(57)【要約】装置は、ＤＣ電気信号を生成するためのＤＣ電源、電気パルスを生成するためのパルス発生器、および電気素子を備えることができる。パルス発生器とＤＣ電源は、一緒に電気的に結合することができる。電気素子は、ＤＣ電気信号および電気パルスを受け取ることができる。電気素子は、ＤＣ電気信号を受け取るとそれに応答して磁場を生成し、電気パルスを受け取るとそれに応答して冷却することができる。【選択図】図１
2020537110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電気信号を生成するＤＣ電源と、
電気パルスを生成するパルス発生器であって、前記パルス発生器および前記ＤＣ電源とが互いに電気的に結合されている、パルス発生器と、
前記ＤＣ電気信号および前記電気パルスを受け取るように構成された電気素子であって、前記電気素子が、前記ＤＣ電気信号を受け取ることに応答して磁場を発生させるように構成されており、および前記電気素子が、前記電気パルスを受け取ることに応答して冷却するように構成されている、前記電気素子と、
を備える装置。
【請求項２】
前記電気素子を冷却することが、ＤＣ電流を受け取る前記電気素子の容量を増加させる、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電気素子が誘導素子を備える、前述のいづれかの請求項に記載の装置。
【請求項４】
前記パルス発生器が、少なくとも１００ボルト／秒の時間に対する電圧の変化を有する電気パルスを生成するように構成される、前述のいづれかの請求項に記載の装置。
【請求項５】
前記電気素子に結合されたエネルギー回収素子をさらに備える装置であって、
前記電気素子が、前記電気パルスを受け取ると、熱を、前記エネルギー回収素子により受け取られる電気エネルギーに変換するように構成されている、前述のいづれかの請求項に記載の装置。
【請求項６】
前記エネルギー回収素子の出力が、前記ＤＣ電源に結合される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記ＤＣ電気信号および前記電気パルスが、前記ＤＣ電気信号および前記電気パルスを変圧器の対向する巻線に印加することにより結合される、前述のいづれかの請求項に記載の装置。
【請求項８】
前記ＤＣ電気信号および前記電気パルスの一方が前記変圧器の一次巻線に印加され、前記ＤＣ電気信号および前記電気パルスの他方が前記変圧器の二次巻線に印加される、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ＤＣ電気信号を生成するステップと、
電気パルスを生成するステップと、
前記ＤＣ電気信号および前記電気パルスを結合して、ＤＣ電気信号成分および電気パルス成分を有する結合された電気信号にするステップと、  
結合された電気信号を電気素子に印加するステップと、
を含む方法であって、
前記電気素子が前記ＤＣ電気信号成分を受け取るとそれに応答して磁場を生成するよう構成され、および前記電気素子が前記電気パルス成分を受け取るとそれに応答して冷却するよう構成される、方法。
【請求項１０】
前記電気素子が誘導素子を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記電気パルスを受け取るとそれに応答して前記電気素子によって生成される電気エネルギーを前記ＤＣ電気信号を生成する電源に印加するステップをさらに含む、請求項９から１０のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１２】
前記電気パルスを受け取るとそれに応答して前記電気素子によって生成された電気エネルギーをエネルギー回収素子に印加するステップをさらに含む、請求項９から１０のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１３】
前記電気パルスを受け取るとそれに応答して、前記電気素子によって生成された電気エネルギーを負荷へ印加するステップをさらに含む、請求項９から１０のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１４】
前記ＤＣ電気信号と前記電気パルスとを結合して、結合された電気信号にするステップが、
前記ＤＣ電気信号と前記電気パルスの一方を変圧器の一次巻線に印加するステップと、
前記ＤＣ電気信号と前記電気パルスの他方を前記変圧器の二次巻線に印加するステップと、
を含む、請求項９から１３のいずれかの請求項に記載の方法。
【請求項１５】
前記電気パルスの一部が、少なくとも１００ボルト／秒の時間に対する電圧の変化を有する、請求項９から１４のいずれかの請求項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場生成に関する。より具体的には、本発明は、熱電冷却を伴う磁場生成に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子回路は、様々なアプリケーション（モーターなど）の磁場を生成するために使用できる。この種の回路は、通常、動作中に熱を発生する。これにより、発生する可能性のある磁場の強度が制限されることがある。たとえば、電流制限は通常、回路が過熱しないことを保証するために設けられる。回路を冷却すると、さらなる電流を受け取り、より強い磁場を生成する回路の能力が向上する。
【発明の概要】
【０００３】
以下の開示は、磁場生成の向上に関する。本明細書で開示される実施形態は、熱電冷却を伴う磁場生成のための方法および装置を提供する。
【０００４】
１つの代表的な実施形態では、装置は、ＤＣ（直流）電気信号を生成するためのＤＣ（直流）電源、電気パルスを生成するためのパルス発生器、および電気要素を備えることができる。パルス発生器とＤＣ電源は、一緒に電気的に結合することができる。電気素子は、ＤＣ電気信号および電気パルスを受け取るように構成することができる。電気素子は、ＤＣ電気信号を受け取るとそれに応答して磁場を生成し、電気パルスを受け取るとそれに応答して冷却するように構成することができる。
【０００５】
開示される実施形態のいずれにおいても、電気素子を冷却することにより、電気素子がＤＣ電流を受け取る能力を増大させることができる。開示された実施形態のいずれにおいても、電気素子は誘導素子を備えることができる。開示された実施形態のいずれにおいても、電気素子は、１ｎＨを超えるインダクタンスを有することができる。開示される実施形態のいずれにおいても、パルス発生器は、少なくとも１００ボルト／秒の時間に対する電圧の変化を有する電気パルスを生成するように構成することができる。
【０００６】
開示される実施形態のいずれにおいても、装置は、電気素子に結合されたエネルギー回収素子をさらに備えることができる。電気素子は、電気パルスを受け取ると、熱を電気エネルギーに変換し、エネルギー回収素子が電気エネルギーを受け取るように構成することができる。開示される実施形態のいずれにおいても、エネルギー回収素子の出力は、ＤＣ電源に結合することができる。
【０００７】
開示される実施形態のいずれにおいても、ＤＣ電気信号および電気パルスは、ＤＣ電気信号および電気パルスを変圧器の対向する巻線に印加することにより結合することができる。例えば、ＤＣ電気信号および電気パルスの一方は、変圧器の一次巻線に印加され得る。ＤＣ電気信号および電気パルスの他方は、変圧器の二次巻線に印加され得る。開示された実施形態のいずれにおいても、電気素子および回収素子の一方は変圧器の一次巻線を備えることができる。電気素子および回収素子の他方は変圧器の二次巻線を備えることができる。
【０００８】
別の代表的な実施形態では、装置は、ＤＣ電気信号を生成するＤＣ電源、ＤＣ電源に結合された第１の電気素子、電気パルスを生成するパルス発生器、および第２の電気素子を備えることができる。第１の電気素子は、ＤＣ電気信号を受け取り、ＤＣ電気信号を受け取ることに応答して磁場を生成するように構成することができる。第２の電気素子は、電気パルスを受け取り、その電気パルスを受け取ることに応答して冷却するように構成することができる。第１の電気素子は、第２の電気素子が冷却されるときに第１の電気素子が冷却されるように、第２の電気素子に熱的に結合することができる。
【０００９】
開示される実施形態のいずれにおいても、第２の電気素子は、電気パルスを受け取ることに応答して熱を電気エネルギーに変換するように構成することができる。開示された実施形態のいずれにおいても、装置は、電気パルスを受け取る第２の電気素子によって生成された電気エネルギーを保存するためのエネルギー回収素子をさらに備えることができる。開示された実施形態のいずれにおいても、第２の電気素子によって生成された電気エネルギーは、ＤＣ電源に印加することができる。
【００１０】
開示された実施形態のいずれにおいても、装置は、電気素子に接続される発振器をさらに備えることができる。開示された実施形態のいずれにおいても、装置は、電気素子に接続される第１の発振器および第２の発振器をさらに備えることができる。
【００１１】
別の代表的な実施形態では、方法は、ＤＣ電気信号を生成するステップと、電気パルスを生成するステップと、ＤＣ電気信号および電気パルスを結合し、ＤＣ電気信号成分および電気パルス成分を有する結合された電気信号にするステップと、結合された電気信号を電気素子へ印加するステップと、を含むことができる。電気素子は、ＤＣ電気信号成分を受け取ることに応答して磁場を生成し、電気パルス成分を受け取ることに応答して冷却するように構成することができる。
【００１２】
開示される実施形態のいずれにおいても、電気素子は誘導素子を備えることができる。開示される実施形態のいずれにおいても、方法は、電気パルスを受け取ることに応答して電気素子によって生成された電気エネルギーを、ＤＣ電気信号を生成する電源に印加するステップをさらに含むことができる。
【００１３】
本発明の前述のおよび他の目的、特徴、および利点は、添付の図面を参照して進められる以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は例示的な磁場発生器のブロック図である。
【図２】図２はエネルギー回収素子を含む別の例示的な磁場発生器のブロック図である。
【図３】図３は図２のエネルギー回収素子のさらなる詳細を示すブロック図である。
【図４】図４は別の例示的な磁場発生器のブロック図である。
【図５】図５は別の例示的な磁界発生器のブロック図である。
【図６】図６は別の例示的な磁界発生器のブロック図である。
【図７】図７は発振器を含む、別の例示的な磁場発生器のブロック図である。
【図８】図８は第１の発振器および第２の発振器を含む、別の例示的な磁場発生器のブロック図である。
【図９】図９はマイクロプロセッサを含む、別の例示的な磁場発生器のブロック図である。
【図１０】図１―９の磁場発生器を動作させる例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
この開示は、熱電冷却を伴う磁場発生器の実施形態に関する。磁場生成は、電気モーター、磁気イメージング等の様々なアプリケーションに有用である。磁場を生成するための装置は、導体（例えば、銅線）がコア（例えば、空芯、鉄芯）の周りに巻かれるコイルまたはソレノイドを含むことができる。コアの周りの巻線の各ターンは、装置によって生成される全体的な磁場強度が巻線のターン数に比例するように磁場を作成できる。装置の磁場強度は、コイルを通過する電流の量にも比例する。
【００１６】
磁場装置のコイルに電流が流れると、ジュール加熱によりコイルが加熱される。コイルを流れる電流が増加すると、コイルの温度が上昇する。特定の温度になると、過熱によりコイルが適切に機能しなくなる。この過熱の問題は、コイルが増加した電流を流す能力を阻害したり、またはコイルを物理的に劣化させる可能性がある。さらに、コイルの温度が上昇すると、抵抗が増加し、増加した電流を流す能力がさらに低下する。したがって、装置によって生成されることができる磁場の強さは、機能を破壊または失う前にコイルが受容することができる加熱の量によって制限される。
【００１７】
この過熱の問題は、コイルを絶縁するか、過熱が問題になる前により多くの電流を流すことができるより重いゲージワイヤを使用することで軽減できる。しかしながら、これらの解決策はそれぞれ、コイルの直径を増加させ、それにより、コイルの巻線が含み得る単位体積あたりの巻数を制限し、生成され得る磁場の強度を制限する。コイルを冷却する他のより精巧な方法は、装置を操作するコストを大幅に増加させる可能性がある。したがって、必要なことは、コイルの温度を下げる方法である。この目標を達成するための装置および方法が本明細書に開示される。
【００１８】
図１は、回路１００の磁場発生システムの実施形態を示す。回路１００は、ＤＣ電源１０２、パルス発生器１０４、および電気素子１０６を含む。ＤＣ電源１０２は、一定の直流（ＤＣ）電流を生成することができる。ＤＣ電源１０２は、バッテリ、キャパシタ、演算増幅器（オペアンプ）、またはＤＣ電流を出力することができる他のソースを含むことができる。電気素子１０６は、ＤＣ電流が装置に加えられたときに磁場を生成する装置を含むことができる。図示の実施形態では、電気素子１０６は、コアの周りのコイルに巻かれたワイヤを備えるインダクタである。ＤＣ電源１０２からのＤＣ電流がインダクタ１０６を通過すると、磁場が発生する。磁場の強さは、ＤＣ電流の強さとコイルの巻き数に比例する。ほとんどのモーターには、０．１―１０ＡのＤＣ出力が必要である。電気自動車は１００−１０００Ａを必要とする場合がある。上記で説明したように、ＤＣ電流がインダクタ１０６を通過するとき、ジュール加熱により温度が上昇する。また、回路１００によって生成され得る磁場強度はこの加熱によって制限される。
【００１９】
パルス発生器１０４は、電気パルスを発生させる装置であり得る。いくつかの実施形態では、パルス発生器１０４は、周期的な間隔で電気パルスの連続ストリームを生成することができる。理想的には、パルス発生器１０４は、パルス発生器によって出力される電圧が短時間にわたって急速に増加する電気パルスを生成する。これは、立ち上がり時間が短い方形波、または正弦波、のこぎり波、または高周波の同様の出力電圧波で行うことができる。回路１００は、１００Ｖ／秒程度の小さいｄＶ／ｄｔ比（例えば、ある期間にわたる電圧の変化）を有するパルス発生器１０４によるパルス出力で機能することができる。しかしながら、パルス発生器１０４は、少なくとも１００Ｖ／μｓ、または１０，０００から１００，０００Ｖ／μｓ以上のｄＶ／ｄｔを有するパルスを出力することができる。
【００２０】
パルス発生器１０４が高いｄＶ／ｄｔ比を有する電気パルスを出力するとき、インダクタ１０６は、本明細書で説明されるように、熱エネルギーを電気エネルギーに変換して冷却する。高いｄＶ／ｄｔ比のパルス発生器１０４によって出力された電気パルスがインダクタ１０６の一方の側に印加されると、電気素子は冷却される。そして、パルス発生器によって生成されたものよりも高い電力レベルを有する電気素子の反対の側に電圧が現れる。このように、パルス発生器１０４によって出力される鋭いパルスは、インダクタ１０６に熱エネルギーを電気エネルギーに変換させ、それによってインダクタを冷却する。パルス発生器１０４によって出力されるパルスのｄＶ／ｄｔ比が高いほど、より多くの量の熱エネルギーが電気エネルギーに変換され、インダクタ１０６がより多く冷却される。この現象は、Ｋｉｎｅｔｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ（ＫＰＴ）と呼ばれる。
【００２１】
モーター駆動では、電気駆動の瞬間的な側面は、磁場の変化率に関連するＤＣ信号と見なすことができる。したがって、「駆動」は電流が反転するＡＣ信号のようにも見えるが、実際の磁場とその影響はＤＣ現象である。上述のＫＰＴ効果は、インダクタ１０６内でのジュール加熱による熱の電気エネルギーへの変換が、インダクタの冷却を行う速度でなされるような時間スケールで適用され得る。外部的には、ＫＰＴ効果が起こるためのこの信号は、ＡＣ駆動信号と同様にＡＣ信号と考えることができる。ただし、実際に冷却が行われる短い時間スケールでは、この信号はＤＣによって適切にモデル化される。
【００２２】
図１に示すように、ＤＣ電源１０２およびパルス発生器１０４の出力は結合される。パルス発生器１０４によって出力される電気パルスの振幅は、ＤＣ電源１０２によって出力される電圧の振幅よりも小さくすることができる。図示の実施形態では、パルス発生器１０４によって生成されたパルスの振幅は、電源１０２のＤＣ電圧の振幅の１―１０％である。さらに、インダクタ１０６は、特にパルスが高い周波数を有する場合、狭いパルス幅を有する場合、またはインダクタが高いインダクタンスを有する場合、一般にこれらのパルスへの応答が遅い。図示の実施形態では、インダクタ１０６のインダクタンスは、少なくとも１ｎＨ以下とすることができるが、４００μＨより大きくすることができる。図示の実施形態では、パルス発生器１０４の出力は、少なくとも２ｋＨｚの周波数を有し、１―５ＭＨｚの間の周波数とすることができる。これらの理由により、インダクタ１０６を通過するＤＣ電源１０２からのＤＣ電流によって生ずる磁場は、パルス発生器１０４によって出力されるパルスによってわずかに変化するかもしれないが、大きくは妨げを受けない。
【００２３】
図示の実施形態では、パルス発生器１０４によって出力されるパルスは正の電圧を有する。しかしながら、いくつかの実施形態では、パルス発生器１０４の出力は、パルスの少なくとも一部については負の電圧となり得る。いくつかの実施形態では、パルス発生器によるパルス出力の一部がＤＣ電源の正の電圧よりも大きい負の電圧を有する場合、ＤＣ電源１０２およびパルス発生器１０４の結合された出力は、特定の期間中、負であり得る。
【００２４】
パルス発生器１０４が周期的な間隔で継続的に電気パルスを出力する場合、インダクタ１０６は、熱エネルギーを継続的に電気エネルギーに変換し、各パルスで冷却される。これは、ＤＣ電源１０２からのＤＣ電流によって生じるインダクタ１０６の温度上昇を低減する。これにより、インダクタ１０６を過熱することなく、ＤＣ電源１０２からの電流を増加させることができる。したがって、これにより、システム１００は、パルス発生器１０４が存在しないシステムで可能であるものよりも大きな強度の磁場を生成することができる。あるいは、システム１００は、パルス発生器１０４が存在しないシステムで同じ強度の磁場を生成するのに必要であるものよりも小さいゲージワイヤを備えるインダクタ１０６から磁場を生成するのに使用することができる。これは、同等の磁場を生成することができる他の回路と比較して、回路１００のコストおよびサイズを低減することができる。
【００２５】
パルス発生器１０４によって達成できるインダクタ１０６の冷却量は、パルス発生器によって出力されるパルスのｄＶ／ｄｔ比、ならびにインダクタ１０６を構成するワイヤのゲージを含む他の要因に依存する。いくつかの実施形態では、ＤＣ電源１０２によって出力されるＤＣ電流によって引き起こされるインダクタ１０６のジュール加熱の量は、パルス発生器１０４の出力によって引き起こされる冷却によって正確に打ち消される。これらの実施形態では、インダクタ１０６は、その温度をまったく上げることなく磁場を生成する。回路１００は、超伝導体に類似すると考えることができる。
【００２６】
図２は、別の磁場生成回路２００の例示的な実施形態を示す。図２の実施形態では、回路２００は、出力が結合されてインダクタ１０６に印加されるＤＣ電源１０２およびパルス発生器１０４を含む。図１の例と同様に、ＤＣ電源１０２の出力は、インダクタ１０６に磁場を生成させる。パルス発生器１０４の出力は、インダクタ１０６を冷却させる。それにより、インダクタの容量を増加させ、ＤＣ電源１０２からさらなる電流を受け取り、過熱することなく、さらなる磁場強度を生成する。さらに、回路２００は、インダクタ１０６と並列するエネルギー回収素子２０２を含む。
【００２７】
上記で説明したように、インダクタが高いｄＶ／ｄｔ比を持つパルス発生器１０４から電気パルスを受け取ったときに発生するＫＰＴ効果は、インダクタ１０６を冷却するだけでなく、インダクタに熱エネルギーを電気エネルギーに変換させる。それにより、ＤＣ電源１０２およびパルス発生器１０４によって出力される結合されたエネルギーよりも大きい電気エネルギーを有するインダクタの両端に電圧を生成する。回路２００では、この余分なエネルギーは、エネルギー回収素子２０２により取り出される。いくつかの実施形態では、エネルギー回収素子２０２は、この生成された電気エネルギーを（例えば、キャパシタまたは電池に）保存する。他の実施形態では、生成されたこの余分ののエネルギーは、ＤＣ電源１０２にフィードバックされて、電源への電力供給を助ける。これらの実施形態では、インダクタ１０６のジュール加熱は、回路２００に少なくとも部分的に電力を供給するために使用され、それによって所要電力を低減し、回路の効率を高める。
【００２８】
図３は、別の磁場発生回路３００の例示的な実施形態を示す。図３の実施形態では、回路３００は、ＤＣ電源１０２、パルス発生器１０４、インダクタ１０６、およびエネルギー回収素子２０２を含む。回路３００では、エネルギー回収素子２０２は、整流器３０２、およびキャパシタ３０４、３０６を備える。キャパシタ３０４、３０６は、ＤＣ電流の流れを中断することなく、インダクタ１０６から過剰な交流（ＡＣ）成分を除去することができる。整流器３０２は、任意のＡＣ電力をＤＣに変換し、ＤＣ電力のみを出力することができる。いくつかの実施形態では、整流器３０２は省略できる。そして、エネルギー回収素子３０２はＡＣ電力を出力できる。エネルギー回収素子２０２は、インダクタ１０６の正の側でタップされて示されているが、インダクタの負の側に結合することができる。
【００２９】
図４は、別の磁場発生回路４００の例示的実施形態を示す。図４の実施形態では、回路４００は、ＤＣ電源１０２、パルス発生器１０４、インダクタ１０６および整流器３０２を含む。パルス発生器１０４の出力は、コイル３１０に結合することができる。ＤＣ電源１０２の出力は、コイル３１２に結合することができる。コイル３１０、３１２は、変圧器の一次巻線および二次巻線を構成するようにコア３１４（例えば、鉄芯）の周りに巻き付けることができる。それにより、ＤＣ電源１０２およびパルス発生器１０４の出力が結合される。
【００３０】
回路４００はさらに、コイル３０４およびコア３０６を含むことができる。インダクタ１０６およびコイル３０４は、インダクタ１０６をコイル３０４に結合する変圧器を構成するようにコア３０６の周りに巻き付けることができる。これは、インダクタ１０６によってＫＰＴ効果から生成されたエネルギーをコイル３０４に伝達することを可能にする。次に、整流器３０２は、このエネルギーをＤＣに変換し、この電圧を保存または出力することができる。いくつかの実施形態では、この電気エネルギーは、図２に関連して上述したように、ＤＣ電源１０２に入力して戻すことができる。
【００３１】
図５は、別の磁場発生回路５００の例示的実施形態を示す。図５の実施形態では、回路５００は、ＤＣ電源１０２、パルス発生器１０４、インダクタ１０６、およびコイル３０４を含む。回路５００において、ＤＣ電源１０２は、磁場を生成するためにインダクタ１０６にＤＣ電流を供給する。パルス発生器１０４は、上述のように、コイル３０４にＫＰＴ効果により熱エネルギーを電気エネルギーに変換させる電気パルスを出力し、それにより、上述のようにコイルを冷却する。インダクタ１０６およびコイル３０４は、熱がインダクタ１０６からコイル３０４に伝達され得るように熱的に結合することができる。図示の実施形態では、インダクタ１０６およびコイル３０４は、同じコアの周りに巻き付けることによって熱的に結合することができる。他の実施形態では、インダクタ１０６およびコイル３０４は、それらの間の熱伝達を可能にする熱伝導性材料を共有することができる。または、インダクタ１０６およびコイル３０４は、それらの間で熱を放射できるように配置することができる。したがって、インダクタ１０６がジュール加熱により加熱されると、コイル３０４はＫＰＴ効果により冷却される。こうして、インダクタ１０６とコイル３０４との間に温度勾配が存在する。そして、インダクタ１０６とコイル３０４は熱的に結合されているので、インダクタ１０６からコイル３０４に熱が移動し、それによりインダクタを冷却する。このことは、過熱することなく、さらなる電流をインダクタ１０６に流すことができ、それによって、より強い磁場がインダクタによって生成される。
【００３２】
さらに、上記に説明したように、ＫＰＴ効果により、コイル３０４は、パルス発生器１０４によって出力される電力と比較して過剰な電力を生成する。いくつかの実施形態では、この過剰な電気エネルギーは、ＤＣ電源１０２に供給されて、ＤＣ電源への電力供給を助ける。
【００３３】
図６は、別の磁場発生回路６００の例示的実施形態を示す。回路６００は、回路６００がエネルギー回収素子または負荷６０２を含むことを除いて、回路５００と同じである。上記で説明したように、ＫＰＴ効果は、コイルに、パルス発生器１０４によって出力される電気エネルギーよりも大きい電気エネルギーを生成させる。図６に図示された実施形態では、この過剰なエネルギーは、エネルギー回収素子６０２により保存される。いくつかの実施形態では、この過剰なエネルギーは、保存されるのではなく、負荷に加えられる。
【００３４】
図７は、別の磁場発生回路７００の例示的実施形態を示す。回路７００は、回路７００が、パルス発生器１０４およびコイル３０４と直列に結合された発振器７０２を含むことを除いて、図６の回路６００と同じである。発振器７０２は、高調波発振器とすることができる。発振器７０２は、パルス発生器１０４によるパルス出力によってトリガーされると、周期的な発振電圧を出力することができる。発振器７０２は、パルス発生器１０４によって出力されるパルスによってトリガーされると、周期的信号をコイル３０４に出力する。発振器７０２によって出力される信号の強度は、時間とともに減少する。しかしながら、パルス発生器１０４によって出力される各後続のパルスは、新しい発振サイクルを開始する。したがって、パルス発生器１０４が、非常に短いパルス幅を有するパルスを出力するときでさえ、発振器７０２は、入力信号がコイル３０４に供給される時間を延長するのに使用することができる。
【００３５】
動作中、図７のパルス発生器１０４は、高いｄＶ／ｄｔ比を有する電気パルスを周期的に出力する。各パルスは、発振器７０２に、発振信号をコイル３０４に出力させることができる。コイル３０４は、冷却をし、熱エネルギーを電気エネルギーに変換して、それが受け取る電気信号の電力を増加させることができる。熱はインダクタ１０６からコイル１０４に伝達され、電気素子が電気エネルギーに変換するためのさらなる熱エネルギーを提供することができる。次いで、電力が増加した信号は、エネルギー回収素子６０２によって保存または消費され得る。
【００３６】
図８は、別の磁場発生回路８００の例示的実施形態を示す。回路８００は、回路８００が、単一の発振器７０２ではなく、第１の発振器８０２および第２の発振器８０４を含むことを除いて、図７の回路７００と同じである。第１の発振器８０２は、図７の発振器７０２と同様とすることができる。第２の発振器８０４は、第１の発振器８０２がパルス発生器１０４からのパルスに応答して発振信号を出力するとき、第２の発振器８０４が第１の発振器８０２によって出力される発振信号よりも高い周波数を有する共振発振信号を出力するように構成することができる。このようにして、第２の発振器８０４は、コイル３０４に印加される信号を拡大することができる。先の実施形態と同様に、エネルギー回収素子６０２へ出力された電気エネルギーは、パルス発生器１０４によって出力された電気エネルギーよりも大きい。図８の図示された実施形態では、第１の発振器８０２および第２の発振器８０４は、パルス発生器１０４とコイル３０４との間に直列に結合されるように示されている。第１の発振器８０２と第２の発振器８０４との間にコイル３０４を配置するなど、他の構成を用いることもできる。
【００３７】
図９は、磁場発生回路９００の別の例示的実施形態を示す。回路９００は、パルス発生器１０４が、マイクロプロセッサ９０２、スイッチ９０４、９０６、およびキャパシタ９１０を含む異なる回路素子に置き換えられることを除いて、図６の回路６００と同様である。回路９００は、マイクロプロセッサ９０２によって制御され得る第１のスイッチ９０４および第２のスイッチ９０６を含むことができる。マイクロプロセッサ９０２は、スイッチ９０４、９０６を独立して開閉することができる。第１のスイッチ９０４は電源９０８に接続することができる。第２のスイッチ９０６は接地することができる。スイッチ９０４、９０６は、並列に接続することができる。スイッチ９０４、９０６は、キャパシタ９１０に接続することができる。マイクロプロセッサ９０２は、方形波を出力するようにスイッチ９０４、９０６を交互に開閉することができる。第１の時間間隔中に、マイクロプロセッサ９０２は、スイッチ９０４を閉じ、スイッチ９０６を開くことができる。これにより、電源９０８からの電圧がキャパシタ９１０に印加され、それによって正の電圧がキャパシタの一方のプレート上に蓄積する。第２の時間間隔中に、マイクロプロセッサ９０２は、スイッチ９０４を開き、スイッチ９０６を閉じることができる。これにより、キャパシタ９１０が接地され、それにより、負の電圧がキャパシタプレート上に現れる。次いで、マイクロプロセッサ９０８がスイッチ９０４、９０６の一方を繰り返し開き、他方を閉じることにより、このプロセスを継続することができる。それにより、キャパシタ９１０の各プレート上に現れる交番する一連の正および負の電圧を生成する。したがって、キャパシタ９１０によって出力される電圧は、高いｄＶ／ｄｔ比を有する方形波である。いくつかの例では、スイッチ９０４、９０６は、トランジスタ（例えば、ＣＭＯＳトランジスタ）で置き換えることができる。
【００３８】
図１０は、開示される技術の特定の例において実行することができるように、熱電冷却を伴う磁場生成回路を動作させる例示的な方法を概説するフローチャートである。例えば、図示の方法は回路１００によって実行することができる。以下の説明は、他の実施形態においても用いることができるが、図１を対象とする。
【００３９】
プロセスブロック１０１０において、ＤＣ電源１０２は、ＤＣ電気信号を生成する。プロセスブロック１０２０で、パルス発生器１０４は電気パルスを生成する。プロセスブロック１０３０では、ＤＣ電源１０２によって出力されたＤＣ信号と、パルス発生器１０４によって出力された電気パルスとが結合される。信号を結合すると、ＤＣ信号成分と電気パルス成分を持つ単一の信号になる。プロセスブロック１０４０では、結合された信号がインダクタ１０６に印加されて、磁場を生成する。ＫＰＴ効果のために、インダクタ１０６は冷却され、それにより、過熱することなく、より高い電流レベルをインダクタに加えることができる。それにより、ＫＰＴ効果がない場合可能なものよりも強い磁場を生成する。
【００４０】
開示された発明の原理が適用され得る多くの可能な実施形態を考慮して、例示された実施形態は、本発明の望ましい例示にすぎず、本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。むしろ、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。したがって、我々は、これらの特許請求の範囲内に入るすべてを我々の発明として請求する。
【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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【図１０】
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【国際調査報告】
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