳ極７７Ｂとを有する双極子磁石である。各磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃはコイル７４に面する側に同じ磁極を有する。図５Ａの実施例に示すように、各磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２ＣのＮ極７７Ａはコイル７４に面している。他の実施例において、各磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２ＣのＳ極７７Ｂがコイル７４に面してもよい。
【００３８】
図５Ａの回転電磁機械の動作中に、（ｉ）磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃがコイルアセンブリ及び電気エネルギ貯蔵装置７８に対して回転する、又は（ｉｉ）コイルアセンブリ及び電気エネルギ貯蔵装置７８が磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃに対して回転する。磁石の回転時に、磁石によって形成される磁界は、コイル７４の中心を横断する。図５Ａに示されるように、電気エネルギ貯蔵装置７８は、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃによって形成された磁界が、第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂを結ぶ軸線、及び電気エネルギ貯蔵装置７８の第１端部５８Ａと第２端部５８Ｂを結ぶ軸線の両方に対して垂直になるように配置される。このため、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの回転により、紙面に向かう又は紙面から出る方向で電気エネルギ貯蔵装置７８を通る磁界が付与される。図５Ａの回転電磁機械は、磁石によって与えられる磁界が図５Ａを参照して説明したものと同様の方式で電気エネルギ貯蔵装置７８に仕向けられる限り、１個、２個、４個、又は５個の磁石を用いて駆動されてもよい。前述したように、この磁界の適用により、電気エネルギ貯蔵装置７８の充電が向上する。通常、電源６７が電気エネルギ貯蔵装置７８に適用される場合、電源５７の極性は、電気エネルギ貯蔵装置７８への電源及び付与される磁界の両方が陽イオンを一方の電極に向かって移動させ、且つ陰イオンを他方の電極に向かって移動させるように選択される。
【００３９】
次に図５Ｂを参照すると、図５Ａの回転電磁機械の実施例の断面が示されている。この回転電磁機械は、磁石７２Ａ及び磁石７２Ｂを含む第１磁石セット、磁石７３Ａ及び磁石７３Ｂを含む第２磁石セット、並びに磁石７５Ａ及び磁石７５Ｂを含む第３磁石セットを有する。断面図に示されるように、コイル７４に面する極は、磁石セット毎に入れ替わる。磁石７１Ａ及び７１Ｂはいずれもコイル７４に面してＳ極を有する。磁石７３Ａ及び７３Ｂはいずれもコイル７４に面してＮ極を有する。磁石７５Ａ及び７５Ｂはいずれもコイル７４に面してＳ極を有する。図５Ｂから判るように、追加の磁石セットは、磁石によってコイル７４とコア７６の中心を通って垂直に生成される磁界が適正な方向を向いて、コイル７４内に配設された電気エネルギ貯蔵装置の充電が向上することを促進する。概して、本開示の態様に従って利用される回転電磁機械は、図５Ｂに記載された内側の円の外周に沿って均等の間隔で配置される複数のコイルを含む。同様に、回転電磁機械は、図５Ｂに記載された外側の円の内周に沿って均等の間隔で配置される複数の磁石セットを含むため、内部に電気エネルギ貯蔵装置が配設されたコイル７４はいずれも、コイル７４の中心を通って垂直に付与される磁界に常に晒されている。
【００４０】
電気エネルギ貯蔵装置７８と組み合わせて図５Ａ及び図５Ｂの回転電磁機械を利用することで、電気エネルギ貯蔵装置の充電を改善できる。このために、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃに物理的に隣接して配設された電気エネルギ貯蔵装置７８は、独立の電源に電気的に結合される。このとき、独立の電源は電気エネルギ貯蔵装置７８に電力を供給する。磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃによって形成される磁界が電気エネルギ貯蔵装置７８を通ることで、電気エネルギ貯蔵装置７８の充電が増強される。この増強は、電磁機械が回転型であるかどうかに関わらず生じ得る。図４Ａを参照しながら説明したように、この増強は、投入電力を同一期間で付与して貯蔵されるエネルギが多くなるという形式、投入電力をより短い期間で付与して貯蔵されるエネルギの量が同等になるという形式、又は、投入電力を所定の期間で付与して貯蔵されるエネルギの量が、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃに物理的に隣接して配設されていない電気エネルギ貯蔵装置７８に貯蔵され得る最大合計エネルギよりも多くなるという形式で生じ得る。
【００４１】
他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７８に電気的に結合される電源は、回転電磁機械そのものである。回転電磁機械によって生成される電気エネルギは、電気エネルギ貯蔵装置７８に貯蔵することができる。回転電磁機械の回転及び／又は配置は、回転電磁機械が電源として動作する場合であっても、電気エネルギ貯蔵装置７８の充電を向上させる。このエネルギを取り込むことで、回転電磁機械のダイナミックレンジが効果的に拡大する。
【００４２】
更に他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置はいずれの電源にも電気的に結合されない。回転電磁機械が回転して電気エネルギ貯蔵装置７８に磁界が付与されると、電解質混合物内の陽イオン及び陰イオンは、磁界による力を受けて、対応する電極に層を形成する。電極表面に隣接するこのイオン層によって、対応する電荷の層が電極自体に形成されるため、各電極に電気二重層が生じる。これにより、電気エネルギ貯蔵装置は、電磁機械の回転及び／又は配置によって効果的に「事前充電」される。また、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃが適切に配置されている場合は、電磁機械が回転する必要は無い。機械の動作時に電荷が電極に蓄積していた場合、その電荷は、電磁機械が停止した後も、磁界によってそのまま維持される。
【００４３】
更に他の実施形態において、電気エネルギ貯蔵装置７８は、コイル７４、コイル７６、及び磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの外部に設けることができる。この実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７８は、機械の外装ハウジング（磁石ハウジング７０であってよい）の中に配設されてよく、この場合、機械の内部に配置されることになる。電気エネルギ貯蔵装置７８は機械の外装ハウジングの外側に配置されてもよいが、この場合は機械に隣接して配置される。電気エネルギ貯蔵装置７８が機械の外装ハウジングの外側に配置されて機械に隣接して位置する場合、機械の外装ハウジングは、磁界が電気エネルギ貯蔵装置７８に到達することを阻止するものであってはならない。電気エネルギ貯蔵装置７８が電磁機械の内部又は近傍のいずれに配置されるのかに関わらず、電気エネルギ貯蔵装置７８は、図４Ａ及び図５Ａに示されるように、電気エネルギ貯蔵装置７８に作用する磁界が第１電極５４Ａと第２電極５４Ｂを結ぶ軸線、及び電気エネルギ貯蔵装置７８の第１端部５８Ａと第２端部５８Ｂを結ぶ軸線の両方と垂直になる向きで配置される。
【００４４】
次に図６を参照すると、図４Ａ及び図４Ｂの電気エネルギ貯蔵装置と組み合わされて動作する回転又は直線電磁機械の代替実施例が断面で示されている。図６の電磁機械は、図１Ａ、図１Ｂ、若しくは図２の回転電磁機械、又は任意の適切な回転電磁機械であってよい。他の実施例において、回転電磁機械は、１個、２個、４個、５個、又は任意の適切な数の磁石を備える。更に他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置は、任意の適切な数の磁石を有する直線電磁機械に組み込まれる。図６の電磁機械の磁石又はコイルアセンブリのいずれか一方は、ロータ又はステータであってよい。
【００４５】
この実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ、７９Ｂ、及び７９Ｃは電磁機械の内部に配設される。ただし、各電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは、コイル７４の中に配置されるのではなく、コイル７４、コア７６、及び磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの外側に配置される。この構成において、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは、対応する磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃに隣接しており、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは、（ｉ）電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃと、（ｉｉ）コイル７４及びコア７６と、の間に配置される。電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは、概してコイル７４、コア７６、及び磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃの外側ではあるが図６の電磁機械の外装ハウジングの内部に配置されて、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃが電磁機械の内部に存在するように構成される。
【００４６】
他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃが電磁機械の内部ではなく外部において電磁機械に隣接して配置されることを除き、基本的に同様の構成で配置される。電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃが電磁機械の外装ハウジングの外側で電磁機械に隣接して配設される場合、外装ハウジングは、概して、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃからの磁界が電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃに到達することを阻害しないものでなければならない。
【００４７】
内部と外部のいずれの実施例においても、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃによって生成される磁界は、磁石の表面に直交する向きで生じて、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃに向かう。各電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは、それぞれ対応する磁石からの磁界が電極間の軸線と、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃの第１端部と第２端部の間の軸線とに垂直になる向きで配置される。これにより、磁界は、各電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃ内で、陽イオン及び陰イオンに対して各イオンの速度方向に垂直な力を付与することは前述した通りである。図６の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃのキャパシタンス又は充電率を上げるために、電磁機械を回転又は平行移動させる必要はない。この利点は、電磁機械が駆動され、その後で停止した場合に「残留」効果をもたらす。図６の回転電磁機械も、磁石によって付与される磁界が図６を参照しながら説明したものと同じ方式で電気エネルギ貯蔵装置に向かうのであれば、１個、２個、４個、又は５個の磁石を用いて駆動されてよい。
【００４８】
図６の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは電源８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃに接続される。電源８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃは、電磁機械自体であっても、又は電磁機械から分離された独立の電源であってもよい。更なる実施例において、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは電源に接続されない。通常、電源８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃが電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃに適用される場合、電源８１Ａ，８１Ｂ，８１Ｃの極性は、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃに適用される電力と適用される磁界の両方が、一方の電極に向けて陽イオンを移動させ、他方の電極に向けて陰イオンを移動させるように選択される。
【００４９】
電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃがロータの一部である場合に、図６の機械の動作中に回転する又は直線移動するように構成できる。また、電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃがステータの一部である場合に、図５Ａの機械の動作中、停止したまま残るように構成することができる。
【００５０】
次に図７を参照すると、磁性イオンを用いる電源８３に接続された電気エネルギ貯蔵装置８０が示されている。電気エネルギ貯蔵装置８０は、ハウジング８２、第１電極８４Ａ、及び第２電極８４Ｂを含む。第１電極８４Ａ及び第２電極８４Ｂは概して互いに平行で、ハウジング８２の対向する両側に配置される。ハウジング８２には、溶媒内に陽イオン８６Ａ及び陰イオン８６Ｂを含有する電解質混合物が配置される。前述したように、電気エネルギ貯蔵装置８０に電源から電力を与えることによって、陽イオン８６Ａが第２電極８４Ｂの負電荷８８Ｂに引き寄せられ、陰イオン８６Ｂが第１電極８４Ａの正電荷８８Ａに引き寄せられる。図７の実施例において、陽イオン８６Ａ及び陰イオン８６Ｂのいずれかが磁性材料を含む。磁性陽イオン８６Ａ又は磁性陰イオン８６Ｂとしては、反磁性イオン、常磁性イオン、強磁性イオン、反強磁性イオン、フェリ磁性イオン、またはこれらの各種組み合わせが挙げられる。第１電極８４Ａと第２電極８４Ｂを結ぶ軸線と平行な磁界９０を与えることによって、磁性イオンのみに力が加えられる。電源の極性、磁界９０の向き、及び磁性のイオン種は全て、磁界９０から与えられる力の方向が、確実に、対応する電極に蓄積された電荷によってイオンが予め引き寄せられている方向になるように選択される。図７に図示した実施例において、陽イオン８６Ａは磁性であるように選択される。陽イオン８６Ａは第２電極８４Ｂに向かう電気的引力に既に晒されているため、磁界９０は、磁界９０からも第２電極８４Ｂに向かう力が陽イオン８６Ａに与えられるように選択される。したがって、磁界９０を適用することで、より多くの磁性イオンが二重層に形成されるため、電気エネルギ貯蔵装置８０のキャパシタンスが上昇する。したがって、図４Ａ及び図４Ｂの電気エネルギ貯蔵装置の実施例と同様に、電気エネルギ貯蔵装置の充電が強化される。
【００５１】
次に図８を参照すると、図７の電気エネルギ貯蔵装置８０を利用する回転又は直線電磁機械の断面が示されている。図８の電磁機械は、図１Ａ、図１Ｂ、若しくは図２の回転電磁機械、又は任意の他の適切な回転電磁機械であってよい。他の実施例において、回転電磁機械は、１個、２個、４個、５個、又は任意の適切な数の磁石を有する。更に他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置は、任意の適切な数の磁石を有する直線電磁機械に組み込まれる。図８の電磁機械の磁石又はコイルアセンブリのいずれかはロータ又はステータであってよい。したがって、電磁機械は、概して、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃを有する磁石ハウジング７０を含む。図８の電磁機械は、各磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃにそれぞれ隣接して配置される３つの電気エネルギ貯蔵装置８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃを有する。これらの電気エネルギ貯蔵装置は、各電気エネルギ貯蔵装置の一方の電極が各電気エネルギ貯蔵装置の他方の電極よりも各磁石に近接する向きで配置される。このため、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃによって形成される磁界は、各電気エネルギ貯蔵装置８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃの第１電極と第２電極の間の軸線と平行になる。前述したように、この磁界を適用することで、各電気エネルギ貯蔵装置の電解質混合物内の磁性イオンに力が加えられ、その結果、各電気エネルギ貯蔵装置のキャパシタンスが増大し、且つ時定数が減少する。
【００５２】
図７の電気エネルギ貯蔵装置及び図８の電磁機械は、図５Ａ及び図５Ｂの電磁機械について説明した方式と同様の方式で利用することができる。電気エネルギ貯蔵装置は独立した電源に電気的に結合できる。磁界が電気エネルギ貯蔵装置に適用されると、独立した電源からの電気エネルギ貯蔵装置の充電が増強される。他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置は、電磁機械が電気エネルギ貯蔵装置の電源として機能するように、電磁機械と電気的に結合されてよい。電磁機械の相対動作により、電気エネルギ貯蔵装置の充電が開始し、この充電は、磁石から与えられる磁界によって強化される。更に他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合されない。電気エネルギ貯蔵装置には磁界が与えられるため、電解質混合物内の陽イオン及び陰イオンは、磁界によって、対応する電極に層を形成するように仕向けられる。電極表面に隣接するこのイオン層によって対応する電荷の層が電極自体に形成するように誘導され、その結果、各電極に電気二重層が形成される。これにより、電気エネルギ貯蔵装置は、磁界の適用によって効果的に「事前充電」され、機械の動作中に電荷が電極に蓄積されていた場合、その電荷は、機械の停止後にも磁界によってそのまま保持される。図８の回転電磁機械は、１個、２個、４個、又は５個の磁石を用いて動作してもよいが、その場合、磁石によって形成される磁界は、図８を参照して説明したものと同じ方式で電気エネルギ貯蔵装置に向かうものでなければならない。
【００５３】
図８の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃは電源８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃに接続される。電源８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃは、電磁機械そのものであっても、又は電磁機械から分離された独立の電源であってもよい。更なる実施例において、電気エネルギ貯蔵装置８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃは電源に接続されない。通常、電源８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃが電気エネルギ貯蔵装置８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃに適用される場合、電源８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃの極性は、電気エネルギ貯蔵装置８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃに与えられる電力及び適用される磁界の両方が、陽イオンを一方の電極に向かって移動させ、且つ、陰イオンを他方の電極に向かって移動させるように選択される。
【００５４】
電気エネルギ貯蔵装置８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃは、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃがロータの一部である場合、図８の機械の動作中に回転又は直線移動するように構成できる。電気エネルギ貯蔵装置７９Ａ，７９Ｂ，７９Ｃは、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃがステータの一部である場合、図５Ａの機械の動作中に静止したまま残るように構成することもできる。
【００５５】
次に図９を参照すると、電解質混合物内のイオンの密度差を利用する電源１０１に接続された電気エネルギ貯蔵装置１００が示されている。電気エネルギ貯蔵装置１００は、ハウジング１０２、第１電極１０４Ａ、及び第２電極１０４Ｂを含む。第１電極１０４Ａ及び第２電極１０４Ｂは、概して互いに平行で、ハウジング１０２の対向する両側に配置される。ハウジング１０２内には、溶媒内に陽イオン１０６Ａ及び陰イオン１０６Ｂを含む電解質混合物が設けられる。前述したように、電気エネルギ貯蔵装置１００に電力を提供すると、陽イオン１０６Ａが第１電極１０４Ａの負電荷１０８Ｂに引き寄せられ、陰イオン１０６Ｂが第２電極１０４Ｂの正電荷１０８Ａに引き寄せられる。
【００５６】
図９の実施例において、イオンの一方の種は、他方の種よりも高密度である。陽イオン１０６Ａは陰イオン１０６Ｂよりも濃密になり得る、又はその逆になり得る。電気エネルギ貯蔵装置１００のキャパシタンスを増やすために、電気エネルギ貯蔵装置１００は回転軸１１０を中心として回転される。回転軸１１０は、概して第１電極１０４Ａと第２電極１０４Ｂの間の軸線と垂直であるが、電極と電極の間を通らないように電気エネルギ貯蔵装置１００からオフセットされる。回転軸１１０が電気エネルギ貯蔵装置１００の中心からオフセットされるため、陽イオン１０６Ａと陰イオン１０６Ｂは、密度勾配遠心分離として知られるプロセスによって分離する。電気エネルギ貯蔵装置１００が回転すると、高密度のイオンは、低密度のイオンよりも更に回転軸１１０から離れるように仕向けられる。したがって、電気エネルギ貯蔵装置の回転によって、高密度のイオンは、電気エネルギ貯蔵装置のうちの、回転軸１１０から最も遠い電極に蓄積する。電源の極性、回転軸の位置、及びより濃密になるイオンのイオン種は、全て、電気エネルギ貯蔵装置１００の通常動作と電気エネルギ貯蔵装置１００の回転の両方が、濃密なイオンに同じ方向の力を加えるように選択される。同様に、粗密なイオンは、粗密なイオンと、回転軸１１０に最も近い電極に蓄積された電荷との間の引力が、回転そのものに起因する力に打ち勝つように選択される。
【００５７】
このように、図９に示した実施例において、電源１１２の極性は、正電荷１０８Ａが第２電極１０４Ｂに蓄積するように選択される。これらの正電荷１０８Ａは、電解質混合物内の負に帯電した陰イオン１０６Ｂを引き寄せる。陰イオン１０６Ｂも、正に帯電した陽イオン１０６Ａよりも高い密度を有するように選択され、回転軸１１０は、第２電極１０４Ｂとは反対側の電気エネルギ貯蔵装置１００の端部に配置される。このため、回転軸１１０を中心とした電気エネルギ貯蔵装置１００の回転により、高密度の陰イオン１０６Ｂは、回転軸１００から離れる方向に低密度の陽イオン１０６Ａよりも大きい力を受ける。したがって、電気エネルギ貯蔵装置１００の回転は、電源１１２からの電力の付与と共に作用して陰イオン１０６Ｂを第２電極１０４Ｂに向かわせる。陽イオン１０６Ａは、負電荷１０８Ｂの蓄積によって第１電極１０４Ａに向かう方向に受ける電力が回転軸１１０を中心とする電気エネルギ貯蔵装置１００の回転に起因する逆向きの力よりも大きくなるように選択される。例示する各実施例において、高密度イオンの密度は、密度が低い方のイオンの密度の２倍、４倍、６倍、又は８倍であってよい。高密度イオンと低密度イオンが他の密度比になる実施例も考えられる。
【００５８】
次に図１０Ａを参照すると、図９の電気エネルギ貯蔵装置１００を利用する回転電磁機械の断面が示されている。図１０Ａの電磁機械は、図１Ａ、図１Ｂ、若しくは図２の回転電磁機械、又は任意の他の適切な回転電磁機械であってよい。他の実施例において、回転電磁機械は、１個、２個、４個、５個、又は任意の他の適切な個数の磁石を有する。図１０Ａの電磁機械は直線電磁機械であってもよい。
【００５９】
図示したように、回転電磁機械は、概して、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃを含む磁石ハウジング７０を有する。図８の回転電磁機械と同様に、図１０Ａの回転電磁機械は、各磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃにそれぞれ隣接して配設された電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ、１０３Ｂ、及び１０３Ｃ〜１０３Ｉを有する。本実施例において、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは磁石ハウジング７０の外部に配置されて、不必要な磁界から遮断される。電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは、各電気エネルギ貯蔵装置の第１電極と第２電極の間の軸線が回転電磁機械の回転軸１１０と概して垂直になる向きで配置される。このため、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ及び１０３Ｂは、図８の回転電磁機械の電気エネルギ貯蔵装置８０Ａ及び８０Ｂと概して同一の向きになる。
【００６０】
ただし、図１０Ａの電気エネルギ貯蔵装置１０３Ｃ〜１０３Ｉは、図８の電気エネルギ貯蔵装置８０Ｃに対して９０度回転されている。空間の節約という点で有利になり得るため、図１０Ａの回転電磁機械は、回転された複数の短尺の電気エネルギ貯蔵装置１０３Ｃ〜１０３Ｉを利用することができ、これらの電気エネルギ貯蔵装置１０３Ｃ〜１０３Ｉは、並列に接続されて、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ及び１０３Ｂと同等であり得る効率的な電気エネルギ貯蔵装置を構成する。電気エネルギ貯蔵装置のサイズを縮小すると、電荷を収集できる表面積が小さくなり、キャパシタンスが低下する。ただし、この低下分は、複数の短尺の電気エネルギ貯蔵装置を設けて並列に接続することによって最小限に抑えられる、又は取り消される。回転電磁機械が回転軸１１０を中心に回転すると、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉが回転する。この際、各電気エネルギ貯蔵装置の電解質混合物内の高密度のイオンは、回転軸１１０から最も離れた電極に向かう方向に、密度が低い方のイオンよりも大きい力を受けるため、各電気エネルギ貯蔵装置のキャパシタンスが増加し、且つ時定数が低下する。
【００６１】
図１０Ａの回転電磁機械も、１個、２個、４個、５個、又は任意の他の適切な個数の磁石を用いて動作してよい。また、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは、任意の回転機械での利用に適し、磁石を持たない回転機械での利用にも適する。
【００６２】
図１０Ａの実施例において、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａは電源１０５Ａに接続され、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ｂは電源１０５Ｂに接続され、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは電源１０５Ｃに接続される。電源１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃは、電磁機械自体であっても、又は電磁機械から分離された独立の電源であってもよい。更なる実施例において、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは電源に接続されない。通常、電源１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃが電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉに適用される場合、電源１０５Ａ，１０５Ｂ，１０５Ｃの極性は、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉに与えられる電力及び電磁機械の回転の両方が、陽イオンを一方の電極に向けて移動させ、且つ、陰イオンを他方の電極に向けて移動させるように選択される。
【００６３】
図９の電気エネルギ貯蔵装置及び図１０Ａの回転電磁機械は、図５Ａ及び図５Ｂの回転電磁機械、又は図８の回転電磁機械を参照して前述した方式と同様の方式で利用できる。電気エネルギ貯蔵装置は独立した電源に電気的に結合できる。回転電磁機械が電気エネルギ貯蔵装置を回転させると、独立した電源による電気エネルギ貯蔵装置の充電が増強される。他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置は、回転電磁機械が電気エネルギ貯蔵装置の電源として機能するように、回転電磁機械に電気的に結合され得る。回転電磁機械の回転が直接電力を生成し、生成された電力の少なくとも一部を利用して、電気エネルギ貯蔵装置を直接充電することができる。この充電は、電気エネルギ貯蔵装置の回転によって増強される。
【００６４】
更に他の実施例において、電気エネルギ貯蔵装置は電源と電気的に結合されない。電気エネルギ貯蔵装置は、回転電磁機械によって回転される構成であるため、電解質混合物内の陽イオン及び陰イオンは、電磁機械の回転に伴って（電力勾配遠心分離により）、対応する電極に層を形成するように仕向けられる。電極表面に隣接するこのイオン層は、電極自体に対応する電荷の層が形成するように誘導するため、各電極に電気二重層が形成される。これにより、電気エネルギ貯蔵装置は、磁界の適用によって効果的に「事前充電」される。
【００６５】
電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉの機能を増強するのは回転であって磁界の付与ではないため、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは、通常、電磁機械のロータに結合されなければならない。図１０Ａにおいて、磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃはロータの一部であるため、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは磁石又は磁石ハウジング７０に結合される。図１０Ａには、磁石ハウジング７０の外部において結合又は他の方式で配設された電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉが示されているが、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは、磁石ハウジング７０の内部に結合又は他の方式で配設することができ、この場合も、磁石と共に回転するように構成され得る。
【００６６】
図１０Ｂに、コイル７４及びコア７６が回転するように設計されて電磁機械のロータの一部となることを除き、図１０Ａに示したものと同様の電磁機械を示す。磁石７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃは動作中に静止しているように構成されて、ステータの一部を構成する。動作中に回転するのはコイル７４及びコア７６であるため、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは、概して、コイル７４及びコア７６を収容するハウジング内に配設されるか、又はハウジングに連結される。図１０Ｂの機械は、電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉの配置を除き、図１０Ａの機械と同様に動作する。電気エネルギ貯蔵装置１０３Ａ〜１０３Ｉは、各電気エネルギ貯蔵装置の第１電極と第２電極の間の軸線が回転電磁機械の回転軸１１０と概して垂直になる向きで配置される。
【００６７】
電気エネルギ貯蔵装置の異なる実施例を組み合わせて電気エネルギ貯蔵装置の充電を向上させることができる。例えば、障壁及びチャンネルを備えた電気エネルギ貯蔵装置は、イオンの一方の種が磁性であるイオン、イオンの一方の種がより高密度であるイオン、又はその両方であるイオンと組み合わせて利用できる。同様に、障壁及びチャンネルを持たない電気エネルギ貯蔵装置は、イオンの一方の種が磁性であるイオン、イオンの一方の種が他方より高密度であるイオン、又はその両方であるイオンと組み合わせて利用できる。
【００６８】
本明細書に記載したように、各種の異なる電磁機械は、様々なタイプの電気エネルギ貯蔵装置と共に利用することができる。電磁機械は、回転電磁機械、直線電磁機械、又は任意の他のタイプの電磁機械であり得る。いくつかの実施例において、機械は非電磁機械であってもよい。いくつかの実施例において、一部又は全ての磁石、及び一部又は全てのコイルアセンブリの両方が移動（例えば、回転移動又は直線平行移動）できる電磁機械を利用してよい。機械は、任意の適切な数の磁石セットを含むことができ、各磁石セットは、任意の適切な数の磁石を有し得る。また、機械は、任意の適切な数のコイル及びコアを含むこともできる。したがって、本明細書で説明した断面図には主に単一の磁石セットと単一のコイル／コアの組み合わせのみが示されているが、電磁機械は、概して、回転軸を中心とした周状（回転電磁機械の場合）又は平行移動軸に沿った直線状（直線電磁機械の場合）に配設される複数の磁石セット及び複数のコイル／コアの組み合わせを有する。また、各コイルがそれぞれ固有の独立したコアを備えるものであっても、又は、２つ以上のコイルが１つのコアを共有するものであってもよい。また、電磁機械が、単一のコイル／コアの組み合わせを備える単一の磁石セットだけを備えてもよい。
【００６９】
したがって、本明細書及び請求項の理解を容易にするために、電磁機械は、「磁石」、「磁石セット」、「コア」、「コイル」、「電気エネルギ貯蔵装置」、「アクスル」、「コイルアセンブリ」等を有すると説明され得る。ただし、前述した構成要素又は他の構成要素のいずれかに付随する「１つ（ａ）」を表す冠詞は、記載した実施例又は請求項の内容を単一の構成要素のみに限定するものではなく、１つ以上の構成要素を有する実施例を包含するものであることは理解されよう。
【００７０】
本開示について１つ以上の具体的な実施例を参照しながら説明したが、当業者であれば、本開示の精神及び範囲から外れることなく多数の変更を行えることを理解されるであろう。各実施例及びその明らかな変形物は本開示の精神及び範囲に入ることが意図されている。また、本開示の態様に係る追加の実施例は、本明細書に記載した実施例のいずれかから採用されるいずれの特徴とも組み合わせ可能であることが想定されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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