JP2009540797A - エネルギー回収システム - Google Patents
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Abstract
エネルギー回収システムは、車両に設けられるようになった磁界を生成する装置と、車両の経路に又は車両の経路に隣接して配置されるようになった固定導体とを含み、車両が導体を通過するときに、導体を流れる電流が磁界により誘導される。装置は、固定導体に近接する動作位置と固定導体からさらに離れる収容位置との間で移動するようになっている。
Description
本発明は、車両等の移動体からエネルギーを回収するシステム及び装置に関する。
再生不可能な資源のエネルギー消費及びこのエネルギー消費によってもたらされる汚染は、エネルギーが生成されるときに発生される汚染とともに、長い間問題であった。例えば車両における、再生不可能なエネルギー源の消費を抑制し効率を向上させる努力により、電気自動車及び/又はハイブリッド車が開発された。電気自動車及びハイブリッド車は、幾分かの再生不可能な資源の消費を低減し、発生する汚染を減少させたが、再充電が必要な電気自動車の使用により、車両と発電所(通常、石炭火力発電所)との間で汚染の場所が単にシフト又は再配置されるだけであり、さらに、エネルギー消費の少なくとも一部が、ガソリンから石炭へ等、1つの再生不可能な資源から別の再生不可能な資源にシフトするだけである。しかしながら、両タイプの車両によって消費されるエネルギーの総量は、概して変化しないままである。
車両のエネルギー効率を向上させるために飛躍的な進歩がなされたが、依然として、エネルギー固有の非効率さによりエネルギーが無駄に消費され、また、熱力学のカルノーサイクルには限界がありそれによりエネルギーが無駄に消費される。そして、それらの無駄なエネルギー消費は現在対処されていない。例えば、車両が、ある速度から完全に停止する場合にエネルギーは無駄に消費され、丘もしくは斜面を下る場合にエネルギーは無駄に消費される。なぜなら現在のところ、そのエネルギーは回収不可能だからである。
それ故、車両等から浪費したエネルギーを回収することができ、さらに浪費したエネルギーを即時か又は後に使用するための有用なエネルギー源に変換することができるシステムが必要とされている。
したがって、本発明は、車両等の移動体からエネルギーを回収し、このエネルギーを使用することができるか、又は後に使用するために貯蔵することができるエネルギー回収システムを提供するものである。
本発明の一形態では、エネルギー回収システムは、車両に取り付けられるように適合された、磁界を生成する磁石と、車両の経路に又は経路に隣接して配置されるように適合された固定導体とを有し、それにより、車両が導体を通過するとき、導体を流れる電流が磁界により誘導され、電流は即時の使用又は後での使用のために利用及び貯蔵される。磁石はハウジングに取り付けられ、ハウジングは、車両に取り付けられるように適合され、さらに固定導体に相対的に近接した動作位置と車両により近くなる待避位置との間を移動するように適合され、それにより、ハウジングと車両が走行している路面との間での衝突の可能性が低減される。
一態様では、システムは、センサと、ハウジングを動作位置と収容位置との間で選択的に移動させるための駆動機構とを含む。センサは、車両が導体に接近しているときを検知し、さらに、車両が導体に接近していることをセンサが検知したときに、駆動機構に対し信号を生成しハウジングを動作位置に移動させる。
ハウジングは、磁石をハウジング内に選択的に待避させるための第2の駆動機構を任意に含む。
別の態様では、磁石は電磁石を含んでなり、車両は、電磁石を作動させるための制御部を任意に含む。さらに、車両はセンサを有してもよく、センサは、車両が固定導体に接近しているときを検知し、さらに、制御部に対し電磁石を作動させるための作動信号を生成する。
さらに別の態様では、固定導体は、導電性ワイヤの複数のループを含んでなる。例えば、導電性ワイヤのループをフレームの周囲に取り付けてもよく、フレームは、金属シールド等の磁気シールドによって分離される、上部レースウェイ及び下部レースウェイを備える。例えば、フレームは、上部レースウェイ及び下部レースウェイを画定する略H型フレームを含んでなっていてもよい。
本発明の別の形態では、エネルギー回収システムは、車両と、車両に取り付けられる、磁界を生成する装置と、回路とを含む。回路は、車両が移動しているときに車両の経路に配置されるように適合された固定導体を含み、車両が導体を通過するとき、磁界により、回路を流れる電流が誘導される。装置は、磁界が回路に近接している状態にある動作位置と装置が車両により近く移動した収容位置との間で移動するように構成される。
一態様では、導体は導電性ワイヤの複数のループを含んでなる。例えば、導電性ワイヤを、DC回路又はAC回路を形成するように配置してもよい。さらなる態様では、ワイヤはフレームに取り付けられる。さらに、フレームは、路面に設けられるように構成される。別法として、ワイヤを、路面に設けられるように構成される、コンクリート又は他の耐久性のある材料等の材料からなるスラブに取り付けてもよい。
他の態様では、複数のループのうちの1つのグループを、通路を画定するように配置してもよく、それにより、車両が通路を通過するとき、磁界により導電性ワイヤの1つのグループを通る電流が誘導される。
さらに別の態様では、導体を負荷コントローラ及び/又はエネルギー貯蔵装置に連結してもよい。
本発明の別の形態では、エネルギーを回収する方法は、磁界発生装置を車両に移動可能に取り付けることと、車両の経路に又は車両の経路に隣接して固定導体を設けることと、磁界発生装置を、車両が導体に近接しているときの動作位置と収容位置との間で移動させることとを含み、車両が導体を通過するか又は導体の上を走行するときに磁界により導体に電流が生成される。
一態様では、導体は、エネルギー貯蔵装置、伝送システム、又はエネルギー変換システムに連結され、それにより、車両から回収されたエネルギーを車両とは別個に使用することができるようになる。
別の態様では、固定導体は路面に配置される。
さらなる別の態様によれば、センサと駆動機構とが設けられ、駆動機構は、磁界発生装置を、磁界発生装置が固定導体に接近している動作位置と固定導体からさらに離れる収容位置との間で移動させるものである。センサは、車両が導体に接近しているときを検知し、且つ、車両が導体に接近していることをセンサが検知したとき、駆動機構を作動させて磁界発生装置を動作位置まで移動させる。
さらなる態様では、磁界発生装置はハウジングに収容されており、ハウジングは車両に取り付けられている。
したがって、本発明のエネルギー回収システムは、車両等の移動体からエネルギーを回収して、本来浪費されるエネルギーであるエネルギーを、即時か又は後に使用するためのエネルギー供給源に変換することができる、ということを理解することができる。
本発明におけるこれらの及び他の、目的、利点、意図及び特徴は、図面とともに以下の説明を検討することからより明らかとなろう。
図1を参照すると、符号10は、本発明のエネルギー回収システムを概略的に示す。後により詳細に説明するように、本発明のエネルギー回収システムは、移動体の動きを使用してエネルギー及び/又は資源を生成し、このエネルギー及び/又は資源は、即時使用するか又は後に使用するために貯蔵することができ、さらに、移動体から離れた位置に任意に送達することができる。説明を容易にするために、以下、移動体として車両について言及する。しかしながら、本発明はそのように限定されないことが理解されるべきである。
エネルギー回収システム10は、磁界発生器12と、閉ループ回路を形成する、導電性を有するワイヤの束等の導体14と、エネルギー供給部16とを含み、エネルギー供給部16は、回路内を流れる電流によって生成されるエネルギーを貯蔵するバッテリもしくはキャパシタ(capacitor)、又はDC電圧を逆変換してグリッドに直接供給する変圧器もしくはインバータ等、エネルギー貯蔵装置を含む。磁界発生器12は、永久磁石又は電磁石を含んでなっていてもよく、乗用車、SUV、トラック、バス、列車等の車両Vに取り付けられる。例えば、磁界発生器12は、焼結磁石用及びボンド磁石用ネオジム鉄ボロン(sintered and bonded Neodymium iron boron)、サマリウムコバルト、アルニコ又はセラミックのような材料から市販用に製造された永久磁石を含んでもよい。磁石の寸法は、車両のサイズ及び導体表面に必要な極限磁界強度によって決まる。一例は、幅が5.75インチであり正方形断面寸法が1.93インチ×1.93インチである、焼結ネオジム合金及びボンドネオジム合金(sintered and bonded Neodymium alloy)の永久磁石である。この永久磁石の例は、導体に面する5.75インチの面から1インチの距離においておよそ2300ガウスの磁界強度を供給することができる。より磁気強度の高い永久磁石を設計することができるが、この磁界強度により、約時速25マイルの車両速度では、交流の導体回路構造においてAC120ボルトでおよそ10アンペアの電流が生成され得る。
導体14は、車両の経路に配置され、それにより、磁界発生器12が導体14を通過するとき、導体に電流が誘導され、電流は、後により詳細に説明するように、貯蔵され且つ後に使用されるためにエネルギー供給部16に伝送される。上述したように、導体回路を、電流生成及び電圧生成に関する種々の目的で構成することができる。しかしながら、基本的に、導体回路は、交流回路か又は直流回路のいずれかである。最終的な導体構造は、所望の特定の電圧及び電流と、発生した電気の貯蔵及び/又は使用の方法とによって決まる。例えば、水素生成が望まれる場合、所望の導体構造は直流であるべきであるのに対して、直接照明する場合には、交流導体回路が考慮され得る。
上述で概略的に記したように、磁界発生器12は車両に取り付けられ、それにより、車両が走行しており、且つ導体14を横切って又はその傍を走行するとき、磁界発生器12は導体14に電流を誘導する。後述するように、磁界発生器12は、非回転磁界発生器12aを含んでもよく、あるいは回転磁界発生器12bを含んでもよい。ファラデーの誘導法則によれば、磁石又は導体がその他方に対して移動するとき、例えば、導体が磁界を横切って移動させられるとき、電流が導体内を循環するようになる。さらに、磁力は、増大又は低減するとき、電気を生成し、増減が速いほど、多くの電気が生成される。言い換えれば、導体に誘導される電圧は、磁束の変化の速度に比例する。さらに、ファラデーの法則及びマックスウェルの方程式に基づき、磁界の変化が速いほど、誘導される電圧が大きくなる。したがって、車両が導体14を通過する速度が速いほど、多くの電流が流れ、そのため、貯蔵装置に貯蔵されるか又はエネルギー供給部16によって伝送されるエネルギーの量が大きくなる。
レンツの法則から既知であるように、電流は、導体14で誘導されると、導体14に磁界を形成し、この磁界は、磁界発生器12によって生成される外部磁界の変化と逆の変化をする。その結果、車両の前方移動は減速されるが、この前方移動が減速される程度は、夫々の磁界の大きさによって変化する。したがって、エネルギーを回収する目的を達成し続けるためには、導体14は、車両がもっとも非効率的であり(すなわち、車両がエネルギーを浪費する)、また車両の速度が最も大きくなる車両の経路に沿って配置されることが望ましい。例えば、導体14を、重力の下で車両の速度がエンジンにより発生する速度を超えて増大する、丘又は山の下り坂側等の下り勾配に配置してもよい。車両の速度が重力によって増大する下り勾配では、運転者は、車両を減速させて速度を制限速度内で維持するためにブレーキをかけることが多い。通常、車両のエンジンは連続して回転するため、エネルギーを浪費し、このエネルギーは本システムにおいて回収される。2つの磁界の間の相互作用による車両の速度の低減が、対応する重力による速度の増大を超えない場合、車両からのエネルギーの回収により、車両によって消費されるエネルギーは増大しない。このため、本来浪費されるエネルギーが車両から回収される。しかしながら、導体を、車両がブレーキをかけ始めるか又は減速し始めなければならない場所を含む、車両の経路に沿った他の場所に配置してもよい、ということは理解されるべきである。
上述したように、導体14は、車両の経路に(又は経路に隣接して)配置される、導電性を有するワイヤの束を含むことが好ましい。ワイヤは、車両がワイヤの束を通過するように、経路を横切って、例えば車両の走行の方向に対して略直角に道路を横切って延在することが好ましい。より好ましくは、ワイヤを道路の路面の下方に組み込んでもよい。例えば、ワイヤを、道路表面の凹所に設けるか又は表面に埋め込んでもよく、さらに、任意には、道路の凹所に設けられるか又は道路に埋め込まれる筐体に封入してもよい。例えば、ワイヤを封入するための筐体を形成する材料は、ワイヤを絶縁し且つ自然環境及び道路の破片から保護するために、プラスチック又はゴム等の非導電性及び/又は非磁性を有する材料であることが好ましい。
再び図1を参照すると、エネルギー貯蔵装置16は、制御システム18に連結されており、制御システム18は、エネルギー貯蔵装置16が貯蔵エネルギーの閾値レベルに達するか又はそれを超えたときを監視及び/又は検出する。制御システム18は、貯蔵装置16のエネルギーレベルが閾値レベルに達したときに、貯蔵エネルギー装置16からエネルギーを移送するように構成され、さらに、エネルギーを伝送システム又はエネルギー変換システム等に移送するように構成され、そこで移送されたエネルギーをエネルギー供給物として使用するか又は車両を運転する以外の目的で資源を生成するために使用することができる。
例えば、制御システム18は、エネルギーをエネルギー変換システム20に移送して、別の資源に変換してもよい。この変換される別の資源としては、酸素を供給する物、水素を供給する物又は他の消費され得る製造物を供給する物などであってよい。さらに、これら製造物の1つ又は複数は、その後、後述するようにより多くのエネルギーを生成するために使用されてもよい。図示する実施形態では、エネルギー変換システム20は電解システム22を含む。電解システム22は、移送されたエネルギーを使用して、例えば水を酸素及び水素に変換する。その酸素を、研究所又は病院等に送ってもよい。上述したように、水素を、エネルギー移行燃料(energy transfer fuel)として使用してもよい。水素を、車両に動力を供給する、又は電気を生成するタービンもしくは燃料電池を運転すること、及び、建物用の熱及び電気を生成することを含む、燃料及びエネルギー供給源として使用してもよい。図示する実施形態では、水素は水素燃料電池23を運転するために使用され、水素燃料電池23は、水素及び酸素を電気に変換し、他の車両に動力を供給するか又は建物に電気及び熱を提供するために使用することができる。このため、導体12の電流を使用して、エネルギーを生成することができ、且つ/又は、製造物をつくることができる。
上述したように、磁界発生器12は、永久磁石又は電磁石を含んでなっていてもよい。電磁石を採用する場合、磁界を選択的に作動させてもよい。例えば、車両は、電磁石を作動させるための制御部を含んでもよい。さらに、エネルギー回収システム10はセンサ24を含んでもよく、センサ24は、車両が導体14に接近していることを検出すると車両の制御部に対し信号を生成し、それによりエネルギー回収システム10は制御部を起動して電磁石を作動させてもよい。センサ24を、車両に取り付けてもよく、又は導体もしくは導体の近くに取り付けてもよい。
図2を参照すると、符号30は車両を概略的に示す。車両30を乗用車として示すが、本明細書で使用する車両という用語は、物体を運搬又は搬送するいかなる手段をも包含するようもっとも広い意味で使用されており、列車、バス、トラック、バイク又はさらには飛行機等を含むことが理解されるべきである。上述したように、磁界発生器12の速度が速いほど、エネルギー発生率が大きくなる。図2は、2つの代替的な磁界発生器を示し、1つ(12a)は、乗用車の下側、例えばリアバンパの近く又は下に取り付けられており、もう1つ(12b)は、ホイール、例えばホイール32のハブに取り付けられており、ホイールとともに回転する。別法として、磁界発生器を、例えば車両エンジンによって駆動されるフライホイール等に取り付けてもよい。
好ましい形態では、回転磁界発生器12bの負(N)極は、ホイール装置の中心から外側に面しており、それにより、負極は、車両の固定位置に取り付けられている場合より高速で移動する。このため、車両が導体14の上又は導体14に隣接して走行するとき、磁界発生器12bの回転速度により、磁界発生器12bが導体の上を通過する分又は導体に隣接して通過する分、電気発生率が大幅に増大する。磁界発生器を列車のホイール装置に取り付けても、これと同様の増大させたエネルギーの生成を行うことができる。
さらに、回転磁界発生器12bは、複数の永久磁石から形成された円筒構造を含んでなっていてもよく、一方の極は円筒形状部材の外周に向かうように方向付けられており、他方の極は円筒形状部材の中心に向かうように方向付けられている。これにより、導体内での誘導電流の指向性に対するレンツの法則の保持が保証される。
同様に、磁界発生器12aを単一の磁石から形成してもよく、又は複数の磁石から形成してもよい。例えば、単一の大型磁石を車両に取り付けてもよい。例示的な寸法では、2インチ×8インチ×2インチの1つの磁石を含むことができる。別法として、上述したように、複数のより小さい磁石を取り付けることができる。例えば、2インチ×8インチ×2インチの1つの磁石の代りに、4つの2インチ×2インチ×2インチの磁石を使用してもよい。しかしながら、磁石のサイズ及び数を、特定の用途に応じて変更してもよい、ということが理解されるべきである。
複数の磁石が設けられる場合、それらは同じ平面に配置されることが好ましく、任意に互いに近接して配置される。複数の磁石を、横に並べた構成で配置してもよく、その場合、各磁石によって誘導される電気波形の振幅は重畳される。別法として、磁石を、走行の方向に且つそれらのN極に位置が合う共通の軸に沿って位置合せしてもよく、例えば、すべて同じ方向に向いており、すべてが車両の走行の方向に向いているか、又はすべてが走行の方向とは反対方向に向いていてよい。磁石を、互いに当接するように配置してもよく、例えば、各々、N極が同じ方向であり、例としてその同じ方向が走行の方向に向いていてもよい。このように、第1の磁石は、導体を通過するとき、導体に電気波形を有する電気を発生させる。その次の磁石は同様に導体に電気波形を有する電気を発生させるが、それらの磁石によって発生する電気波形にはわずかな遅延がある。
別の配置では、磁石を、互い違いに配置し、且つ走行の方向に沿って位置合せされる平行な軸に沿って位置合せしてもよい。この配置により、複数の磁石を、それら磁石によって発生する電気波形がオーバラップするように配置してもよく、それにより、電気波形が重畳され、増大した状態となった電気波形が形成される。したがって、この互い違いの配置により、生成される電気波形はゼロまで減衰せず、その結果、生成される出力が増大する。
図3を参照すると、符号114は、本発明の導体を概略的に示す。図示する実施形態では、導体114は複数の導体モジュール140を含み、それらはDC回路142を形成するように配置されている。車両に取り付けられた場合に磁界発生器12が回路142を横切って通過することにより、回路142に電流が誘導される。回路142を、上述したように、エネルギー貯蔵装置、又は電圧を例えばグリッドに直接伝送するための変圧器もしくはインバータ等の、エネルギー供給部16に連結してもよい。例えば、エネルギー貯蔵装置は、キャパシタのバンク(a bank of capacitors)を含んでもよく、キャパシタのバンクは、上述したように、グリッドに接続するために使用することができ、且つ水素を生成するために使用することができる。また、キャパシタのバンクを、スイッチキャパシタ回路(switch capacitor circuit)に接続することも可能であり、スイッチキャパシタ回路は、エネルギー回収システムを連結してもよい発電機における、端部負荷(end load)での電力使用量の変動による負荷変動を、除去しないまでも低減する。スイッチングキャパシタ回路は周知であり、通常、少なくとも2つのキャパシタと、ロジックコントローラとを含み、ロジックコントローラは、発電機とキャパシタとに連結され、2つのキャパシタを選択的に切り換える。第1のコントローラに、キャパシタを通して第2のコントローラが連結されている。インバータが第2のコントローラを端部負荷に連結する。第1のコントローラは、キャパシタのうちの1つが飽和に達すると2つのキャパシタを切り換える。このように、発電機は、端部負荷における負荷の変動から隔離される。
各モジュール140は、各モジュールを直列に接続してDC回路を形成しループ状で配置された複数の導電性を有するワイヤを含む。図示する実施形態では、導体モジュール140は、プレハブスラブ等のスラブ144に配置され好ましくは封入されている。例えば、スラブ144を、コンクリートもしくはポリマー材料、又は複合材料から作製してもよく、さらに、路面に埋め込まれるように適合されることにより、スラブの上面144aは実質的に路面Sの上面と連続して平面をなす。
図4を参照すると、各導体モジュール140は銅線等の複数の導電性を有するワイヤ146を含み、ワイヤ146はフレーム148の周囲に隣接するループ状に配置されている。例えば、好適な導電性を有するワイヤには、銅線、例えば10番銅線がある。フレーム148は、上部レースウェイ150及び下部レースウェイ152を形成し、それらのレースウェイを通ってワイヤがループを形成している。さらに、フレーム148は、一対の側壁154及び156と中心又はコア部材158とを含むことが好ましく、それらは合わせて上部レースウェイ及び下部レースウェイを形成し、ワイヤをフレームに保持する。側壁154、156及び部材158は、各々、強化ポリマーを含むポリマー、木材又は複合材料等の非導電性を有する材料から形成されている。
図4、図5及びFIG.5Aにもっともよく示すように、フレーム148は磁気シールド160を含んでもよく、磁気シールド160は、上部レースウェイと下部レースウェイとの間に位置している。それにより、磁界発生器12により発生する磁界162によって、下部レースウェイを通過する際にワイヤの下側部分を流れる電流が干渉を受けるのを阻止する。図示する実施形態では、磁気シールド160は金属プレートを含み、それは部材158の下方であるがワイヤ146の下側部分の上方に配置されている。例えば、好適な金属プレートには、厚さが例えばおよそ0.03インチのスチール又はニッケルの薄板がある。当業者には理解されるように、貯蔵装置等のエネルギー供給部16で発生する電圧は、車両の速度と各ループの数及び長さとの関数である。
図5及びFIG.5Aを参照すると、上述したように、フレーム148は、一対の側壁154及び156、並びに部材158から形成されており、部材158は壁154及び156を相互接続し、ワイヤが巻回されるフレーム148のコアを形成している。部材158は、側壁154及び156の外端154a、154b及び156a、156bの内方で終端することにより、上部レースウェイ150と下部レースウェイ152との間の通路を提供し、それによって、ワイヤ146は、コア158の周囲に巻き付けられると、実質的にフレーム148に保持されることになる。さらに、図5にもっともよく示すように、磁気シールド160は、実質的にコア部材158の全長に延在することが好ましく、それにより、実質的に上部レースウェイ及び下部レースウェイの全長に亙って磁気シールドが提供される。
図6及びFIG.6Aを参照すると、ワイヤ146はフレーム148に複数の層146a及び複数の列146bで配置されていることが好ましい。例えば、好適なワイヤ束は、幅が3インチであり、長さが24インチであり、深さが1.5インチであってもよい。これら寸法は単に例示的なものであり、本発明の範囲を限定するように意図されるものではなく、本発明の特定の用途に基づいて大幅に変化する、ということが理解されるべきである。
図7及び図8を参照すると、符号214は、本発明の導体の別の実施形態を示す。導体214は、銅線等の導電性を有するワイヤ246の複数の入れ子状のループを含んでなり、それらループは、DC回路を形成するように配置されている。図示する実施形態では、ループは、電気コネクタ247によって相互接続されるワイヤ片から形成されている。さらに、ループを、コネクタ248によって一緒に束にしてもよい。理解されるように、ループの数及び長さは、用途に応じて変化してもよい。上述したように、ワイヤ246は、貯蔵装置等のエネルギー供給部16に連結するためにDC回路242を形成するように配置されている。図8を参照すると、ワイヤは必ずしも束にされていなくてもよく、それによりコネクタ248が不要になる、ということが理解され得る。
図9を参照すると、符号314は、本発明の導体のDCバージョンのさらに別の実施形態を示す。導体114と同様に、導体314は、スラブ344に埋め込まれる複数の導体モジュール340を組み込んでいる。しかしながら、導体を、スラブ344に埋め込まれる個々のワイヤループから形成してもよい、ということが理解されるべきである。
図示する実施形態では、導体314は、導体モジュール又はループの2つのグループを含み、導体モジュールの1つのグループ340aはスラブ344に埋め込まれており、導体モジュール又はループの第2のグループ340bはスラブ344の外に、例えば導体モジュール又はループの第1のセットに対して略垂直に配置されている。さらに、コネクタモジュール又はループ340bを、通路350を形成するように配置してもよく、それにより、例えば移動体が通路を通過することができ、それによって導体モジュール又はループの両方のグループ340a及び340bに電流が誘導される。例えば、ループ又はモジュール340bを料金所、信号の停止枠又は橋に取り付け、そこでワイヤが車の上に延在してもよい。
図10を参照すると、DC導体414の別の実施形態が示されており、そこでは、ワイヤループ416は水平に互い違いになっており、さらにコネクタ448によって共に束にされている。同様に、各ループを、電気コネクタ447によって電気的に相互接続されるワイヤ片から形成してもよい。
図11を参照すると、符号515は、本発明の導体の別の実施形態を指す。導体515は、図4、図5、図6及びFIG.6Aを参照して説明したもののような複数の導体モジュール540を含み、導体モジュール540は、回路542によって電気的に相互接続されている。各モジュール540はダイオード544を介して回路に連結されており、それにより各導体モジュール540は個々に作用し、独立して電流を回路542に送達する。そして、回路542は、負荷コントローラエネルギー貯蔵装置(load controller energy storage device)546に連結されていることが好ましい。
図12を参照すると、符号640は複数の導体サブモジュール642から形成される導体モジュールの別の実施形態を示す。サブモジュール642は共通面に配置され、各サブモジュール642は、銅線等の複数のループ状をした導電性を有するワイヤから形成されており、DC回路を形成するように、それらループ状をした導電性を有するワイヤをリード線642aにより相互接続してもよい。サブモジュールを提供することにより、各モジュール640のサイズを、単に追加のサブモジュールを付加するか又はサブモジュールを取り除くことによって、増大又は低減することができる。
図13を参照すると、導体714はAC導体を含んでなり、AC導体は、AC回路を形成するように配置されている複数のループ状をした導電性を有するワイヤ746から形成されている。図14を参照すると、ワイヤループ746をスラブ744に配列し配置してもよく、さらに、共通面に配置してもよい。さらに、スラブ744は、スラブ744に配置されている複数の導体714を含み、各導体714はエネルギー供給部16に連結されていてもよい。
図15乃至図17を参照すると、符号812は磁界発生器アセンブリを示す。磁界発生器アセンブリ812は、車両、詳細には車両のボディ、さらに詳細には乗用車のボディに取り付けるために特に適している。図2に関連して記したように、1つの好適な位置は乗用車のリア、例えばリアバンパの近く又はリアバンパ自体である。
図15及び図17においてもっともよく理解されるように、磁界発生装置アセンブリ812は、ハウジング814と、磁石(永久磁石又は電磁石のいずれか)等の磁界発生器816とを含む。さらに、本明細書で説明した実施形態のいずれの場合のように、磁界発生装置アセンブリ816は、上述したように単一の磁石又は複数の磁石を組み込んでもよい。
ハウジング814は、従来の手段により、例えば、ねじ締結具、ボルトもしくはリベット等の締結具により、又は溶接により、本体Bに取り付けられている取付部818と、可動部820とを含む。可動部820は、水平軸822aを中心とする回転を提供するヒンジ822によって、取付部818に回転可能に取付されている。以下、磁石816について言及するが、他の磁界発生装置を使用してもよい、ということは理解されるべきである。磁石816は、可動部820に位置しており、可動部820は、図15に示すような収容位置と図17に示すような動作、伸長位置との間で移動し、それにより、磁石816を、例えば図4に示すように、導体に近接する位置まで移動させることができる。
ハウジング814を、プラスチック、又はアルミニウム、スチールもしくはニッケル等の他の非磁性を有する材料を含む種々の異なる材料から形成してもよく、ハウジング814が、磁石816の周囲に覆いを形成することが好ましい。さらに、ハウジング814の端部814aは開放していても、カバーによって閉鎖されていてもよく、カバーは、磁石816の磁界に干渉しないように非導電性を有する材料から形成される。
ヒンジ822を、回転モータ824(図16)等の駆動機構によって軸822aを中心に駆動してもよく、駆動機構を、車両の運転者によって制御してもよく、又は後に詳細に説明する制御システムによって制御してもよい。ハウジング814に対して少なくとも部分的に外部にあるように示しているが、モータ824をハウジング814内に取り付けてもよい。後の実施形態に関連して説明するように、アセンブリ812は、車両又は磁界発生器アセンブリに設けられる制御システムと通信する近接センサを組み込んでもよい。それにより、近接センサは、車両が導体に近づくときを検出し、さらに、車両が導体に近づくか又は近接しているときに、制御システムによって検出されるか又は制御システムに送出される信号を生成し、モータ824を作動させる。
再び図15及び図17を参照すると、磁石816をハウジング814内に移動可能に取り付けてもよい。例えば、磁石816を、同様にハウジング814に収容されている駆動モータ826等の第2の駆動機構によって移動させてもよい。モータ826は駆動ロッド828を含み、駆動ロッド828には磁石816が任意に取り付けられており、駆動ロッド828は、伸縮することにより、磁石816を、ハウジング内の待避位置から、依然として好ましくはハウジング内であるがハウジングの下端814aに隣接するか又は下端814aにある伸長位置までの間を移動させる。図示しないが、任意に、磁石816を、ハウジング814から少なくとも部分的に突出するように延在させてもよい。これは、ハウジングの端部が開放している場合に適している可能性があり、磁石の移動により、ハウジング814に蓄積する可能性のあるアセンブリ812の破片を、開放端814aを通して排出する(shed)ための自己排出機能が提供される。
図18乃至図20Aを参照すると、符号912は、本発明の磁界発生装置アセンブリの別の実施形態を示す。アセンブリ912はアセンブリ812と同様の構成であり、ハウジング914と磁石916等の磁界発生器とを含む。ハウジング914は、同様に取付部918及び可動部920を含み、可動部920は、ヒンジ922によって取付部918に移動可能に取り付けられている。ヒンジ922は同様に、回転モータ924等の駆動機構によって駆動される。アセンブリ912のさらなる説明については、先の実施形態を参照されたい。
図示する実施形態では、アセンブリ912は、一対の地面係合要素すなわちホイール930をさらに含み、ホイール930は、可動部920(図20A参照)の両側に取り付けられており、ハウジング914の可動部920がその動作位置すなわち伸長位置まで移動すると、地面Gと任意に係合するようになっている。ホイール930は、ばねによってハウジングに取り付けられることが好ましく、それにより、ホイールは、ホイールが駆動される面の表面トポロジにおける変動を吸収することができる。
図21を参照すると、符号1012は、本発明の磁界発生装置アセンブリのさらに別の実施形態を概略的に示す。アセンブリ1012は先の実施形態に類似している(したがって、それらを参照されたい)が、可動部1020は、シリンダ1024等の伸張可能な駆動機構によってヒンジ1022及び軸1022aを中心に移動する。伸張可能な駆動機構は、伸張する(又は収縮する)ことにより、可動部1020を伸張位置と待避位置との間で移動させる。アセンブリ912と同様に、アセンブリ1012は、ホイール等の地面係合要素1030を含み、地面係合要素1030は、ハウジング1014の可動部1020の下端に取り付けられている。
シリンダ1024は、液圧シリンダ又はガスシリンダを含む気圧シリンダを有していてもよく、それらシリンダを、後により詳細に説明する制御システムによって同様に収縮又は伸張するように作動させてもよい。シリンダ1024は、ホイール1030をハウジング1014に取り付けるばねを不要にするか又はそれを補足する衝撃吸収機能を提供することができる。
図22を参照すると、符号1112は、磁界発生装置アセンブリの別の実施形態を概略的に示す。アセンブリ1112は、破線で示される磁石(図23参照)等の磁界発生器を収容するハウジング1114を含む。ハウジング1114は、磁石を収容する可動部1120と、可動部を例えば車両の下側に取り付ける取付部(図示せず)とを含む。図示する実施形態では、ハウジング1114は、台形形状のハウジングを含み、台形形状のハウジングは、磁石がその伸張位置にあるときに磁石1116の周囲に覆いを提供する、三角形形状の下端部1122を含む。磁石1116はハウジング114内のブラケット1116aに取り付けられており、ブラケット1116aは、磁石1116をモータ1126の伸張可能なシャフト1128に取り付けることにより、磁石を先の実施形態と同様にハウジング114内で待避させることができるようにする。
図24を参照すると、アセンブリ1112には、ホイール等の一対の地面係合部材1130が備えられている。先の実施形態に関連して説明したように、地面係合部材1130は、衝撃吸収機能を備えるように、ハウジング1114にばねによって取り付けられることが好ましい。
図25を参照すると、符号1212は、本発明の磁界発生装置アセンブリのさらに別の実施形態を示す。先の実施形態と同様に、磁界発生装置1212は、ハウジング1214と磁石1216等の磁界発生器とを含み、磁界発生器は、モータ1226によってハウジング1214内に移動可能に取り付けられている。ハウジング1214は、車両の下側に同様に取り付けられており、図25に示すような動作位置とハウジング1214が車両により近づく収容位置との間で移動することができるように取り付けられることが好ましい。先の実施形態と同様に、アセンブリ1212はモータ1224を含み、モータ1224は、ハウジング1214を、先の実施形態に関連して説明したものと同様の水平な回転軸等の回転軸を中心に、その待避位置まで移動させるものである。好適な取付構成のさらなる詳細については、先の実施形態を参照されたい。
図示する実施形態では、モータ1226は、磁石1216がねじ駆動シャフト1228の端部に取り付けられた、ねじ駆動モータを含む。このように、シャフト1228がモータ1226によって回転すると、磁石1216はハウジング1214内に待避する。
上述したように、アセンブリ1212は、近接センサ等、一対のセンサ1232を組み込んでもよく、センサ1232は、車両が導体に接近しているときを検出する。さらに、図示する実施形態では、アセンブリ1212は回路基板1234を組み込んでおり、回路基板1234は、センサ1232と、モータ1226と、そして任意にモータ1224とも通信し、それにより、磁石の位置、さらにハウジングの位置を制御する。回路基板1234は、任意にマイクロプロセッサを組み込んでもよく、又は、車両に搭載されているマイクロプロセッサと通信してもよい。例えば、マイクロプロセッサは、センサ1232からの信号を受け取るか又はその状態を検出するように構成されることができ、車両が導体に接近していることを示す信号を検出するか又は受け取ると、モータ1226に対し作動信号を生成してモータを駆動し、それにより、磁石1216を、ハウジング1214内のその待避位置又はホームポジションから、図25に示すようなその伸張位置又は作動位置まで移動させる。さらに、磁石1216の移動に先立ち又はそれと同時に、マイクロプロセッサは、センサ1232が導体の接近を検出すると、同様に、モータ1224を作動させて、ハウジング1214をその待避位置又はホームポジションからその伸長位置又は動作位置まで移動させてもよい。これらの機能は、上述したように同時に行われることができ、又は予め組み込まれた遅延を有してもよい。理解されるように、本明細書で説明する実施形態のいずれも、同じか又は類似の制御システムを組み込んでいてもよい。さらに、制御システムの少なくとも一部は、上述したような磁界発生装置アセンブリに組み込まれてもよく、又は、磁界発生装置アセンブリの外部であって、例えば車両内に取り付けられてもよい。追加の機能及び特徴を付加してもよいことが理解されるべきである。
図27及び図28を参照すると、符号1312は、本発明の磁界発生装置アセンブリのさらに別の実施形態を示す。アセンブリ1312はハウジング1314を含み、ハウジング1314は、車両の下側に取り付けられる固定部1318と、可動部1320とを含む。図示する実施形態では、可動部1320は、取付部1318に対して線形運動により移動し、ラック・アンド・ピニオン駆動のアセンブリ1324によって駆動される。例えば、ラック1324aをハウジング部1318に取り付け、ピニオン1324bとピニオンを駆動するモータ1324cとを、可動部1320に取り付けてもよい。しかしながら、これらの構成要素を逆にしてもよい、ということが理解されるべきである。
先の実施形態と同様に、磁石1316は、可動部1320に移動可能に取り付けられており、さらに、ねじ駆動アセンブリ1326によって駆動される。さらに、磁石1316はフレーム1340によってねじ1328に取り付けられており、フレーム1340は、可動部1320の壁を貫通して突出し細長いスロット1344で案内される一対のピン1342によって、可動部1320において案内される。フレーム1340は、非磁性を有する材料から形成されることが好ましく、さらに、アルミニウム等の軽量な非磁性を有する材料から形成されることが好ましい。磁石1316は、スチールプレート等の非磁性を有するプレートによってフレーム1340に取り付けられている。任意に、磁石1316を、例えば接着剤等によりプレート1340aに取り付けてもよい。
さらに、アセンブリ1312は近接センサ1346を含み、これら近接センサ1346は、車両が導体に接近しているときを検出するために、同様に設けられている。近接センサ1346の使用のさらなる詳細については、先の実施形態を参照されたい。
先の説明から理解されるように、モータ1324cが作動されると、可動部1320は、車両により近い場合の待避位置と図27に示すような伸張位置との間で取付部1318に対して移動する。さらに、ラック・アンド・ピニオンアセンブリ1326のモータが作動されると、フレーム1340が可動部1320内で移動する。任意に、可動部1320は、スチールデルリン(steel delrin)から形成してもよいプレートバリア(plate barrier)1348を含み、プレートバリア1348は、磁石1316によって生成される磁界がハウジング1314の全体を通って延在しないようにし、さらに、車両内のシステムへのいかなる生じ得る干渉も制限する。
図29及び図30を参照すると、符号1412は、本発明の磁界発生装置アセンブリの別の実施形態を示す。アセンブリ1412は、ハウジング1414と、ハウジング1414に収容される磁石1416とを同様に含む。図示する実施形態では、磁石1416は、一対のトラニオン(trunnion)1416a及び1416bによってハウジング1414に取り付けられており、トラニオン1416a及び1416bはハウジング1414の壁に回転可能に取り付けられている。先の実施形態と同様に、ハウジング1414は、取付部1418と、磁石1416を収容する下部1420とを含む。下部1420にはモータ1426が配置されており、モータ1426は、モータシャフト1426aと磁石1416をハウジング1414に回転可能に取り付けるトラニオン1416bとの周りに延在する、コグベルト等の駆動ベルト1428によって、磁石1416を回転させる。
図示する実施形態では、ハウジング1414の下部は、スチール等の非導電性を有する外部壁又はプレート1430と、デルリンから形成される内部プレート又は壁1432とを含む。トラニオン1416a及び1416bは、プレート1432に回転可能に支持されており、プレート1432は磁石1416の周囲に非磁性を有する覆いを形成する。
上述したように、磁石1416は、一対のトラニオン1416a及び1416bによってハウジング1414において支持されている。図示する実施形態では、トラニオン1416a及び1416bは、磁石1416を支持するハウジング1417に取り付けられている。例えば、ハウジング1417の好適な材料はアルミニウムである。任意に、ハウジング1417は、磁石の少なくとも3つの面を囲んで単一の磁性面1416cを提供してもよく、その単一の磁性面1416cは、その磁性面がハウジング内に面するように回転する、図29に示すような非動作位置と、磁性面1416cがハウジング1414から外側に面するように回転する動作位置との間で回転し又は移動することができる。この場合もまた、この構成において、磁石によって生成される磁界の到達を、車両内のシステムへの干渉が最小限になるように制限してもよい。
図31乃至図33を参照すると、符号1512は、本発明の磁界発生装置アセンブリのさらに別の実施形態を示す。アセンブリ1512は、ハウジング1514と、ねじ駆動アセンブリ1526によってハウジング1514に移動可能に取り付けられる磁石1516とを含み、磁石1516は、アセンブリ1312と同様のフレーム1540によってねじ駆動ロッド1528に取り付けられていることが好ましい。アセンブリ1312と同様に、磁石1516は非導電性を有するプレート1540aに取り付けられており、非導電性を有するプレート1540aは磁石1516をフレーム1540に取り付ける。さらに、図示する実施形態では、アセンブリ1512は、ハウジング1514の開放端1514aにカバー1550を含む。好適なカバーは、上述したように、非導電性であり、磁石1516によって生成される磁界に干渉しないものでなければならず、例えばプラスチックカバーを含んでなっていてもよい。
図34を参照すると、当業者には理解されるように、本発明のエネルギー回収システムによって生成される電圧は、磁界発生装置もしくは磁界発生装置が取り付けられている、物体又は車両における速度の上昇と共に直線的に増大する。例えば、時速5マイルの速度の場合、20ボルトのDC電圧が得られた。同様に、時速10マイルの場合、40ボルトのDC電圧が得られた。時速15マイルの場合、60ボルトのDCが得られた。時速20マイルの場合、80ボルトのDCが得られた。
車両に取り付けられる磁界発生装置と車両の外部に位置する導体とに関連して説明したが、磁界発生装置を車両の外側に設けて、導体を車両内に配置してもよい。例えば、この変形は、車両の1つ又は複数のバッテリが定期的に再充電を必要とする車両速度の範囲に亙って車両を走行させるために電気が使用される、ハイブリッド車両において、特に好適に適用され得る。この構成において、導体は、少なくとも車両が磁界発生装置の上又は傍を通過しているときに、バッテリ(複数可)を再充電するためにそのバッテリ(複数可)を有する閉回路を形成してもよい。上述した導体と同様に、磁界発生装置は、車両の経路に隣接するか又は車両の経路に取り付けられる1つ又は複数の磁石を含んでもよい。さらに、1つ又は複数の磁石を、路面上もしくは路面内に設けてもよく、そして、ハウジングに入れて路面もしくは路面内に設けてもよく、又は、コンクリートスラブもしくはポリマースラブ等のスラブに埋め込んでもよい。
本発明のいくつかの形態を示し説明したが、今では当業者には他の形態も明らかとなろう。例えば、複数の磁界発生器又は複数の磁界発生器アセンブリを、上述した適用の任意のもので使用してもよく、それによりエネルギー回収がさらに向上する。このシステムが列車に採用される場合、各列車の車両が、1つ又は複数の磁界発生器又は磁界発生器アセンブリを含むことができ、それにより、各車両が、線路の近くに位置することが好ましい1つ又は複数の導体を通過する際、各磁界発生器からエネルギーを生成することができる。いくつかの形態の駆動機構について説明したが、サーボモータ等、他の駆動機構を使用してもよく、駆動機構を、リンク機構等の他の負荷伝達部材と組み合わせてもよい。さらに、ある実施形態の任意の特徴を他の実施形態の特徴と組み合わせてもよい。したがって、図面に示し上述した実施形態は、単に例示を目的とするものであり、均等論を含む特許法の原理の下で解釈される、特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲を限定するように意図されるものではない、ということが理解されよう。
Claims (34)
- 磁界を発生する磁界発生装置と、
導体であって、前記磁界発生装置及び前記導体のうちの一方が車両に設けられるようになっており、前記磁界発生装置及び前記導体のうちの他方が前記車両の経路に又は前記経路に隣接して配置されるようになった導体とを備え、
前記車両が前記磁界発生装置及び前記導体のうちの前記他方を通過するときに、前記磁界により、前記導体を流れる電流が誘導される、エネルギー回収システム。 - 車両に設けられるようになっており、前記磁界発生装置が設けられるハウジングをさらに備え、
前記導体が、前記車両の前記経路に又は前記経路に隣接して配置されるようになった固定導体を有しており、
前記磁界により、前記車両が前記導体を通過するときに前記導体を流れる電流が誘導され、
前記ハウジングが、前記磁界発生装置が前記導体に相対的に近接している動作位置と、前記ハウジングにおける衝突の可能性を低減するために前記車両により近くなる待避位置との間で移動するようになっている、請求項1に記載のエネルギー回収システム。 - 前記磁界発生装置が磁石を備える、請求項1に記載のエネルギー回収システム。
- 車両をさらに備え、前記ハウジングが前記車両に設けられる、請求項2に記載のエネルギー回収システム。
- センサと、前記ハウジングを選択的に移動させるための駆動機構とをさらに備え、前記センサが、前記ハウジングが前記固定導体に接近しているときを検知する、請求項4に記載のエネルギー回収システム。
- 制御システムをさらに備え、前記制御システムは、前記センサを含み、且つ、前記車両が前記固定導体に接近していることを前記センサが検知すると、前記駆動機構に対し駆動信号を生成し、前記ハウジングを前記動作位置まで移動させる、請求項5に記載のエネルギー回収システム。
- 前記ハウジングが、前記ハウジング内で前記磁石を待避させるための第2の駆動機構を含む、請求項5に記載のエネルギー回収システム。
- 前記固定導体が、複数のループをもつ導電性ワイヤを有する、請求項2に記載のエネルギー回収システム。
- 前記導電性ワイヤがフレームに取り付けられ、前記フレームが、上部レースウェイ及び下部レースウェイを有し、前記ワイヤが前記上部レースウェイ及び下部レースウェイを通って延在する、請求項8に記載のエネルギー回収システム。
- 前記上部レースウェイが、磁気シールドにより前記下部レースウェイから分離される、請求項9に記載のエネルギー回収システム。
- 前記上部レースウェイと前記下部レースウェイとの間に金属シールドをさらに備え、前記金属シールドが前記磁気シールドを形成する、請求項10に記載のエネルギー回収システム。
- 前記フレームが略H型フレームを有する、請求項9に記載のエネルギー回収システム。
- 車両と、
前記車両に設けられる共に磁界を生成する磁界発生装置と、
前記車両が移動しているときに前記車両の経路に又は前記経路に隣接して配置されるようになった固定導体を含む回路とを備え、
前記磁界により、前記車両が前記導体を通過するときに前記回路を流れる電流が誘導され、
前記装置が、前記磁界が前記回路に近接した状態にある動作位置と前記装置が前記車両により近く移動した収容位置との間で移動するように構成される、エネルギー回収システム。 - 前記導体が、複数のループをもつ導電性ワイヤを有する、請求項13に記載のエネルギー回収システム。
- 前記ワイヤがフレームに取り付けられる、請求項14に記載のエネルギー回収システム。
- 前記フレームが、路面に設けられるように構成される、請求項15に記載のエネルギー回収システム。
- 前記ワイヤがコンクリートのスラブに設けられ、前記スラブが路面に設けられるように構成される、請求項14に記載のエネルギー回収システム。
- 前記ループの少なくとも一部が通路を画定し、前記車両が前記通路を通過するときに、前記磁界により前記ワイヤを流れる電流が誘導される、請求項14に記載のエネルギー回収システム。
- 前記回路が負荷コントローラに連結される、請求項13に記載のエネルギー回収システム。
- 前記回路がDC回路を形成する、請求項13に記載のエネルギー回収システム。
- 前記回路がAC回路を形成する、請求項13に記載のエネルギー回収システム。
- 前記回路がエネルギー貯蔵装置を含む、請求項13に記載のエネルギー回収システム。
- 前記エネルギー貯蔵装置がエネルギー変換システムに選択的に連結される、請求項22に記載のエネルギー回収システム。
- 前記磁界発生装置が複数の磁石を含む、請求項13に記載のエネルギー回収システム。
- 前記磁石が互いに近接して配置され、前記磁石によって前記固定導体に誘導される電気波形は重畳される、請求項24に記載のエネルギー回収システム。
- 前記磁石が、前記車両の走行の方向に沿って、前記磁石のうちの1つの磁石が前記磁石のうちの第2の磁石に対してずれている互い違いの並べ方で配置され、前記1つの磁石及び前記第2の磁石からの発生した前記電気波形は、重畳され、且つ、前記第2の磁石が前記固定導体を通過するまでゼロに減衰しない、請求項25に記載のエネルギー回収システム。
- エネルギーを回収する方法であって、
車両に磁界発生装置を移動可能に設けることと、
前記車両の経路における前記車両の外部に固定導体を設けることと、
前記磁界発生装置を、収容位置と前記磁界発生装置が前記導体に近接している動作位置との間で移動させることとを含み、
前記装置によって発生する磁界により、前記車両が前記導体を通過して走行するときに前記導体に電流が生成される
エネルギーを回収する方法。 - 前記導体を、エネルギー貯蔵装置、伝送システム及びエネルギー変換システムから選択される少なくとも1つに連結することをさらに含む、請求項27に記載のエネルギーを回収する方法。
- 前記固定導体を設けることが、前記導体を路面に配置することを含む、請求項27に記載のエネルギーを回収する方法。
- 前記磁界発生装置を前記動作位置と前記収容位置との間で移動させるための駆動機構をさらに備える、請求項27に記載のエネルギーを回収する方法。
- 前記車両が前記導体に接近しているときを検知することと、前記車両が前記導体に接近していることを前記検知することにより検出されると、前記磁界発生装置を前記磁界発生装置の動作位置まで移動させるように前記駆動機構を作動させることとをさらに含む、請求項30に記載のエネルギーを回収する方法。
- 前記磁界発生装置をハウジングに収容することと、前記ハウジングを前記車両に設けることとをさらに含む、請求項27に記載のエネルギーを回収する方法。
- 前記ハウジングを前記車両に移動可能に設けることをさらに含み、それによって、前記ハウジングが、前記磁界発生装置が前記磁界発生装置の動作位置にある伸張位置と収容位置との間で移動することができる、請求項32に記載のエネルギーを回収する方法。
- 前記磁界発生装置を前記磁界発生装置の動作位置と前記磁界発生装置の収容位置との間で移動させるように、前記ハウジングにおいて前記磁界発生装置を移動させることをさらに含む、請求項32に記載のエネルギーを回収する方法。
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