(57)【要約】  電気冶金炉及び類似の環境用の電子装置、磁気エネルギー回収装置、及び磁気エネルギーを回収する方法である。装置は、時変磁界に応答して電気が誘導される状態となるように構成された導体を有する。磁界は、冶金炉又は類似の環境の近傍におけるように、不規則なものであってよい。電子装置は、冶金電気炉内のトランスミッタであってよい。トランスミッタは、環境センサに接続されていてもよい。電子装置は、磁気エネルギー回収装置によって電力供給されてもよい。磁気エネルギー回収装置は、ワイヤループ又はコイルであってよい。方法は、電子装置に無線で電力供給するべく、冶金炉又は類似の環境によって生成される磁界変動からエネルギーを誘導によって回収するステップを有する。
2020520622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置であって、
読取値を受け取るインターフェイスと、
前記読取値をリモート装置に送信するように構成されたトランスミッタと、
不規則な時変磁界に応答して電力を前記電子装置に供給するように構成された磁気エネルギー回収装置と
を有する電子装置。
【請求項２】
前記磁気エネルギー回収装置は、冶金電気炉からの時変磁界に応答して電力を前記電子装置に供給するように構成されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記電子装置は、無線トランスミッタであり、前記インターフェイスは、センサから読取値を受け取るセンサインターフェイスであり、前記電子装置は、前記センサ読取値をリモート装置に無線で送信するように構成されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項４】
前記磁気エネルギー回収装置は、コイルを有し、前記回収装置は、前記コイルから、前記コイルの外径の１０倍超の距離において、配置された電極を有する冶金炉の時変磁界に応答して電力を前記電子装置に供給するように構成されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項５】
前記磁気エネルギー回収装置は、冶金炉内の複数の導体の結果として得られる時変磁界に応答して電力を前記電子装置に供給するように構成されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項６】
前記磁気エネルギー回収装置は、１５００マイクロワット未満の電力を前記電子装置に供給するように構成されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項７】
前記磁気エネルギー回収装置は、最小で３００マイクロワットの電力を前記電子装置に供給するように構成されている請求項３に記載の電子装置。
【請求項８】
エネルギーストレージ装置を更に有し、前記エネルギーストレージ装置は、前記磁気エネルギー回収装置からの余分な電力を保存し、且つ、前記磁気エネルギー回収装置が、前記電子装置によって必要とされているもの未満の電力を供給している際には、電力を出力するように、構成されている請求項１に記載の電子装置。
【請求項９】
前記磁気エネルギー回収装置は、約５０又は６０ヘルツの平均周波数において、０．２ミリテスラの最小磁束密度に応答して、最小で３００マイクロワットの電力を前記電子装置に供給するように構成されている請求項３に記載の電子装置。
【請求項１０】
前記磁気エネルギー回収装置は、コイルを有し、前記コイルは、２０〜３９ＡＷＧのゲージを有するマグネットワイヤを有する請求項１に記載の電子装置。
【請求項１１】
前記磁気エネルギー回収装置は、コイルを有し、前記コイルは、２１０〜２１０００回の巻回を有する請求項１に記載の電子装置。
【請求項１２】
前記磁気エネルギー回収装置のコイル内において配設されたコアを更に有し、前記コアは、空気よりも大きな透磁率を有する材料を有しており、前記コアは、前記コイルを通じた前記磁界の再方向付け及び濃縮の１つ又は複数を実行している請求項１に記載の電子装置。
【請求項１３】
前記コアは、前記コイル内の前記磁界強度を濃縮するべく、前記コイルの周囲を超えて延在する端部を有する請求項１２に記載の電子装置。
【請求項１４】
前記コアは、複数の方向において前記コイルの前記周囲を超えて延在する端部を有する請求項１２に記載の電子装置。
【請求項１５】
前記コアは、複数のＣ字形状のバーを有する請求項１４に記載の電子装置。
【請求項１６】
前記端部は、円板形状を有する請求項１４に記載の電子装置。
【請求項１７】
前記コアは、前記コイル用のハウジングである請求項１３に記載の電子装置。
【請求項１８】
電子装置であって、冶金炉からの時変磁界に応答して前記装置に電力供給するべく、電気が誘導されるように構成された磁気エネルギー回収装置を有する電子装置。
【請求項１９】
前記装置は、環境センサと、前記環境センサの読取値をデータ取得装置に無線で送信するように構成された無線トランシーバとを有する無線統合型産業計器である請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置は、データ取得装置である請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
前記磁気エネルギー回収装置は、ワイヤループ又はコイルである請求項１８に記載の装置。
【請求項２２】
前記回収装置は、前記冶金炉の環境内において導電性機器を有する請求項１８に記載の装置。
【請求項２３】
時変磁界を有する環境内において装置に電力供給する方法であって、
不規則な時変磁界を受け取るステップと、
前記不規則な時変磁界に応答して電流を発生させるステップと、
前記電流によって前記装置に電力供給するステップと
を有する方法。
【請求項２４】
前記不規則な時変磁界を受け取る前記ステップは、冶金炉から前記時変磁界を受け取るステップを有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記装置は、トランスミッタであり、前記磁界は、０．２ミリテスラ以上であり、前記変動の周波数は、約５０又は６０ヘルツであり、且つ、前記電流は、０．１ミリアンペア以上である請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
エネルギーストレージ装置を充電するステップと、次いで、前記装置からリモート装置にデータを無線で送信するのに十分な電力を提供するべく、前記エネルギーストレージ装置を放電させるステップとを更に有する請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
磁気エネルギー回収装置であって、コイルと、コアとを有し、前記コアは、前記コイルの周囲を超えて延在する端部を有する、磁気エネルギー回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年５月１０日付けで出願された米国特許出願第６２／５０４，４６８号に対する優先権を主張するものであり、この特許文献は、引用により、そのすべてが本明細書において包含される。
【０００２】
本開示は、電気冶金炉と、類似の時変磁界を経験するその他の工業環境とに関する。更に詳しくは、本開示は、電子装置に電力供給するべく磁気エネルギーを回収する、電気冶金炉環境及び類似の時変磁界を経験するその他の環境用の、トランスミッタを含む、装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
冶金炉は、金属を含む固形物を望ましい物質と望ましくない物質とに分離するべく、使用されている。冶金炉は、固形物をその構成部分に溶解又は溶融するべく、高熱を使用している。構成部分は、密度に基づいて炉内において階層化し、これにより、炉からのその個々の除去が許容される。
【０００４】
冶金炉は、電気冶金炉であってもよく、或いは、非電気冶金炉（しばしば、フラッシュ炉と呼称される）であってもよい。電気冶金炉（電気アーク炉又は電気溶解炉とも呼称される）は、１つ又は複数の電極を有する。電極は、溶解／溶融されている材料の１つ又は複数の電気アーク及び／又は抵抗加熱によって炉内において熱を生成するべく、電源から大電力を受け取っている。電気冶金炉は、摂氏１５００〜２０００度という高い温度において動作しうる。電極内の電流は、通常、交流であり、且つ、１５０キロアンペア（ｋＡ）という大きなものであってよい。電気炉の動作の際に使用される高電流は、炉の環境の全体を通じて、非常に強力な時変磁界を生成する。
【０００５】
電気冶金炉は、動作するべく、大きな支持インフラストラクチャを必要としている。この支持インフラストラクチャの多くは、冶金炉の環境内において存在している。また、電気冶金炉の機器及びプロセス監視の実行も必要とされている。このような機器及びプロセス監視を実行するべく、通常、工業計測が使用されている。工業計測は、通常、読取値を取得する１つ又は複数のセンサと、センサからの読取値をコンディショニングし、且つ、読取値をベースステーション／中央集中型監視及び制御システムに伝達するトランスミッタとを有する。「トランスミッタ」と呼称されているが、このような装置は、通常、トランスミッタ及びレシーバ（或いは、トランシーバ）と、センサに接続する、このようなセンサから読取値を取得する、読取値を保存する、且つ、トランスミッタ及びレシーバを利用してベースステーション／中央集中型監視及び制御システムにその読取値を伝達する、その他のサポート電子コンポーネントとを有している。トランスミッタは、通常、読取値を取得するべく、１つ又は複数のセンサに電気的に接続されている。接続は、アナログの４〜２０ｍＡの電流ループであってよい。センサは、通常、動作するべく、なんらの電力をも必要とはしていない。いくつかのセンサは、電力を必要とする場合があり、このケースにおいては、通常、トランスミッタが、このような電力を提供することになろう。
【０００６】
工業計器からの読取値は、炉の環境の安全且つ効果的な動作を保証するべく、重要でありうる。電気冶金炉は、環境の全体を通じて配設された数百〜数千個の計器を有しうる。このような炉の環境は、複数の階を有しうると共に、大きな地理的エリアをカバーしうる。そして、工業計測を収容している、多数の要員安全排除ゾーンが存在しうる。例えば、高温及び危険なガス／埃への曝露のリスクと共に、数千ボルトが存在しうることから、人間によるアクセスが危険過ぎる大きなエリアが存在しうる。
【０００７】
従来のトランスミッタは、電源ケーブルを通じて、トランスミッタからある程度の距離に位置する電源から、その電力を受け取っている。トランスミッタの電源配線は、設計され、製造され、設置され、且つ、終端されている。この電源配線を管理するべく、通常、電源ケーブルトレイ、接続箱、及び整理キャビネットなどの、補助的な機器が使用されている。トランスミッタは、ループによって電力供給されていてもよく、これは、２ワイヤトランスミッタとも呼称される。このようなトランスミッタは、トランスミッタとベースステーション／中央集中型監視及び制御システムとの間の通信を提供している同一の２つの導電ワイヤに沿って、その電力を受け取っている。この関連において、トランスミッタワイヤは、トランスミッタに電力供給することができると共に、トランスミッタとの間においてデータ通信を提供することができる。トランスミッタが外部的に電力供給されている（即ち、そのデータ通信ワイヤとは別個のワイヤによって電力供給されている）場合には、トランスミッタは、４ワイヤトランスミッタと呼称される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
但し、ハイパワー電気冶金炉の環境は、従来の電源／通信ケーブルに伴う大きな課題をもたらしうる。高電流電極からの強力な磁界が、望ましくない電流を電源／通信ケーブル内において発生させる。この望ましくない電流は、１００アンペア以上でありうると共に、トランスミッタなどの、ケーブルが終端している電子コンポーネントを破壊しうる。
【０００９】
更には、電源／通信ケーブルは、炉の天井の金属支持梁などの、循環電流を経験する、炉の環境内の物体を横切ることが必要とされる場合がある。電源／通信ケーブルは、通常、ビニル絶縁カバー及び追加的な熱保護を含んでいるが、これらの保護カバーは、ケーブルの長さに沿って劣化しうる。電源／通信ケーブルが、（金属支持梁などの）循環電流によって加熱された物体に接触した場合に、ケーブルに障害が発生し、これにより、短絡回路又は開回路或いは高電位との接触が発生しうる。この結果、少なくともデータの損失が生じ、且つ、最悪のケースにおいては、炉のシャットダウンを余儀なくされ、その結果、生産の損失が発生しうると共に、場合によっては、要員の安全性が脅かされるであろう。
【００１０】
トランスミッタの電源及び通信（データとも呼称される）ケーブル内において磁界によって誘導される電流の影響を低減するべく、これまで、努力が傾注されている。トランスミッタの電源配線は、ブレーカにより、過電流から保護されてもよい。そして、トランスミッタをその電力を提供するケーブルから電気的に絶縁するべく、時に、絶縁変圧器が使用されている。計器のデータ配線は、強力な磁界環境においては、損傷を受けやすくなる傾向を有している。データケーブル用のガルバニック絶縁を提供するべく、時に、絶縁体が使用されている。但し、絶縁変圧器及び絶縁体は、設計の複雑性を増大させ、且つ、炉の環境内において必要とされる多数の計器に起因して、工業計測を実装する全体費用を大幅に増大させる可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一実施形態による、電気アーク炉と、無線統合型工業計器とを有する工業環境の図を示す。
【図２】炉内の表面に跨る方向矢印として示された磁力線を有する電気冶金炉の図を示す。
【図３Ａ】本開示の一実施形態による無線トランスミッタ用の電源システムのブロック図表現を示す。
【図３Ｂ】熱電対センサに接続するべく適合された図３Ａの無線トランスミッタのデータコンポーネントのブロック図表現を示す。
【図４】本開示の一実施形態による無線統合型工業計器を示す。
【図５】切断線Ａ−Ａに沿って取得された、図４の統合型計器の断面斜視図を示す。
【図６】本開示の一実施形態による、ワイヤ巻線と、コアとを有する磁気エネルギー回収装置の一部分の斜視側面図を示す。
【図７】コアの表面に跨る磁束密度及び磁界方向の表現によってオーバーレイされた、図６のコアの斜視側面図を示す。
【図８】本開示の一実施形態による、コアとしても機能するコイルハウジングを有する磁気エネルギー回収装置の一部分の断面側面図を示す。
【図９】本開示の別の実施形態による、コイルと、円板形状の端部を有するコアとを有する磁気エネルギー回収装置の断面側面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の一実施形態によれば、無線トランスミッタなどの装置は、電気冶金炉の時変磁界により、完全に電力供給されている。電気冶金炉の動作に起因して、導電材料内において生成される高電流により、変動する磁界が生成される。装置は、磁気エネルギー回収装置を有する。回収装置は、装置に電力供給するべく、環境内の時変磁界の変動を電気エネルギーのローカルな供給源に変換している。実際に、回収装置は、装置の電源／通信ケーブルに対するニーズを完全に除去するべく、炉によって生成される、これまでは問題となっていた時変磁界を使用している。回収装置は、コイルを有することができる。また、回収装置は、コイルとの関係における磁界の濃縮、最適なアライメント、或いは、アライメント及び濃縮を支援するべく、コアを有することができる。
【００１３】
本開示の一実施形態においては、電子装置は、読取値を受け取るインターフェイスと、読取値をリモート装置に送信するように構成されたトランスミッタと、不規則な時変磁界に応答して電力を電子装置に供給するように構成された磁気エネルギー回収装置とを有する。磁気エネルギー回収装置は、冶金電気炉からの時変磁界に応答して、電力を電子装置に供給するように構成することができる。電子装置は、無線トランスミッタであってもよく、且つ、インターフェイスは、センサから読取値を受け取るセンサインターフェイスであってもよく、且つ、電子装置は、センサ読取値をリモート装置に無線で送信するように構成されてもよい。磁気エネルギー回収装置は、磁気エネルギー回収装置のコイルからコイルの外径の１０倍超の距離において配置された電極を有する冶金炉の時変磁界に応答して電力を供給するように構成することができる。磁気エネルギー回収装置は、冶金炉内の複数の導体から結果的に得られる時変磁界に応答して電力を供給するように構成することができる。磁気エネルギー回収装置は、１５００マイクロワット未満の電力を電子装置に供給するように構成することができる。磁気エネルギー回収装置は、最小で３００マイクロワットの電力を電子装置に供給するように構成することができる。電子装置は、エネルギーストレージ装置を更に有していてもよく、エネルギーストレージ装置は、回収装置が、電子装置によって必要とされているもの超の電力を生成している際に、回収装置からの余分な電力を保存し、且つ、回収装置が、電子装置によって必要とされているもの未満の電力を生成している際には、電力を出力するように、構成されている。磁気エネルギー回収装置は、約５０又は６０ヘルツの平均周波数において、最小で０．２ミリテスラの磁束密度に応答して、無線トランスミッタ内において最小で３００マイクロワットの電力を生成するように構成することができる。回収装置のコイルは、２０〜３９ＡＷＧのゲージを有するマグネットワイヤを有することができる。コイルは、２１０〜２１０００回の巻回を有することができる。電子装置は、コイル内において配設されたコアを有していてもよく、コアは、空気よりも大きな透磁率を有する材料から構成されており、コアは、コイルを通じた磁界の再方向付け及び濃縮の１つ又は複数を実行する。コアは、コイル内において磁界強度を濃縮するべく、コイルの周囲を超えて延在する端部を有することができる。コアは、複数の方向においてコイルの周囲を超えて延在する端部を有することができる。コアは、複数のＣ字形状のバーを有することができる。コアの端部は、円板形状であってもよい。コアは、コイル用のハウジングであってもよい。
【００１４】
別の実施形態においては、電子装置は、冶金炉からの時変磁界に応答して、電子装置に電力供給するべく、電気が誘導されるように構成された磁気エネルギー回収装置を有する。電子装置は、環境センサと、環境センサの読取値をデータ取得装置に無線で送信するように構成された無線トランシーバとを有する無線統合型工業計器であってよい。電子装置は、データ取得装置であってよい。回収装置は、ワイヤループ又はコイルを有することができる。回収装置は、環境内において、レールなどの導電性機器を有することができる。ワイヤループは、磁気エネルギーを回収するように構成されたコイルの形態において構成することができる。ワイヤループは、時変磁界から電気を誘導するように構成された１つ又は複数の導体であってよい。
【００１５】
別の実施形態においては、時変磁界を有する環境内において装置に電力供給する方法は、不規則な時変磁界を受け取るステップと、不規則な時変磁界に応答して電流を誘導するステップと、電流によって装置に電力供給するステップとを有する。不規則な時変磁界を受け取るステップは、冶金炉から時変磁界を受け取るステップを有することができる。装置は、トランスミッタであってもよく、磁界は、０．２ミリテスラ以上であってもよく、変動の周波数は、約５０〜６０ヘルツであってもよく、且つ、電流は、０．１ミリアンペア以上であってもよい。方法は、エネルギーストレージ装置を充電するステップと、次いで、装置からのデータをリモート装置に無線で送信するのに十分な電力を提供するべく、エネルギーストレージ装置を放電させるステップとを更に有することができる。
【００１６】
別の実施形態においては、磁気エネルギー回収装置は、コイルと、コアとを有しており、コアは、コイルの周囲を超えて延在する端部を有する。
【００１７】
図１は、電気アーク炉１１０と、本開示の一実施形態による無線統合型工業計器１２０（本明細書においては、統合型計器とも呼称される）と、無線ベースステーション１４０とを有する工業環境１００の図を示している。電気アーク炉１１０は、環境１００の全体を通じて時変磁界を生成している。統合型計器１２０は、統合型計器１２０の電子コンポーネント用の電気を生成するべく、その近傍における（即ち、それが受け取っている）時変磁界を使用する磁気エネルギー回収装置１２２を有する。換言すれば、磁気エネルギー回収装置１２２には、時変磁界の存在下にあることに応答して、電気が誘導されている。時変磁界は、例えば、約５０又は６０ヘルツ（Ｈｚ）のベース周波数を有することができる。時変磁界のサイクルを定義する定期的なイベントは、閾値量に到達する磁界方向の変化であってよい。
【００１８】
統合型計器１２０は、センサ１２４と、無線トランスミッタ１２６とを有する。磁気エネルギー回収装置１２２によって生成される電気は、無線トランスミッタ１２６の電子コンポーネントに電力供給するべく、且つ、センサ１２４が電力を必要としている場合には、センサ１２４にも電力供給するべく、十分なものであってよい。センサ１２４は、温度読取値などの、環境データを取得するべく、使用される。センサ１２４は、例えば、熱電対であってよい。トランスミッタ１２６は、センサ１２４からセンサ読取値を取得し、且つ、読取値をデータとして無線ベースステーション１４０に無線で伝達している。無線ベースステーション１４０は、処理、その他のセンサデータとの融合、及び報告のために、データを中央集中型監視及び制御システムに転送するべく、ゲートウェイを提供している。
【００１９】
磁気エネルギー回収装置１２２は、冶金炉又は類似の環境の時変磁界の存在下において電気が誘導されるように構成された導体を有する。導体は、ワイヤのコイル、ワイヤループ、或いは、場合によっては、意図された目的を実現しうるレールなどの、環境内において配置されたその他の機器であってよい。（コイルの直径、コイル内のワイヤの巻回の数、及びコイル内のワイヤのゲージなどの）磁気エネルギー回収装置１２２の特徴は、環境内において一般的に予測されている磁界について、或いは、統合型計器１２０の特定の場所において、最適化することができる。
【００２０】
図２は、炉２００内の表面に跨る方向矢印として示された磁力線を有する、電気冶金炉２００の一部分の図を示している。電気冶金炉（電気アーク炉又は電気溶解炉とも呼称される）は、１つ又は複数の電極を有する。図２の炉２００は、３つの電極２０２を示している。電極２０２は、所定の距離だけ、互いに離隔しており、且つ、炉内において物質２０４の近傍に配置されている。１つ又は複数の電気アーク及び／又は抵抗加熱によって炉内の物質２０４を加熱する高レベルの電流が、電極２０２を通じて伝導されている。その結果、この熱が物質２０４を溶解又は溶融させる。（電極、バスバー、曲がりやすい導体、電流クランプ、変圧器などを含む）炉の電気コンポーネントを通じて流れる高電流と、（本明細書においては、導体と集合的に呼称される電気コンポーネントと共に）溶融／溶解される、炉内の材料とは、導体を分離する相対的に大きな距離との組合せにおいて、大きな物理的エリアをカバーする強力な磁界を生成する。溶解電気アーク炉の場合には、電極内の電流は、約２０ｋＡであってよい。
【００２１】
磁界は、電流又は磁化された材料によって生成される磁気的な効果である。空間及び時間の所与のポイントにおける磁界は、方向及び大きさによって特徴付けられている。また、大きさは、磁束密度とも呼称される。多くの冶金炉内の電極は、交流によって電力供給されている。従って、炉の交流は、導体が時変磁界を生成するようにする。この交流は、通常、約５０Ｈｚ又は６０Ｈｚという低い周波数を有する。時変磁界は、磁界の方向及び磁束密度のいずれか又は両方が所定の期間にわたって変化することを意味している。時変磁界のエネルギーの形態は、電磁放射のエネルギーの形態とは明確に異なっている。（レーザービームなどの）電磁放射は、長い距離にわたってその供給源から離れるようにまっすぐなラインとして伝播する、電界及び磁界の同期化された発振である、電磁波から構成されている。対照的に、磁界は、磁石の極の間において閉じたループを形成する傾向を有しており、且つ、その効果が、相対的に短い距離内において閉じ込められている。
【００２２】
電気冶金炉の動作によって生成される磁界の向きは、通常、磁界の供給源の周りの大きな領域にわたって不規則である。また、特定の物理的場所における磁界の方向及び磁束密度のそれぞれは、電気冶金炉の環境内において、時間に伴って大幅に変化しうる。対照的に、その他の工業環境は、相対的に均一な磁束密度及び／又は磁界方向を有していてもよく、これらは、相対的に整然としている。例えば、別の工業環境は、ほぼ固定された方向を有すると共に環境内の特定の場所においてサイクルの間においてその大きさを反転させる磁界を有することができる。
【００２３】
時変磁界を通常生成する別の環境は、送電環境である。送電システムは、所定の距離だけ離隔したワイヤを有する。それぞれのワイヤは、高交流電流の異なる位相を搬送している。送電及び配電環境は、電気冶金炉の動作の結果として得られる時変磁界よりもまっすぐな磁界方向を有する格段に均一な時変磁界を有する。その理由は、部分的には、送電及び配電システム環境におけるワイヤが、間隔が狭く、且つ、エネルギーが周囲の環境に漏洩することなしに、２つの別個の地点の間において電気を搬送するように構成されているからである。また、このような環境内の磁界の供給源は、その他のコンポーネントにより、緊密に取り囲まれている場合がある。２つの導体の間隔が狭いほど、磁界のエリアは小さくなる。例えば、単一の配電変圧器に対する導体のペアは、約３０センチメートルだけ、離隔しうる。
【００２４】
誘導によれば、電池によって電力供給される電子回路を無線充電することができるが、このような用途は、電力トランスミッタコイル及び受け取りコイルという、２つの緊密に結合されたコイルを必要としている。２つのコイルの間の分離は、非常に小さくなければならず、通常は、受け取りコイルの直径の数分の一であるに過ぎない。また、コイルは、互いの関係において特定の向きにおいてアライメントされていなければならない。このような用途における時変磁界の周波数は、相対的に高く−通常は、１０００００Ｈｚ（１００ｋＨｚ）超であり、且つ、時に、６００００００Ｈｚ（６ＭＨｚ）超である。これらの高い周波数は、相対的に低い周波数において動作する緊密に結合された誘導コイルシステムに関連する誘導加熱という課題の回避を支援するが、電磁放射（高周波）を介してエネルギーの一部分を伝播させる。また、相対的に高い周波数は、受け取りコイル内において、受け取りコイルに装着された電子装置に電力供給するのにより適した電圧を生成することから、使用されてもよい。この背後の理由は、受け取りコイル内において誘導される電圧が、磁界の時間変化レートに関係付けられているからである。また、相対的に高い周波数は、一般に、電気コンポーネントが小型化しうることを意味しており、従って、これらのコンポーネントは、通常は小さく且つ携帯型となるように設計されている（携帯電話機などの）電池によって電力供給される電子装置内において、相対的に小さな空間を占有する。対照的に、電気冶金炉においては、導体のペアの間の距離は、極めて大きくなる場合があり（例えば、バスバーにおいては、５〜１０メールであり、且つ、炉の電極においては、１〜３メートルである）、磁気エネルギー回収装置は、供給源から、回収装置によって使用されているコイルの直径の何倍もの距離において、配置される場合があり、且つ、時変磁界の周波数は、５０又は６０Ｈｚなどのように、相対に低い。
【００２５】
電気冶金炉の環境における磁界方向及び磁束の変化の不規則性は、それぞれの電極がその独自の磁界を生成する状態において互いに大きな距離において離隔した電極の存在、加熱される物質内の金属含有物、金属炉の構造コンポーネント、並びに、炉を動作させるべく通常必要とされるその他の金属要素／インフラストラクチャを含む、この環境に固有のいくつかの特徴によって生成されうる。例えば、図２は、電極２０２が通過する金属梁天井支持構造２０６を示している。この構造２０６は、不規則な方向を有する磁界を示す磁力線により、カバーされている。金属は、磁界の経路を変化させ、且つ、電流がその内部において誘導された場合に、その独自の相対的に小さな磁界を生成することができる。通常、電気冶金炉の環境内には、支持梁、重いケーブル、ブラケット、及び接続箱などの、多数の金属構造及び要素が存在している。特定の場所における磁界及びその磁界内の変化（方向及び大きさ）は、予測することが困難であり、且つ、これらの金属特徴に起因して、特定の場所において、時間に伴って大幅に変化しうる。また、電極を通じて伝導される電流も、時間に伴って変化することになり、その理由は、ライン周波数が約５０又は６０Ｈｚであることのみならず、非常に不規則な伝導をもたらすことによって時変磁界を変化させることになるアークが電極の先端において存在しうるからである。
【００２６】
図３Ａは、本開示の一実施形態による、無線トランスミッタ３００の電源システム部分のブロック図表現を示している。トランスミッタ３００は、磁気エネルギー回収装置３０２と、センサインターフェイス３０４と、エネルギーストレージ装置３０６と、トランシーバ３０８と、電力コントローラ３１０とを有する。電源バス３１８が、電力コントローラ３１０をトランシーバ３０８及びセンサインターフェイス３０４に接続している。電源バス３１８は、それぞれの電源バスが電力管理モジュール３１６によって独立的に管理されている状態における、センサインターフェイス３０４、トランシーバ３０８、及びエネルギーストレージ装置３０６のそれぞれに対する別個の電源バスであってもよい。
【００２７】
センサインターフェイス３０４は、自身に接続されたセンサから環境及びプロセス状態の読取値を受け取るためのものである。センサインターフェイス３０４は、１つ又は複数のセンサに接続されていてもよい。センサは、例えば、熱電対、振動センサ、電圧メーター、電流メーター、湿度センサ、フォースセンサ、圧力センサ、磁界強度センサ、レベルセンサ、位置センサ、流量センサ、速度センサ、角度センサ、電界強度センサ、濃縮センサ、開閉インジケータ、リミットスイッチ、ハンドスイッチ、回転式エンコーダ、又は任意の上部又は下部閾値計測装置であってよい。センサは、トランスミッタ３００と統合されていてもよく、或いは、所定の距離だけ、トランスミッタ３００から物理的に分離されていてもよい。
【００２８】
トランシーバ３０８は、無線トランシーバであってもよい。無線トランシーバ３０８は、センサ読取値に対応するデータを受け取ると共にそのデータを無線ベースステーションに無線で送信するハードウェア及びソフトウェアの任意の組合せであってよい。図１に示されているように、トランスミッタ３００からの読取値は、通常、環境内のどこかに配置されている無線ベースステーション１４０によって受け取られている。
【００２９】
本開示の一実施形態による磁気エネルギー回収装置は、具体的には、低電力の電子装置に電力供給するべく、電気冶金炉の環境内において発生する磁気エネルギーを回収するように構成されている。例えば、図３Ａにおいて示されているように、磁気エネルギー回収装置は、具体的には、無線トランスミッタに電力供給するように構成することができる。環境と、このような環境内において発生する磁気エネルギーの固有の特性とは、選択された電子装置に電力供給するための十分なエネルギーを回収するように、磁気エネルギー回収装置が特定のプロパティを有することを必要としている。上述のように、電気冶金炉の環境内においては、磁界の方向及び大きさは、場所によって、且つ、同一の場所においても時間に伴って、大幅に且つ予測不能に、変化しうる。冶金炉の環境内の任意の場所における磁束密度は、０．２ミリテスラ（ｍＴ）であってもよい。
【００３０】
更には、磁気エネルギー回収装置がコイルを有する場合には、コイルは、冶金炉の環境内において電子装置と共に実際に使用可能となるべく、サイズ、形状、及び／又は重量において制限される必要がありうる。例えば、トランスミッタなどの電子装置は、（例えば、トランスミッタが狭いスポットにおいてフィットするようにするための）物理的な環境制約に起因して、且つ／又は、（例えば、環境の特定の部分の温度計測値などの）特定の計測値を取得するために、特定の場所において、特定の向きにおいて、配置する必要がありうる。例えば、コイルの重量は、人間がトランスミッタを設置のために環境内の離れた場所に搬送しうるように、制限する必要がありうる。また、例えば、コイルの重量は、装置が環境内において装着される又は取り付けられる支持部の強度を極小化するべく、制限する必要がありうる。また、例えば、コイルのサイズは、異なる場所についてのコイル及び／又は装置のカスタマイズを必要としないように、標準的な電子装置が、環境内の様々な場所において設置されうるように、制限する必要がありうる。例えば、監視を必要としている環境内の特定の場所は、物理的な空間制約を有しうる。更には、炉の動作条件の変化に応答した、設置の最中の、或いは、設置の後の、（計器技術者などの）環境内の装置の設置者による装置及び／又はコイルのチューニング又は方向付けが必要とされないことが有益である。また、相対的に小さなコイルは、相対的に少ない（銅などの）導電材料を必要とすることになり、これにより、コイル及び装置の費用が低減される。
【００３１】
一実施形態においては、磁気エネルギー回収装置のコイルの重量は、１．５キログラム未満であり、且つ、コイルの外径は、１メートル未満である。別の実施形態においては、コイルの重量は、１．５キログラム未満であり、且つ、コイルの外径は、２５センチメートル未満である。別の実施形態においては、コイルの重量は、１．５キログラム未満であり、且つ、コイルの外径は、１０センチメートル未満である。一実施形態においては、コイル３０２は、サイクルの間において１８０度を除く角度分方向が変化する磁界方向を有すると共に所定の期間にわたって変化する磁束密度を有する時変磁界から、エネルギーを回収するように構成されている。コイルによって回収されるエネルギーは、センサ及び無線トランシーバの任意の電力要件を含む、且つ、トランスミッタ上の任意のエネルギーストレージ又はエネルギーバッファ装置を考慮した、特定の環境用のトランスミッタの電力需要を充足するのに十分なものであってよい。トランスミッタ３００によって必要とされる電力の量は、１００〜１５００マイクロワット（μＷ）であってよい。
【００３２】
一実施形態においては、磁気エネルギー回収装置のコイルは、ループとして巻回されたマグネットワイヤなどの、絶縁された導電ワイヤから構成されている。マグネットワイヤは、通常、エナメル被覆によって絶縁されている。コイルワイヤは、プレーンを定義したマルチ層コイルを形成するべく、ループとして巻回されていてもよい（本明細書においては、ワイヤ巻線とも呼称される）。コイルのワイヤ巻線が、（コイルの外部エッジとの関係において計測された）１０センチメートルの外径を有し、且つ、約６０Ｈｚの交流において動作する電極を有する環境内において使用されている場合には、コイルは、２８ＡＷＧのゲージにおける３７００回の巻回〜３９ＡＷＧのゲージにおける２１０００回の巻回を有するワイヤを有することができる。コイルの同一のワイヤ巻線が２５センチメートルの外径を有する場合には、それは、２０ＡＷＧのゲージにおける２１０回の巻回〜３６ＡＷＧのゲージにおける１１０００回の巻回を有するワイヤを有することができる。
【００３３】
本開示の一実施形態による磁気エネルギー回収装置のプロパティを規定する際には、磁束感度と電力出力との間には、トレードオフが存在している。磁気エネルギー回収装置がコイルを有する場合には、コイルは、例えば、離れた磁界供給源からの相対的に弱い磁界、或いは、変化可能な磁界強度を有する磁界、を相対的に良好に回収しうるように、磁束に対して相対的に大きな感度を有するように構成することができる。例えば、相対的に高感度のコイルは、相対的に大きなゲージ（相対的に小さな直径のワイヤ）において相対的に大きな数の巻回を有するワイヤを有する。但し、このような高感度コイルは、供給源が近傍に位置する際にも、相対的に低い最大電力出力をもたらす。この相対的に低い最大電力出力は、相対的に大きな内部抵抗値を有する高感度コイルに起因している。一実施形態においては、磁界強度が、電気冶金環境内の様々な場所において計測され、且つ、コイルは、計測された磁界強度範囲に従って構成されている。一実施形態においては、特定の環境用のコイルは、その環境内において一緒に使用される装置のタイプにおいて、且つ、その環境内において検出される最低の磁界強度において、十分な電力を出力するように設計されている。
【００３４】
再度図３Ａ及び図３Ｂを参照すれば、無線トランスミッタ３００は、炉の環境内の所定の場所において設置することができる。場所は、炉の電極の２メートル〜２００メートルの半径であってよい。また、場所は、電極自体の上部であってもよい。炉の動作の際に、時変磁界は、磁気エネルギー回収装置３０２によって受け取られる。時変磁界の受け取りは、装置３０２が、磁界が存在しているエリア内に存在した結果として、単純に発生しうる。この時変磁界は、交流電流が装置３０２内において誘導されるようにする。交流（並びに、恐らくは、その大きさが様々に変化する）電流は、電力コントローラ３１０によって受け取られる。電力コントローラ３１０は、交流電流を安定した直流電流に変換し、且つ、トランスミッタ３００に電力供給するべく必要とされる電圧をスケーリングする。一実施形態においては、電力コントローラ３１０は、交流電流を受け取ると共に直流電流（ＤＣ）を出力する組合せ型の整流器及び信号コンディショナ３１２を有する。整流器及び信号コンディショナ３１２の直流（ＤＣ）出力は、整流器及び信号コンディショナ３１２の電圧出力をスケーリングするＤＣ−ＤＣコンバータ３１４によって受け取られる。次いで、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１４の出力は、電力管理モジュール３１６によって受け取られる。整流器及び信号コンディショナ３１２、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１４、電力管理モジュール３１６、及び電源バス３１８のすべて又は一部分は、印刷回路基板上において維持されていてもよい。電力管理モジュール３１６は、電源バス３１８及びエネルギーストレージ装置３０６のそれぞれに送られる電力の量を制御している。コイル３０２によって回収されたエネルギーは、無線トランスミッタ３００の電子コンポーネントによって直接的に使用されてもよく、或いは、後で使用されるべく、エネルギーストレージ装置３０６内において保存されてもよい。電源バス３１８は、全般的に、電気をセンサインターフェイス３０４、エネルギーストレージ装置３０６、トランシーバ３０８、及び電力コントローラに供給している。電力管理モジュール３１６は、電源バス３１８とは別個である、接続を介して、エネルギーストレージ装置３０６に接続することができる。ＤＣ−ＤＣコンバータは、電力管理モジュール３１６と電源バス３１８との間において提供することができる。図３Ｂにおけるロジックモジュール３５６は、受け取る又は消費する電力の量を個々に制御するべく、制御ラインを介して、上述の要素３１６のそれぞれに接続することができる。
【００３５】
図３Ａの電力管理モジュール３１６において、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１４から受け取られたＤＣ電気は、電力管理モジュール３１６によって判定された比率において、エネルギーストレージ要素３０６へ、或いは、電源バス３１８へ、或いは、これらの両方へ、導くことができる。一実施形態においては、電力管理モジュール３１６は、電池エクステンダの形態を有することができる。即ち、電力管理モジュール３１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１４から受け取ったＤＣ電気をエネルギーストレージ要素３０６に導くように構成されていなくてもよい。その代わりに、電力管理モジュール３１６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１４から受け取られたＤＣ電気を電源バス３１８に導くための、或いは、エネルギーストレージ要素３０６から受け取られたＤＣ電気を電源バス３１８に導くための、スイッチとして単純に機能してもよい。
【００３６】
エネルギーストレージ装置３０６は、電力の十分なベースライン量が、トランスミッタ３００を動作させるべく、利用可能であることを保証するべく、短期バッファとして使用することができる。これは、コイルから入手可能な電力の低下又はスパイクを結果的にもたらしうる、磁界の密度及び／又は方向の間欠的な変動が存在している場合に、有用でありうる。例えば、エネルギーストレージ装置３０６は、５〜３０秒のスタンバイ電力を提供することができる。別の実施形態においては、エネルギーストレージ装置３０６は、スタンバイモード又はアクティブモードにおいて長期間にわたって工業計器３００に電力供給するべく、大きな容量を有していてもよい。例えば、エネルギーストレージ装置３０６は、トランスミッタ３００が、磁気エネルギー回収装置からなんらの電力をも受け取ることなしに、一日又は複数日にわたって動作しうるように、十分な量の電力を保存することができる。別の実施形態においては、エネルギー装置３０６は、トランスミッタ３００が、コイルが任意の所与の時点において供給しうるものよりも大きな供給電力を必要とする動作を実行することを許容するために、閾値電圧又は電力レベルを増強するべく使用されている。動作は、選択された期間にわたってのみ、実行されてもよい。また、動作は、周期的にのみ、実行されてもよい。例えば、レーザービームの放出などの、電磁放射を放出するべく材料を励起するなどの、相対的に大電力の動作が関与しうる。例えば、無線トランスミッタ３００からベースステーション／中央集中型監視及び制御システムへのデータの送信は、トランスミッタ３００の平均電力消費よりも格段に大きな電力のバーストを必要としている。エネルギーストレージ要素１１０は、データをベースステーションに送信するべく必要とされる電力の量を所定の期間にわたって蓄積するべく使用することができる。エネルギーストレージ要素１１０は、例えば、（スムージングコンデンサ、デカップリングコンデンサ、又はスーパーコンデンサなどの）コンデンサ又は充電式電池であってよい。電力管理モジュール３１６は、上述の電力管理機能を可能にするように構成することができる。
【００３７】
センサがトランスミッタ３００によって読み取られる頻度とトランスミッタ３００が消費する電力の量との間には、相関が存在しうる。また、無線トランスミッタがそのデータをベースステーション／中央集中型監視及び制御システムに送信する頻度とトランスミッタ３００が消費する電力の量との間にも、相関が存在しうる。これらの相関は、特定のトランスミッタの場合に、ほとんど線形となりうる。換言すれば、電力は、センサが読み取られる、且つ／又は、データが無線で送信される頻度を低減することにより、節約することができる。一実施形態においては、センサが読み取られる、且つ／又は、データが無線トランスミッタ３００によって無線で送信される頻度は、電力がコイル３０２によって生成されるレートに従って選択されている。
【００３８】
また、無線トランスミッタ３００は、計測コンバータ３５４を有することもできる。計測コンバータは、熱電対接合部に接続された熱電対コンバータであってよい。また、計測コンバータも、電源バス３１８によって電力供給されてもよい。計測コンバータは、センサ３５２から計測値を表す電気信号を受け取り、且つ、データバス３６４上において、計測値を表すデータを送信している。また、トランスミッタ３００は、電源バス３１８によって電力供給された、且つ、データバス３６４からデータを受け取ると共に、ベースステーション／中央集中型監視及び制御システムへのトランシーバ３０８を介した送信のためにデータを処理するように、構成された、マイクロコントローラを有することもできる。センサ３５２及びトランシーバ３０８のコンポーネントは、同一の印刷回路基板上において存在していてもよい。
【００３９】
図３Ｂは、熱電対センサに接続するべく適合された図３Ａの無線トランスミッタ３００のデータコンポーネントのブロック図表現を示している。トランスミッタ３００は、熱電対接合部３５２に接続する熱電対入力を有する。熱電対コンバータ３５４は、熱電対入力に接続されている。熱電対コンバータ３５４は、データバス３６４を介して、ロジックモジュール３５６及びデータロギングモジュール３５８に接続されている。また、データバス３６４は、ロジックモジュール３５６を通信モジュール３６０に接続している。データロギングモジュール３５８は、熱電対接合部３５２からの読取値を保存している。データロギングモジュール３５８及びロジックモジュール３５６は、単一のマイクロコントローラ上において存在するように、統合することができる。通信モジュール３６０は、アンテナ３６２への接続を維持している。通信モジュール３６０及びアンテナ３６２は、トランシーバ３０８の一部分であってもよい。熱電対コンバータ３５４、ロジックモジュール３５６、及び通信モジュール３６０は、同一の印刷回路基板３５０上において維持されていてもよい。また、一実施形態においては、アンテナ３６２は、印刷回路基板３５０上に位置していてもよい。また、印刷回路基板３５０は、整流器及び信号コンディショナ３１２、ＤＣ−ＤＣコンバータ３１４、及び電力管理モジュール３１６を有していてもよい。熱電対コンバータ３５４、ロジックモジュール３５６、及び通信モジュール３６０のそれぞれは、電源バス３１８を介して電力を受け取ることができる。ロジックモジュール３５６は、マイクロコントローラとして、用途固有の集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｒｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）として、或いは、別個のトランジスタにより、実装することができる。
【００４０】
熱電対接合部３５２の動作は、ゼーベック効果の原理に基づいている。熱電対コンバータ３５４の（熱電対接合部における）高温側と低温側との間の温度差に基づいて、電位差（即ち、電圧）を熱電対入力において受け取ることができる。熱電対接合部３５２における電圧は、高温側と低温側との間の温度差（ΔＴ）が増大するのに伴って、増大するように観察されうる。
【００４１】
動作の際には、熱電対接合部３５２から、温度を表す電圧が熱電対コンバータ３５４において受け取られる。温度に対応する値が、データバス３６４を介して、熱電対コンバータ３５４からロジックモジュール３５６に伝達される。ロジックモジュール３５６は、ベースステーション／中央集中型監視及び制御システムへの送信のために、受け取られた値を温度報告信号としてリフォーマットすることができると共に、温度報告信号をデータバス３６４を介して通信モジュール３６０に伝達することができる。次いで、通信モジュール３６０は、アンテナ３６２を介して、温度報告信号を表す無線信号を伝達することができる。
【００４２】
通信モジュール３６０は、例えば、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ無線通信プロトコルなどのプロトコルを使用することにより、中央集中型監視及び制御システムと通信することができる。ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴプロトコルは、低電力の用途に適した工業無線計測プロトコルである。
【００４３】
図４は、本開示の一実施形態による無線統合型工業計器４００を示している。統合型計器４００は、計器に電力供給するべく、或いは、データ通信を目的として、なんらの外部ワイヤの使用をも伴うことなしに、電気冶金炉の環境内の温度を検知するためのものである。無線統合型計器４００は、磁気エネルギー回収装置４０２と、熱電対４０４と、トランスミッタ４０８とを有する。磁気エネルギー回収装置４９２は、内部にコイル状のワイヤを含むコイルハウジング４１０を有する。トランスミッタ４０８は、トランスミッタハウジング４１２内において封入されている。また、トランスミッタハウジング４１２は、電池及びアンテナ４１４などの、エネルギーストレージ装置を封入することもできる。熱電対４０４は、トランスミッタハウジング４１２から延在している。回収装置４０２及びトランスミッタ４０８は、コンジット４１６を通過するワイヤを介して、互いに接続されている。
【００４４】
回収装置４０２のコイルは、トランスミッタ４０８及び熱電対接合部４０４などの、その他の導電性又は透磁性の物質から、１０センチメートルの距離において位置決めされている。これは、別の要素がコイルの周りの磁束密度に実質的に悪影響を及ぼさないことにより、コイルによって回収される電力を不必要に減少させないようなものになっている。その他の導電性又は透磁率の物質からのアンテナ４１４の離隔は、アンテナからの良好な信号品質の保証と、干渉の制限とを支援しうる。
【００４５】
図５は、切断ラインＡ−Ａに沿って取得された、図４の統合型計器４００の断面斜視図を示している。回収装置４０２のコイルは、ループとして巻回されたワイヤ４１８を有する。また、コア４２０も提供されている。コアは、統合型計器４００又は回収装置４０２の一部分であってもよい。コア４２０は、空気よりも高い透磁率を有する。コア４２０は、鉄などの鉄材であってもよい。一実施形態においては、コア４２０は、無線統合型計器４００用の閾値電力出力を提供するべく、コイルがエネルギーを回収しうる磁界方向の範囲を増大させている。コア４２０は、エネルギーの回収のために巻回されたワイヤ４１８との関係において相対的に最適に方向付けされるように、コイル内において磁界の方向をリダイレクトすることにより、これを実現している。また、コア４２０は、その場所における磁束密度が、コアの存在を伴わない場合よりも、大きくなるように、巻回されたワイヤ４１８の中心を通じた磁界の収集及び合焦をも支援している。コイルは、コイルのプレーンが、コイルの近傍において磁界方向に対して垂直に方向付けされた際に、相対的に大きな電力出力を提供する。空気よりも高い透磁率を有する、コア４２０の材料は、コア４２０内の磁束がコア４２０を通じて軸方向において延在するように、磁束がコア４２０を通じて流れるようにしている。この結果、コア４２０は、コイルのプレーンに対して垂直方向において、巻回されたコイル４１８の軸に相対的に近接するように、磁界の方向を再方向付けしている。この効果に起因して、コアは、電気冶金炉の環境及び類似の時変磁界を有する環境内のコイルによる磁界エネルギーの回収において、特に有用である。この背後の理由は、このような環境／用途が、特定の場所において時間に伴って、且つ、環境内の場所によって、様々に変化しうる磁界方向及び強度を有する磁界を有する傾向を有しているからである。また、このような環境内のトランスミッタ及び／又はセンサは、物理的な又は環境の検知制約に起因して、特定の場所において、且つ／又は、特定の向きにおいて、配置される必要がありうる。従って、冶金炉の環境又は類似の時変磁界を有する環境においては、磁界のオリジナルの方向との関係におけるコイルの向きとは無関係に、閾値電力出力を生成するべく、磁気エネルギーを回収する能力を有するコイルを有することが有用である。
【００４６】
再度図５を参照すれば、コイルハウジング４１０は、その周りにワイヤ４１８が巻回される統合型の支持構造４２２を有する。コイルハウジング４１０は、第１ハウジング半体４１０Ａと、第２ハウジング半体４１０Ｂとを有することができる。２つの半体４１０Ｂ、４１０Ｂは、コイル４０２の中央を通過するボルト及びナット４２４により、１つに固定することができる。また、ボルト及びナット４２４が空気よりも高い透磁率を有する場合には、これらは、コイル４０２と最適にアライメントされるように、磁力線をリダイレクトすることにより、コアのように機能することができる。
【００４７】
図６は、本開示の一実施形態による、コイルを形成するワイヤ巻線６０２と、コア６０４とを有する磁気エネルギー回収装置６００の一部分を示している。コア６０４は、ワイヤ巻線６０２の長さ及び周囲の両方を超えて外向きに延在する複数の端部６０６、６０８を有する。端部６０６、６０８のそれぞれは、異なる方向において延在している。一実施形態においては、コア６０４は、複数のＣ字形状の金属バーを有しており、この場合に、それぞれのバーの２つのアームは、その他のバーのアームとは異なる方向において延在している。別の実施形態においては、コア６０４は、複数のＳ字形状の金属バーを有する。別の実施形態においては、コアは、ダンベルの形態を有する。外向きに延在する端部は、その方向がワイヤ巻線６０２の中央を通じて延在するように、その磁界を合焦及び方向付けすることにより、相対的に大きなエリアに跨る状態からの磁界のリダイレクトを支援している。コア６０４は、回収装置６００との関係における磁界方向の最適な方向付けを支援するのみならず、ワイヤ巻線６０２の中央内において磁束密度を濃縮している。ワイヤ巻線の中央を通じた磁束密度が大きいほど、コイルによって出力される電力も大きい。また、端部６０６、６０８のそれぞれが異なる方向において延在するようにすることにより、コイルとの関係におけるその磁力線のオリジナルの方向とは無関係に、ワイヤ巻線の中心を通じた磁力線のリダイレクトが支援される。この結果、その場所における磁界の支配的な方向との関係におけるコイルの向きとは無関係に、環境内の所定の場所において配置されることを支援するべく、コイルが更に適合可能となる。
【００４８】
図７は、コア６０４の表面に跨る磁束密度及び磁界方向の表現によってオーバーレイされた、図６のコア６０４を示している。図示のように、磁界は、コア６０４の第１端部６０６のエッジに進入し、コイルがその周りを取り囲むことになるコアの中心６１０を通過するように、バーのそれぞれのものの外形を辿り、且つ、コア６０４の第２端部６０８のエッジから離脱している。また、図７は、端部６０６、６０８からコアの中心６１０に増大する磁束密度を示しており、この場合に、コアの中心は、最大の磁束密度を有する。この結果、コア６０４は、コイルがその周りを取り囲むことになる中心６１０において磁束密度を濃縮している。
【００４９】
一実施形態においては、コアは、コアの中心６１０における最大磁束密度を制限するように構成されている。最大磁束の制限は、例えば、過剰な強度を有する磁界からの電力サージを回避することにより、下流の電子コンポーネントに対する損傷を防止するべく、コイルの電力出力の制限を支援している。コアの中心６１０における磁束密度の制限は、望ましい最大磁束密度において飽和状態となるように、コアの中心６１０の断面積を制限することにより、実現することができる。
【００５０】
図８は、本開示の一実施形態による、コイルハウジング８０２を有する磁気エネルギー回収装置８００を示している。また、コイルハウジング８０２は、コイルの近傍におけるその方向がワイヤ巻線８０４のプレーンに対して垂直となるように、磁界を再成形することにより、コアとしても機能している。コイルハウジング８０２は、空気よりも大きな透磁率を有する、且つ、ワイヤ巻線８０４の中央を通じて磁界方向をリダイレクトするような、且つ、その内部において磁束密度を濃縮するような、方式で成形された、物質から構成されている。
【００５１】
コイルハウジング８０２は、コイルハウジング左半体８０２Ａと、コイルハウジング右半体８０２Ｂとを有する。２つの半体８０２Ａ、８０２Ｂは、ダンベルの形状に似たものになるように、一緒に配置されている。半体８０２Ａ、８０２Ｂは、ワイヤ巻線８０４内のその中心８０８においては、接触するが、ワイヤ巻線８０４の外側においては、その間にギャップ８０６が存在するように、形成されている。ギャップ８０６は、空隙であってもよく、或いは、コイルハウジング８０２の材料よりも低い透磁率を有する材料によって充填されていてもよい。材料によるギャップ８０６の充填は、（ワイヤ巻線８０４などの）要素に対するコイルの内部の封止を支援する。この結果、コアは、ワイヤ巻線８０４の長さをも超えて延在する、且つ、ワイヤ巻線８０４の直径をも超えて延在する、コイルハウジング８０２として機能する。この結果、コイルハウジング８０２は、ワイヤ巻線８０４の中心を通じて大きなエリアに跨る状態から磁界方向をリダイレクトすることができると共に磁束を濃縮することができる。コイルハウジングの２つの半体８０２Ａ、８０２Ｂは、その中心において、ナット及びボルト８１０により、１つに固定することができる。一実施形態においては、２つの半体８０２Ａ、８０２Ｂの中央８０８は、コアの中心内において存在しうる磁束密度を閾値量に制限する、選択された直径を有する。
【００５２】
図９は、本開示の別の実施形態による、磁気エネルギー回収装置９００の一部分の断面側面図を示している。回収装置９００は、図６に示されている回収装置６００と類似しており、相違点は、回収装置９００が、円板である端部９０６、９０８を有するコア９０４を有するという点にある。円板形状の端部９０６、９０８は、巻回されたワイヤ９０２の中心を通過するバーにより、その中央において接続されている。円板９０６、９０８の外側エッジの間のギャップ９１０は、空隙であってもよく、或いは、端部９０６の材料よりも低い透磁率を有する材料によって充填されていてもよい。材料による空隙の充填は、巻回されたワイヤ９０２などの、回収装置９００の内部の完全な封止を提供することにより、要素に対する回収装置の内部の封止を支援している。
【００５３】
本開示の一実施形態においては、磁気エネルギー回収装置は、電気冶金炉の環境又は類似の時変磁界を有する環境内において使用される任意の低電力装置と組み合わせることができる。例えば、回収装置は、リモートセンサ、検知計器、ネットワークアクセスユニット、ネットワークゲートウェイ、無線ベースステーション、又はデータ取得装置に電力供給するべく、使用することができる。
【００５４】
別の実施形態においては、（無線トランスミッタなどの）電子装置は、既存の電源配線から接続切断され、且つ、磁気エネルギー回収装置３０２が組み込まれている。また、組み込まれた電子装置は、コイルからの電圧及び電流を電子装置によって必要とされているものに変換するべく、電力コントローラ３１０をも必要としうる。
【００５５】
一実施形態においては、磁気エネルギー回収装置３０２は、電気冶金炉の環境内において存在している時変磁界に類似した時変磁界を経験する別の工業環境内の電子装置に電力供給するべく、使用されている。
【図１】
2020520622.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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