KR20090035685A - Magnetic structure - Google Patents
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Abstract
Description
정부 관심 대상에 관한 진술Statement of interest to the government
본 발명은 미합중국 에너지부에 의해 부여된 계약 번호 DE-AC07-05-ID14517 하에서 미합중국 정부 지원으로 만들어졌다. 미합중국 정부는 본 발명에서의 특정 권리를 가진다.The invention has been made with the support of the United States Government under contract number DE-AC07-05-ID14517 granted by the United States Department of Energy. The United States Government has certain rights in this invention.
본 발명은 자석 구조물에 관한 것이고, 특히 전자기 유도(electro-magnetic) 및 전기-기계 장치 및 응용물에서 사용하는데 적합한 자석 구조물에 관한 것이다. The present invention relates to magnetic structures, and more particularly to magnetic structures suitable for use in electro-magnetic and electro-mechanical devices and applications.
예를 들어, 모터, 발전기 및 교류기들과 같은 전자기 유도 및 전기-기계 장치 및 응용물들은 전형적으로 코일 및/또는 자석들을 채택한다. 종래의 자석 구조물은 자기장을 발생시키도록 단일 자석, 또는 자기장을 발생시키도록 배열된 다수의 자석들을 채택한다. 자석들은 전형적으로 영구 자석 또는 전자석이다. For example, electromagnetic induction and electro-mechanical devices and applications such as motors, generators, and alternators typically employ coils and / or magnets. Conventional magnetic structures employ a single magnet or multiple magnets arranged to generate a magnetic field. Magnets are typically permanent magnets or electromagnets.
출력 또는 성능에서의 증가가 필요하였을 때, 종래에는 코일의 크기 또는 수가 증가되었거나, 또는 자석의 크기 또는 세기가 증가되었었다. 이러한 접근은 중량, 비용, 크기 및 내구성의 문제를 초래한다. 이러한 접근은 또한 많은 응용물에서 실제적이지 못하다. When an increase in output or performance was needed, conventionally the size or number of coils was increased, or the size or strength of magnets was increased. This approach leads to problems of weight, cost, size and durability. This approach is also not practical in many applications.
하나의 양태에 있어서, 전기-기계 시스템은 제 1 크기(magnitude)의 물리적 특성, 제 1 극성의 제 1 극, 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석 요소, 제 1 크기와 다른 제 2 크기의 물리적 특성, 제 1 극성의 제 1 극, 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석 요소를 포함하는 자석 구조물과, 제 1 자석 요소의 제 1 극이 대체로 제 2 자석 요소의 제 1 극과 마주하고 주위 거리(ambient distance)보다 근접한 일정 거리만큼 이격하여 제 1 자석 요소 및 제 2 자석 요소를 유지하도록 구성된 지지 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 희토(rare earth) 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 2 자석 요소는 희토 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 물리적 특성은 길이이며, 제 1 크기는 제 2 크기보다 크다. 하나의 실시예에서, 지지 구조물은 높은 변화도(gradient)의 자기장을 구비한 영역을 포함하는 불균형의 자기장을 발생시키기 위해 적소에서 자석 요소들을 유지하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 지지 구조물은 자석 구조물과 코일 시스템의 서로에 대한 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 상기 영역은 자석 구조물이 코일 시스템에 대해 이동할 때 코일 시스템을 통과한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적인 힘을 수용하고 기계적인 힘의 수용에 응답하여 전기 신호를 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 전기 신호를 수신하고 전기 신호의 수신에 응답하여 기계적인 힘을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 다수의 코일들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 코일들은 제 1 방향으로 축선 주위에 권취된(wound) 제 1 코일과, 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 상기 축선 주위에 권취된 제 2 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 수의 턴(turn)을 포함하고, 제 2 코일은 턴의 제 1 수와 다른 제 2 수의 턴을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 반경을 가지는 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 반경과 다른 제 2 반경을 가지는 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 직렬-병렬 구성으로 서로 결합되는 다수 쌍들의 코일들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 코일들 중 한 쌍의 코일들에서의 제 1 코일은 제 1 방향으로 권취된 제 1 코일을 포함하고, 상기 쌍들의 코일에서의 제 2 코일은 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 권취된 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적 전달 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 구조물과 코일 시스템 사이의 상대 선형 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 구조물과 코일 시스템 사이의 상대 회전 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템에 대한 자석 구조물의 상대 원형 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소의 제 1 극은 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스(semi-toroidal-shaped face)를 가지며, 제 2 자석 요소의 제 1 극은 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가진다. 하나의 실시예에서, 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스들은 제 1 자석 요소와 제 2 자석 요소 사이에 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티를 형성하는 치수를 가진다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 실질적으로 환상면체 형상의 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 제 1 자석 구조물과 제 2 자석 구조물 사이의 실질적으로 환상면체 형상인 캐비티를 포함한다. In one aspect, an electro-mechanical system comprises a first magnetic element having a physical property of a first magnitude, a first pole of a first polarity, a second pole of a second polarity opposite to the first polarity, a first A magnetic structure comprising a second magnetic element having a physical property of a second size different from the first size, a first pole of a first polarity, a second pole of a second polarity, and a first pole of the first magnetic element being substantially And a support structure configured to hold the first magnet element and the second magnet element at a distance separated by a distance facing the first pole of the two magnet element and closer to the ambient distance. In one embodiment, the first magnetic element comprises a rare earth magnet. In one embodiment, the second magnetic element comprises a rare earth magnet. In one embodiment, the physical property is length and the first size is greater than the second size. In one embodiment, the support structure is configured to hold the magnetic elements in place to generate an unbalanced magnetic field that includes an area with a high gradient magnetic field. In one embodiment, the support structure is configured to facilitate movement of the magnetic structure and the coil system relative to each other. In one embodiment, the region passes through the coil system as the magnetic structure moves relative to the coil system. In one embodiment, the system is configured to receive mechanical force and generate an electrical signal in response to the receipt of the mechanical force. In one embodiment, the system is configured to receive an electrical signal and to generate a mechanical force in response to receiving the electrical signal. In one embodiment, the coil system includes a plurality of coils. In one embodiment, the plurality of coils comprises a first coil wound around an axis in a first direction and a second coil wound around the axis in a second direction different from the first direction. In one embodiment, the first coil includes a first number of turns, and the second coil includes a second number of turns that is different from the first number of turns. In one embodiment, the first coil comprises a first wire having a first radius and the second coil comprises a second wire having a second radius different from the first radius. In one embodiment, the coil system includes multiple pairs of coils coupled to each other in a series-parallel configuration. In one embodiment, the first coil in the pair of coils of the plurality of coils comprises a first coil wound in a first direction, and the second coil in the pair of coils is opposite the first direction And a second wire wound in a second direction. In one embodiment, the system further comprises a mechanical delivery system. In one embodiment, the mechanical delivery system is configured to facilitate relative linear movement between the magnetic structure and the coil system. In one embodiment, the mechanical delivery system is configured to facilitate relative rotational movement between the magnet structure and the coil system. In one embodiment, it is configured to facilitate relative circular movement of the magnetic structure relative to the coil system. In one embodiment, the first pole of the first magnetic element has a substantially semi-toroidal-shaped face and the first pole of the second magnetic element is substantially semi-circularly shaped. Have a face In one embodiment, the substantially semi-circularly shaped faces have dimensions that form a substantially toroidal cavity between the first and second magnetic elements. In one embodiment, the coil system comprises a substantially toroidal coil. In one embodiment, the magnetic structure includes a cavity that is substantially toroidal in shape between the first magnetic structure and the second magnetic structure.
하나의 양태에 있어서, 전력을 발전시키는 방법은 같은 극들이 실질적으로 서로 마주하고 일정 거리만큼 이격하여 제 1 자석 요소와 제 2 자석 요소를 위치시키는 것에 의하여, 자석 요소들에 대해 불균형이며 다수의 자석 요소들에 인접한 영역에서 압축되는 자기장을 발생시키는 단계, 코일 시스템과 자기장 사이의 상대 이동을 용이하게 하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 요소들은 영구 자석들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 코일 시스템에서 발전된 전류를 정류하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 에너지 저장 시스템에 에너지를 저장하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상대 이동을 용이하게 하는 단계는 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 선형인 경로를 따라서 영구 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 원형 경로를 따라서 영구 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계는 영구 자석들을 회전시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 불균형의 자기장의 압축 영역에서의 변화도를 최적화하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 제 1 방향으로 권취된 제 1 코일과, 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 권취된 제 2 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 수의 턴을 포함하고, 제 2 코일은 턴의 제 1 수와 다른 제 2 수의 턴을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 반경을 가지는 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 반경과 다른 제 2 반경을 가지는 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 원형 경로를 따라서 영구 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가지며, 제 2 자석 요소는 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가진다. 하나의 실시예에서, 실질적으로 환상면체 형상의 페이스들은 제 1 자석 요소와 제 2 자석 요소들 사이에 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티를 형성하는 치수를 가진다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 실질적으로 환상면체 형상의 코일을 포함한다. In one aspect, a method of generating power includes a plurality of magnets that are unbalanced with respect to the magnet elements by placing the first and second magnet elements substantially the same poles facing each other and spaced a certain distance apart. Generating a magnetic field that is compressed in an area adjacent the elements, and facilitating relative movement between the coil system and the magnetic field. In one embodiment, the magnetic elements comprise permanent magnets. In one embodiment, the method further comprises rectifying the current generated in the coil system. The method further includes storing energy in the energy storage system. In one embodiment, facilitating relative movement includes moving permanent magnets with respect to the coil system. In one embodiment, moving the permanent magnets with respect to the coil system includes moving the permanent magnets along a generally linear path. In one embodiment, moving the permanent magnets with respect to the coil system includes moving the permanent magnets along a generally circular path. In one embodiment, moving the permanent magnets with respect to the coil system includes rotating the permanent magnets. In one embodiment, the method further comprises optimizing the degree of change in the compressed region of the unbalanced magnetic field. In one embodiment, the coil system includes a first coil wound in a first direction and a second coil wound in a second direction different from the first direction. In one embodiment, the first coil includes a first number of turns and the second coil includes a second number of turns that is different from the first number of turns. In one embodiment, the first coil comprises a first wire having a first radius and the second coil comprises a second wire having a second radius different from the first radius. In one embodiment, moving the permanent magnets with respect to the coil system includes moving the permanent magnets along a generally circular path. In one embodiment, the first magnetic element has a substantially semi-annular shaped face and the second magnetic element has a substantially semi-annular shaped face. In one embodiment, the substantially toroidal shaped faces are dimensioned to form a substantially toroidal shaped cavity between the first and second magnetic elements. In one embodiment, the coil system comprises a substantially toroidal coil.
하나의 양태에 있어서, 기계적인 힘을 발생시키는 방법은 같은 극들이 실질적으로 서로 마주하고 일정 거리 이격되도록 제 1 자석 요소와 제 2 자석 요소를 위치시키는 것에 의하여, 자석 요소들에 대해 불균형이며 다수의 자석 요소들에 인접한 영역에서 압축되는 자기장을 발생시키는 단계, 자석 요소들에 근접하여 코일 시스템을 통해 전류를 유도하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전류는 교류 전류이다. 하나의 실시예에서, 자석 요소들은 영구 자석들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 자석 요소들과 코일 시스템 사이의 상대 이동을 용이하게 하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상대 이동을 용이하게 하는 단계는 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 선형 경로를 따라서 영구 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 원형 경로를 따라서 영구 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계는 영구 자석들을 회전시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 불균형의 자기장의 압축 영역에서의 변화도를 최적화하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 제 1 방향으로 권취된 제 1 코일과, 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 권취된 제 2 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 수의 턴을 포함하며, 제 2 코일은 턴의 제 1 수와 다른 제 2 수의 턴을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 반경을 가지는 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 반경과 다른 제 2 반경을 가지는 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템에 대해 영구 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 원형 경로를 따라서 영구 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가지며, 제 2 자석 요소는 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가진다. 하나의 실시예에서, 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스들은 제 1 자석 요소와 제 2 자석 요소 사이에 실질적으로 환상면체 형상의 케비티를 형성하는 치수를 가진다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 실질적으로 환상면체 형상의 코일을 포함한다. In one aspect, a method of generating a mechanical force is imbalanced with respect to the magnet elements by placing the first magnet element and the second magnet element such that the same poles substantially face each other and are spaced a certain distance apart. Generating a magnetic field that is compressed in an area adjacent the magnetic elements, and inducing a current through the coil system in proximity to the magnetic elements. In one embodiment, the current is an alternating current. In one embodiment, the magnetic elements comprise permanent magnets. In one embodiment, the method further comprises facilitating relative movement between the magnet elements and the coil system. In one embodiment, facilitating relative movement includes moving permanent magnets with respect to the coil system. Moving the permanent magnets with respect to the coil system includes moving the permanent magnets along a generally linear path. In one embodiment, moving the permanent magnets with respect to the coil system includes moving the permanent magnets along a generally circular path. In one embodiment, moving the permanent magnets with respect to the coil system includes rotating the permanent magnets. In one embodiment, the method further comprises optimizing the degree of change in the compressed region of the unbalanced magnetic field. In one embodiment, the coil system includes a first coil wound in a first direction and a second coil wound in a second direction different from the first direction. In one embodiment, the first coil includes a first number of turns, and the second coil includes a second number of turns that is different from the first number of turns. In one embodiment, the first coil comprises a first wire having a first radius and the second coil comprises a second wire having a second radius different from the first radius. In one embodiment, moving the permanent magnets with respect to the coil system includes moving the permanent magnets along a generally circular path. In one embodiment, the first magnetic element has a substantially semi-annular shaped face and the second magnetic element has a substantially semi-annular shaped face. In one embodiment, the substantially semi-circularly shaped faces are dimensioned to form a substantially toroidal shaped cavity between the first magnetic element and the second magnetic element. In one embodiment, the coil system comprises a substantially toroidal coil.
하나의 양태에 있어서, 시스템은 케이스; 상기 케이스에 수용되고 코일 시스템, 제 1 크기의 물리적 특성, 제 1 극성의 제 1 극 및 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석 요소, 및 제 1 크기와 다른 제 2 크기의 물리적 특성, 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석 요소를 구비하는 자석 구조물, 및 제 1 자석 요소 및 제 2 자석 요소들에 대해 불균형의 자기장을 발생시키도록, 제 1 자석 요소의 제 1 극이 제 2 자석 요소의 제 1 극을 마주하여 일정 거리에 유지하기 위하여 제 1 자석 요소 및 제 2 자석 요소들을 위치시키도록 구성되는 지지 구조물를 포함하는 전기-기계 시스템; 및 상기 케이스 내에 수용된 에너지 저장 장치를 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 희토 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 2 자석 요소는 희토 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 물리적 특성은 길이를 포함하고, 제 1 크기는 제 2 크기보다 크다. 하나의 실시예에서, 불균형의 자기장은 자기장이 압축되는 영역을 포함한다. 하나의 실시예에서, 지지 구조물은 자석 구조물과 코일 시스템의 서로에 대한 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 상기 영역은 자석 구조물이 코일 시스템에 대해 이동할 때 코일 시스템을 통과한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 다수의 코일들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 코일들은 제 1 방향으로 권취된 코일과, 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 권취된 제 2 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 수의 턴을 포함하고, 제 2 코일은 턴의 제 1 수와 다른 제 2 수의 턴을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 반경을 가지는 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 반경과 다른 제 2 반경을 가지는 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 직렬-병렬 구성으로 서로 결합된 다수 쌍들의 코일들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 코일들에서의 한 쌍의 코일들에 있는 제 1 코일은 제 1 방향으로 권취된 제 1 와이어를 포함하고, 상기 쌍의 코일들에서의 제 2 코일은 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 권취된 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 물리적 특성은 세기이며, 제 1 크기는 제 2 크기보다 크다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 절연 시트 상의 트레이스(trace)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 다수의 절연 시트 상의 다수의 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 코일 시스템에 대해 자석 구조물의 상대 원형 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소의 제 1 극은 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가지며, 제 2 자석의 제 1 극은 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가진다. 하나의 실시예에서, 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스들은 제 1 자석 요소와 제 2 자석 요소 사이에 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티를 형성하는 치수를 가진다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 실질적으로 환상면체 형상의 코일을 포함한다.In one aspect, a system comprises a case; A first magnetic element housed in the case and having a coil system, a physical property of a first size, a first pole of a first polarity and a second pole of a second polarity opposite to the first polarity, and a first different size than the first size A magnetic structure having a second magnetic element having a physical property of two magnitudes, a first pole of a first polarity and a second pole of a second polarity, and an unbalanced magnetic field for the first and second magnetic elements. To generate, the support structure comprising a support structure configured to position the first magnetic element and the second magnetic elements so as to maintain a first distance of the first pole of the first magnetic element opposite the first pole of the second magnetic element. -Mechanical system; And an energy storage device housed in the case. In one embodiment, the first magnetic element comprises a rare earth magnet. In one embodiment, the second magnetic element comprises a rare earth magnet. In one embodiment, the physical property includes a length and the first size is greater than the second size. In one embodiment, the unbalanced magnetic field includes a region where the magnetic field is compressed. In one embodiment, the support structure is configured to facilitate movement of the magnetic structure and the coil system relative to each other. In one embodiment, the region passes through the coil system as the magnetic structure moves relative to the coil system. In one embodiment, the coil system includes a plurality of coils. In one embodiment, the plurality of coils comprises a coil wound in a first direction and a second coil wound in a second direction different from the first direction. In one embodiment, the first coil includes a first number of turns and the second coil includes a second number of turns that is different from the first number of turns. In one embodiment, the first coil comprises a first wire having a first radius and the second coil comprises a second wire having a second radius different from the first radius. In one embodiment, the coil system includes multiple pairs of coils coupled to each other in a series-parallel configuration. In one embodiment, the first coil in the pair of coils in the plurality of coils comprises a first wire wound in a first direction, and the second coil in the pair of coils is in a first direction And a second wire wound in a second direction opposite to. In one embodiment, the physical property is intensity and the first size is greater than the second size. In one embodiment, the coil system includes a trace on an insulating sheet. In one embodiment, the coil system includes a plurality of traces on a plurality of insulating sheets. In one embodiment, the system is configured to facilitate relative circular movement of the magnetic structure relative to the coil system. In one embodiment, the first pole of the first magnet element has a face substantially semi-annular, and the first pole of the second magnet has a face substantially semi-annular. In one embodiment, the substantially semi-circularly shaped faces have dimensions that form a substantially toroidal cavity between the first and second magnetic elements. In one embodiment, the coil system comprises a substantially toroidal coil.
하나의 양태에 있어서, 전기 기계 시스템은 제 1 자기장 발생 수단, 제 2 자기장 발생 수단, 압축 자기장 발생 수단에 인접한 영역에서 압축되는 불균형의 자기장을 발생시키도록 제 1 및 제 2 자기장 발생 수단을 서로에 대해 위치시키기 위한 수단, 전류 유도 수단, 및 압축 영역과 전류 유도 수단 사이의 상대 이동을 용이하게 하기 위한 수단을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기장 발생 수단은 영구 자석들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 전류 유도 수단은 한 쌍의 코일들을 포함하고, 상기 쌍에서 제 1 코일은 제 1 방향으로 제 1 수의 턴으로 권취된 제 1 와이어를 포함하고 제 1 주계(perimeter)를 가지며, 상기 쌍에서 제 2 코일은 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 제 2 수의 턴으로 권취된 제 2 와이어를 포함하며 제 1 주계와 다른 제 2 주계를 가진다. 하나의 실시예에서, 턴의 제 1 수는 턴의 제 2 수보다 크며, 제 1 주계는 제 2 주계보다 작다. 하나의 실시예에서, 전류 유도 수단은 제 2 코일에 제 1 코일을 결합하도록 구성된 커플링을 추가로 포함하여서, 출력부에 걸친 전위(potential)에 대한 제 1 코일로부터의 기여(contribution)는 제 2 코일로부터의 전위에 대한 기여와 동일한 극성을 가진다. 하나의 실시예에서, 시스템은 전류 유도 수단에 대한 상기 영역의 상대 원형 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 자기장 발생 수단은 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가지며, 제 2 자기장 발생 수단은 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가진다. 하나의 실시예에서, 실질적으로 환상면체 형상의 페이스들은 제 1 및 제 2 자기장 발생 수단들 사이에 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티를 형성하는 치수를 가진다. 하나의 실시예에서, 전류 유도 수단은 실질적으로 환상면체 형상의 코일을 포함한다. In one aspect, the electromechanical system comprises the first and second magnetic field generating means on each other to generate an unbalanced magnetic field that is compressed in a region adjacent the first magnetic field generating means, the second magnetic field generating means, the compressed magnetic field generating means. Means for positioning relative to each other, current inducing means, and means for facilitating relative movement between the compression region and the current inducing means. In one embodiment, the magnetic field generating means comprises permanent magnets. In one embodiment, the current inducing means comprises a pair of coils, in which the first coil comprises a first wire wound with a first number of turns in a first direction and defines a first perimeter. And the second coil in the pair includes a second wire wound with a second number of turns in a second direction different from the first direction and has a second principal system different from the first principal system. In one embodiment, the first number of turns is greater than the second number of turns, and the first principal is less than the second principal. In one embodiment, the current inducing means further comprises a coupling configured to couple the first coil to the second coil, such that the contribution from the first coil to the potential across the output is dependent on the first coil. 2 has the same polarity as the contribution to the potential from the coil. In one embodiment, the system is configured to facilitate relative circular movement of the region with respect to the current inducing means. In one embodiment, the first magnetic field generating means has a substantially semi-annular shaped face, and the second magnetic field generating means has a substantially semi-annular shaped face. In one embodiment, the substantially toroidal shaped faces are dimensioned to form a substantially toroidal shaped cavity between the first and second magnetic field generating means. In one embodiment, the current inducing means comprises a substantially toroidal coil.
하나의 양태에 있어서, 시스템은 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가지는 제 1 자석 요소, 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 가지는 제 2 자석 요소, 제 1 자석 요소 및 제 2 자석 요소들 사이에 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티를 형성하도록 제 1 자석 요소 및 제 2 자석 요소들을 이격 유지하도록 구성된 지지 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 코일 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 실질적으로 제 2 자석 요소와 동일하다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소의 길이는 제 2 자석 요소의 길이보다 길다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 실질적으로 원통형 영구 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 제 1 크기의 물리적 특성, 제 1 극성의 제 1 극 및 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 제 2 극을 가지며, 제 2 자석 요소는 제 1 크기와 다른 제 2 크기의 물리적 특성, 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지며, 지지 구조물은 제 1 자석 요소의 제 1 극이 대체로 제 2 자석 요소의 제 1 극과 마주하고 주위 거리보다 근접한 일정 거리만큼 이격하여 제 1 자석 요소 및 제 2 자석 요소들을 유지하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 희토 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 2 자석 요소는 희토 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 물리적 특성은 길이이며, 제 1 크기는 제 2 크기보다 크다. 하나의 실시예에서, 지지 구조물은 높은 변화도의 자기장을 구비한 영역을 포함하는 불균형의 자기장을 발생시키기 위해 적소에서 자석 요소들을 유지하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 지지 구조물은 서로에 대한 자석 요소들과 코일 시스템의 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 상기 영역은 자석 요소들이 코일 시스템에 대해 이동할 때 코일 시스템을 통과한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적인 힘을 수용하고, 기계적인 힘의 수용에 응답하여 전기 신호를 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 전기 신호를 수신하고, 전기 신호의 수신에 응답하여 기계적인 힘을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 다수의 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 코일은 제 1 방향으로 축선 주위에 권취된 제 1 코일과, 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 상기 축선 주위에 권취된 제 2 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 수의 턴을 포함하고, 제 2 코일은 턴의 제 1 수와 다른 제 2 수의 턴을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 반경을 가지는 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 반경과 다른 제 2 반경을 가지는 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 직렬-병렬 구성으로 서로 결합된 다수 쌍의 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수 쌍의 코일들에서의 한 쌍의 코일들에 있는 제 1 코일은 제 1 방향으로 권취된 제 1 와이어를 포함하고, 상기 쌍들의 코일들에 있는 제 2 코일은 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 권취된 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적 전달 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 요소들과 코일 시스템 사이의 상대 선형 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 요소들과 코일 시스템 사이의 상대 회전 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 코일 시스템에 대한 자석 요소들의 상대 원형 이동을 용이하게 하도록 구성된다. In one aspect, the system includes a first magnetic element having a face substantially semi-annular, a second magnet element having a face substantially semi-annular, a first magnet element and a second magnet element. And a support structure configured to space apart the first magnetic element and the second magnetic elements to form a substantially toroidal cavity. In one embodiment, the system further comprises a coil system. In one embodiment, the first magnetic element is substantially the same as the second magnetic element. In one embodiment, the length of the first magnetic element is longer than the length of the second magnetic element. In one embodiment, the first magnetic element comprises a substantially cylindrical permanent magnet. In one embodiment, the first magnetic element has a physical property of a first size, a first pole of a first polarity and a second pole of a second polarity opposite to the first polarity, the second magnetic element having a first size Has a second size different physical properties, a first pole of a first polarity and a second pole of a second polarity, wherein the support structure has a first pole of the first magnetic element generally facing the first pole of the second magnetic element. And hold the first magnetic element and the second magnetic elements at a distance that is closer than the ambient distance. In one embodiment, the first magnetic element comprises a rare earth magnet. In one embodiment, the second magnetic element comprises a rare earth magnet. In one embodiment, the physical property is length and the first size is greater than the second size. In one embodiment, the support structure is configured to hold the magnetic elements in place to generate an unbalanced magnetic field that includes an area with a high degree of magnetic field. In one embodiment, the support structure is configured to facilitate movement of the coil system with the magnetic elements relative to each other. In one embodiment, the region passes through the coil system as the magnetic elements move relative to the coil system. In one embodiment, the system is configured to receive mechanical force and generate an electrical signal in response to the receipt of the mechanical force. In one embodiment, the system is configured to receive an electrical signal and to generate a mechanical force in response to receiving the electrical signal. In one embodiment, the coil system includes a plurality of coils. In one embodiment, the plurality of coils comprises a first coil wound around an axis in a first direction and a second coil wound around the axis in a second direction different from the first direction. In one embodiment, the first coil includes a first number of turns and the second coil includes a second number of turns that is different from the first number of turns. In one embodiment, the first coil comprises a first wire having a first radius and the second coil comprises a second wire having a second radius different from the first radius. In one embodiment, the coil system includes multiple pairs of coils coupled to each other in a series-parallel configuration. In one embodiment, the first coil in the pair of coils in the multiple pair of coils comprises a first wire wound in a first direction, and the second coil in the pair of coils is a first A second wire wound in a second direction opposite the direction. In one embodiment, the system further comprises a mechanical delivery system. In one embodiment, the mechanical delivery system is configured to facilitate relative linear movement between the magnet elements and the coil system. In one embodiment, the mechanical delivery system is configured to facilitate relative rotational movement between the magnet elements and the coil system. In one embodiment, the system is configured to facilitate relative circular movement of the magnetic elements relative to the coil system.
하나의 양태에 있어서, 전기-기계 시스템은 제 1 세기, 제 1 극성의 제 1 극 및 제 1 극성과 반대인 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석 요소, 제 1 세기와 대략 동일한 제 2 세기, 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석 요소를 포함하는 자석 구조물, 제 1 자석 요소의 제 1 극이 대체로 제 2 자석 요소의 제 1 극과 마주하고 일정 거리만큼 이격하여 제 1 자석 요소 및 제 2 자석 요소들을 유지하도록 구성되는 지지 구조물, 코일 시스템, 및 상기 코일 시스템에 대한 자석 구조물의 상대 이동을 용이하게 하도록 구성되는 현수 시스템을 포함하며, 자석 구조물은 자석 구조물에 인접한 영역에서 적어도 제 1 세기의 5배의 세기를 가지는 단일 자석의 변화도만큼 큰 변화도를 가지는 자기장을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 상기 자석 구조물에 인접한 상기 영역에서의 변화도는 적어도 제 1 세기의 7배의 세기를 가지는 단일 자석의 변화도만큼 크다. In one aspect, an electro-mechanical system has a first magnetic element having a first intensity, a first pole of a first polarity and a second pole of a second polarity opposite to the first polarity, a second approximately equal to the first intensity A magnetic structure comprising a second magnetic element having a strength, a first pole of a first polarity and a second pole of a second polarity, the first pole of the first magnetic element being generally facing the first pole of the second magnetic element A magnetic structure comprising a support structure configured to hold the first magnetic element and the second magnetic elements spaced by a distance, a coil system, and a suspension system configured to facilitate relative movement of the magnetic structure relative to the coil system; Is configured to generate a magnetic field having a degree of change as large as the degree of change of a single magnet having an intensity of at least five times the first intensity in the region adjacent the magnetic structure. In one embodiment, the degree of change in the region adjacent the magnet structure is as large as the degree of change of a single magnet having an intensity of at least seven times the first intensity.
하나의 양태에 있어서, 전기-기계 시스템은 제 1 코일 및 제 1 코일에 대해 조화되지 않으며(unmatched) 제 1 코일에 결합되는 제 2 코일을 포함하는 코일 시스템, 및 코일 시스템에 대해 상대 이동하도록 구성된 자석 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적인 힘을 수용하고 기계적인 힘에 응답하여 전기 신호를 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 전기 신호를 수신하고 전기 신호의 수신에 응답하여 기계적인 힘을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 방향으로 권취된 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 권취된 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 등량 지름(equivalent diameter)을 가지며, 제 1 코일은 제 1 등량 지름과 다른 제 2 등량 지름을 가진다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 제 1 극성의 제 1 극 및 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석 요소, 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석 요소, 및 제 1 자석 요소의 제 1 극이 제 2 자석 요소의 제 1 극과 마주하고 주위 거리보다 근접한 일정 거리만큼 이격하여 제 1 자석 요소 및 제 2 자석 요소들을 유지하도록 구성되는 지지 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소는 희토 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 요소와 제 2 자석 요소는 상이한 길이를 가진다. 하나의 실시예에서, 지지 구조물은 자석 구조물에 대해 불균형의 자기장을 발생시키도록 적소에서 자석 요소들을 유지하도록 구성되고, 불균형의 자기장은 높은 변화도의 자기장을 구비한 영역을 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적 전달 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 구조물과 코일 시스템 사이의 상대 선형 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 구조물과 코일 시스템 사이의 상대 회전 이동을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일과 제 2 코일은 상이한 길이를 가진다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일과 제 2 코일은 상이한 폭을 가진다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일과 제 2 코일은 벡터(vector)에 대해 상이한 단면적을 가진다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 지름을 가지는 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 지름과 다른 제 2 지름을 가지는 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 절연재의 층 상의 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템으로부터 출력부에 대한 제 1 코일로부터의 전위에 대한 기여는 제 2 코일로부터의 전위에 대한 기여와 동일한 극성을 가진다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 직렬-병렬 구성으로 서로 결합된 다수 쌍의 부조화된(unmatched) 코일들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 실질적으로 환상면체의 코일 형태(coin form)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 실질적으로 반 환상면체 형상의 페이스를 구비한 영구 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티를 포함한다. In one aspect, the electro-mechanical system comprises a coil system comprising a first coil and a second coil coupled to the first coil that is unmatched with respect to the first coil, and configured to move relative to the coil system. Magnetic structure. In one embodiment, the system is configured to receive mechanical force and generate an electrical signal in response to the mechanical force. In one embodiment, the system is configured to receive an electrical signal and to generate a mechanical force in response to receiving the electrical signal. In one embodiment, the first coil comprises a first wire wound in a first direction and the second coil comprises a second wire wound in a second direction different from the first direction. In one embodiment, the first coil has a first equivalent diameter and the first coil has a second equivalent diameter different from the first equivalent diameter. In one embodiment, the magnetic structure comprises a first magnetic element having a first pole of a first polarity and a second pole of a second polarity opposite to the first polarity, a first pole of the first polarity and a second pole of the second polarity A second magnetic element having two poles, and the first pole of the first magnetic element maintains the first magnetic element and the second magnetic elements at a distance separated by a distance facing the first pole of the second magnetic element and closer to the surrounding distance; And a support structure configured to. In one embodiment, the first magnetic element comprises a rare earth magnet. In one embodiment, the first magnetic element and the second magnetic element have different lengths. In one embodiment, the support structure is configured to hold the magnetic elements in place to generate an unbalanced magnetic field for the magnet structure, wherein the unbalanced magnetic field includes an area with a high degree of magnetic field. In one embodiment, the system further comprises a mechanical delivery system. In one embodiment, the mechanical delivery system is configured to facilitate relative linear movement between the magnetic structure and the coil system. In one embodiment, the mechanical delivery system is configured to facilitate relative rotational movement between the magnet structure and the coil system. In one embodiment, the first coil and the second coil have different lengths. In one embodiment, the first coil and the second coil have different widths. In one embodiment, the first coil and the second coil have different cross sectional areas with respect to the vector. In one embodiment, the first coil comprises a first wire having a first diameter and the second coil comprises a second wire having a second diameter different from the first diameter. In one embodiment, the first coil includes a trace on the layer of insulation. In one embodiment, the contribution to the potential from the first coil to the output from the coil system has the same polarity as the contribution to the potential from the second coil. In one embodiment, the coil system includes a plurality of pairs of unmatched coils coupled to each other in a series-parallel configuration. In one embodiment, the coil system comprises a substantially toroidal coil form. In one embodiment, the magnetic structure comprises a permanent magnet having a face substantially shaped of a toroidal shape. In one embodiment, the magnetic structure comprises a cavity that is substantially toroidal in shape.
하나의 양태에 있어서, 전력을 발전시키는 방법은 한 쌍의 부조화된 코일들을 서로 결합하는 단계, 및 상기 쌍의 코일들에 대해 자석 구조물을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 쌍의 코일들을 결합하는 단계는 직렬-병렬 구성으로 상기 쌍의 코일들을 서로 결합하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 코일 시스템에서 발전된 전류를 정류하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 에너지 저장 시스템에 에너지를 저장하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 자석 구조물로 압축 자기장을 발생시키는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 쌍의 코일들은 제 1 방향으로 축선 주위에 권취된 제 1 코일과, 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 상기 축선 주위에 권취된 제 2 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 수의 턴을 포함하고, 제 2 코일은 턴의 제 1 수와 다른 제 2 수의 턴을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 반경을 가지는 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 반경과 다른 제 2 반경을 가지는 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 쌍의 부조화된 코일들은 실질적으로 환상면체의 코일 형태 상에 권취된다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 실질적으로 반 환상면체 페이스를 구비한 영구 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 실질적으로 환상면체 캐비티를 포함한다. In one aspect, a method of generating power includes coupling a pair of mismatched coils to each other, and moving a magnetic structure relative to the pair of coils. In one embodiment, combining the pair of coils comprises combining the pair of coils with each other in a series-parallel configuration. In one embodiment, the method further comprises rectifying the current generated in the coil system. In one embodiment, the method further comprises storing energy in an energy storage system. In one embodiment, the method further comprises generating a compressed magnetic field with the magnetic structure. In one embodiment, the pair of coils comprises a first coil wound around an axis in a first direction and a second coil wound around the axis in a second direction different from the first direction. In one embodiment, the first coil includes a first number of turns and the second coil includes a second number of turns that is different from the first number of turns. In one embodiment, the first coil comprises a first wire having a first radius and the second coil comprises a second wire having a second radius different from the first radius. In one embodiment, the pair of mismatched coils is wound on substantially the toroidal coil form. In one embodiment, the magnetic structure includes a permanent magnet having a substantially semi-circular face. In one embodiment, the magnetic structure comprises a substantially toroidal cavity.
하나의 양태에 있어서, 시스템은 케이스; 자석 구조물, 제 1 코일 및 제 1 코일에 대해 부조화되고 제 1 코일에 결합되는 제 2 코일을 구비하는 코일 시스템, 자석 구조물과 코일 시스템의 상대 이동을 용이하게 하도록 구성되는 지지 구조물을 포함하고, 케이스 내에 수용되는 전기-기계 시스템; 및 케이스 내에 수용되며 코일 시스템에 결합되는 에너지 저장 장치를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장은 자석 구조물에 대해 불균형이다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 직렬-병렬 구성으로 서로 결합되는 다수 쌍들의 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 방향으로 권취되고, 제 2 코일은 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 권취된다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 수의 턴을 포함하고, 제 2 코일은 턴의 제 1 수와 다른 제 2 수의 턴을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 코일은 제 1 반경을 가지는 제 1 와이어를 포함하고, 제 2 코일은 제 1 반경과 다른 제 2 반경을 가지는 제 2 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 실질적으로 환상면체 코일 형태를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 실질적으로 반 환상면체 페이스를 구비한 영구 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 실질적으로 환상면체 캐비티를 포함한다. In one aspect, a system comprises a case; A coil system having a magnetic structure, a first coil and a second coil mismatched to the first coil and coupled to the first coil, a support structure configured to facilitate relative movement of the magnetic structure and the coil system, the case An electro-mechanical system contained within; And an energy storage device housed in the case and coupled to the coil system. In one embodiment, the magnetic structure is configured to generate a compressed magnetic field. In one embodiment, the compressed magnetic field is unbalanced with respect to the magnetic structure. In one embodiment, the coil system includes multiple pairs of coils coupled to each other in a series-parallel configuration. In one embodiment, the first coil is wound in a first direction and the second coil is wound in a second direction different from the first direction. In one embodiment, the first coil includes a first number of turns and the second coil includes a second number of turns that is different from the first number of turns. In one embodiment, the first coil comprises a first wire having a first radius and the second coil comprises a second wire having a second radius different from the first radius. In one embodiment, the coil system comprises a substantially toroidal coil form. In one embodiment, the magnetic structure includes a permanent magnet having a substantially semi-circular face. In one embodiment, the magnetic structure comprises a substantially toroidal cavity.
하나의 양태에 있어서, 전기-기계 시스템은 자기장 발생 수단, 제 1 전류 유도 수단 및 제 1 전류 유도 수단에 결합되고 제 1 전류 유도 수단과 부조화된 제 2 전류 유도 수단을 포함하는 코일 시스템, 및 자기장 발생 수단과 제 1 및 제 2 전류 유도 수단 사이의 상대 이동을 용이하게 하기 위한 수단을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기장 발생 수단은 다수의 영구 자석들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기장 발생 수단은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템의 출력부에 걸친 전위에 대한 제 1 전류 유도 수단으로부터의 기여는 제 2 전류 유도 수단으로부터의 전위에 대한 기여와 동일한 극성을 가진다. 하나의 실시예에서, 제 1 전류 유도 수단은 절연층 상의 전도성 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일 시스템은 실질적으로 환상면체 코일 형태를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기장 발생 수단은 실질적으로 환상면체 페이스를 구비한 영구 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기장 발생 수단은 실질적으로 환상면체 캐비티를 포함한다. In one aspect, the electro-mechanical system comprises a magnetic field generating means, a first current inducing means and a coil system comprising a second current inducing means coupled to the first current inducing means and incompatible with the first current inducing means, and a magnetic field. Means for facilitating relative movement between the generating means and the first and second current inducing means. In one embodiment, the magnetic field generating means comprises a plurality of permanent magnets. In one embodiment, the magnetic field generating means is configured to generate a compressed magnetic field. In one embodiment, the contribution from the first current inducing means to the potential across the output of the coil system has the same polarity as the contribution to the potential from the second current inducing means. In one embodiment, the first current inducing means comprises a conductive trace on the insulating layer. In one embodiment, the coil system comprises a substantially toroidal coil form. In one embodiment, the magnetic field generating means comprises a permanent magnet having a substantially toroidal face. In one embodiment, the magnetic field generating means comprises a substantially toroidal cavity.
하나의 양태에 있어서, 전기-기계 시스템은 케이스, 케이스 내에 수용된 코일 시스템, 케이스 내에 수용된 에너지 저장 시스템, 케이스 내에 수용되고 같은 극들이 서로 마주하고 이격된 다수의 영구 자석들을 포함하는 자기장 발생 수단, 및 자기장 발생 수단과 코일 시스템 사이의 상대 이동을 용이하게 하도록 구성된 현수 시스템을 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기-기계 시스템은 코일 시스템과 에너지 저장 시스템에 결합된 에너지 전달 제어 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 케이스는 3.2인치3 미만의 내부 체적을 가진다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지 저장 시스템에서 대략 18.24J의 에너지를 저장하는 것에 의하여 5분 이상의 기간에 걸쳐서 10㎐의 주파수에서 사인 자극(sine stimulus)에 응답하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 에너지 저장 시스템은 초고용량형 축전기(supercapacitor)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지 저장 시스템에서 적어도 18J의 에너지를 저장하는 것에 의하여 5분의 기간에 걸쳐서 10㎐의 주파수에서 사인파 자극(sine wave stimulus)에 응답하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 에너지 저장 시스템의 전압 레벨은 대략 3V이다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지 저장 시스템에서 적어도 16J의 에너지를 저장하는 것에 의해 5분의 기간에 걸쳐서 10㎐의 주파수에서 사각파(square-wave)에 응답하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 에너지 저장 시스템의 전압 레벨은 대략 2.83V이다. 하나의 실시예에서, 시스템은 대략 2.7V의 전압 레벨에서 180Ω의 부하에 대해 적어도 14J의 에너지를 제공하는 것에 의해 5분의 기간에 걸쳐서 10㎐의 주파수에서 사인파 자극에 응답하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 대략 2.4V의 전압 레벨에서 90Ω의 부하에 대해 적어도 11J의 에너지를 제공하는 것에 의해 5분의 기간에 걸쳐서 10㎐의 주파수에서 사이파 자극에 응답하도록 구성된다. In one aspect, the electro-mechanical system comprises a case, a coil system housed in the case, an energy storage system housed in the case, a magnetic field generating means comprising a plurality of permanent magnets housed in the case and the same poles facing and spaced apart from each other, and A suspension system configured to facilitate relative movement between the magnetic field generating means and the coil system. In one embodiment, the electro-mechanical system further includes an energy transfer control system coupled to the coil system and the energy storage system. In one embodiment, the case has an internal volume of less than 3.2 inches 3 . In one embodiment, the system is configured to respond to a sine stimulus at a frequency of 10 Hz over a period of five minutes or more by storing approximately 18.24 J of energy in the energy storage system. In one embodiment, the energy storage system includes a supercapacitor. In one embodiment, the system is configured to respond to a sine wave stimulus at a frequency of 10 Hz over a period of 5 minutes by storing at least 18 J of energy in the energy storage system. In one embodiment, the voltage level of the energy storage system is approximately 3V. In one embodiment, the system is configured to respond to a square-wave at a frequency of 10 Hz over a period of 5 minutes by storing at least 16 J of energy in the energy storage system. In one embodiment, the voltage level of the energy storage system is approximately 2.83V. In one embodiment, the system is configured to respond to a sinusoidal stimulus at a frequency of 10 Hz over a period of 5 minutes by providing at least 14 J of energy for a load of 180 Ω at a voltage level of approximately 2.7 V. In one embodiment, the system is configured to respond to a stimulus stimulus at a frequency of 10 Hz over a period of 5 minutes by providing at least 11 J of energy for a load of 90 Ω at a voltage level of approximately 2.4 V.
도면에 있는 요소들의 크기 및 상대 위치는 반드시 축척으로 도시되지 않았다. 예를 들어, 다양한 요소들의 형상 및 각도는 축척으로 도시되지 않았으며, 이러한 요소들 중 일부는 도면 판독을 개선하도록 임의로 확장되고 위치된다. 또한, 도시된 바와 같은 요소들의 특정 형상은 반드시 특정 요소들의 실제 형상에 관한 임의의 정보를 전달하도록 반드시 의도되지 않으며, 도면에서의 인식의 용이성을 위하여 단독으로 선택되었다.The size and relative position of the elements in the figures are not necessarily drawn to scale. For example, the shape and angle of the various elements are not shown to scale, some of which elements are arbitrarily expanded and positioned to improve drawing reading. Moreover, the particular shape of the elements as shown is not necessarily intended to convey any information about the actual shape of the particular elements, and has been selected solely for ease of recognition in the drawings.
도 1은 바이메탈 코일의 실시예의 완전히 대립하는(diametric) 단면도.1 is a fully diametric cross-sectional view of an embodiment of a bimetal coil.
도 2는 본 발명에 따른 다중 코일 시스템의 실시예의 측면도. 2 is a side view of an embodiment of a multiple coil system in accordance with the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 다중 코일 시스템의 또 다른 실시예의 측면도.3 is a side view of another embodiment of a multiple coil system in accordance with the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 다중 코일 시스템의 또 다른 실시예의 평면도.4 is a plan view of another embodiment of a multiple coil system in accordance with the present invention.
도 5는 도 4에 도시된 다중 코일 시스템의 실시예의 저면도.5 is a bottom view of the embodiment of the multiple coil system shown in FIG.
도 6은 도 4에 도시된 다중 코일 시스템의 실시예의 또 다른 평면도.6 is another plan view of the embodiment of the multiple coil system shown in FIG.
도 7은 도 4에 도시된 다중 코일 시스템의 실시예의 측단면도.7 is a side cross-sectional view of the embodiment of the multiple coil system shown in FIG. 4.
도 8은 본 발명에 따른 다중 코일 시스템의 또 다른 실시예의 측단면도.8 is a side cross-sectional view of another embodiment of a multiple coil system in accordance with the present invention.
도 9는 도 3의 다중 코일 시스템의 실시예에서 사용하는데 적합한 층의 실시예의 평면도.9 is a plan view of an embodiment of a layer suitable for use in the embodiment of the multiple coil system of FIG.
도 10은 도 8의 다중 코일 시스템의 실시예에서 사용하는데 적합한 트레이스의 실시예의 측단면도.10 is a side cross-sectional view of an embodiment of a trace suitable for use in the embodiment of the multiple coil system of FIG. 8.
도 11은 도 8의 다중 코일 시스템의 실시예에서 사용하는데 적합한 층의 또 다른 실시예의 평면도.11 is a plan view of another embodiment of a layer suitable for use in the embodiment of the multiple coil system of FIG.
도 12는 도 8의 다중 코일 시스템의 실시예에서 사용하는데 적합한 트레이스의 또 다른 실시예의 측단면도.12 is a side cross-sectional view of another embodiment of a trace suitable for use in the embodiment of the multiple coil system of FIG. 8.
도 13은 본 발명에 따른 다중 코일 시스템의 또 다른 실시예의 측단면도.Figure 13 is a side cross-sectional view of another embodiment of a multiple coil system in accordance with the present invention.
도 14는 다중 코일 시스템의 실시예에 있는 코일 쌍들의 상대적인 물리적 위치를 도시한 기능 블록도.14 is a functional block diagram illustrating the relative physical location of coil pairs in an embodiment of a multiple coil system.
도 15는 도 14에 도시된 코일 쌍들의 직렬-병렬 결합의 실시예르 도시하는 기능 블록도.FIG. 15 is a functional block diagram illustrating an embodiment of a series-parallel coupling of coil pairs shown in FIG. 14.
도 16a 및 도 16b는 영구 자석에 의해 발생된 자속을 도시하는 도면.16A and 16B show magnetic flux generated by a permanent magnet.
도 17a 및 도 17b는 동일한 자극(stimulation)이 서로 마주하고 주위 거리와 실질적으로 접촉하는 위치 사이에서 함께 유지되도록 2개의 영구 자석들에 의해 발생된 자속을 도시하는 도면.17A and 17B show magnetic flux generated by two permanent magnets such that the same stimulation is held together between positions facing each other and substantially in contact with the ambient distance.
도 18a 및 도 18b는 같은 극들이 서로 마주하고 주위 거리와 실질적으로 접촉하는 위치 사이에서 함께 유지되도록 상이한 길이의 2개의 영구 자석들을 구비한 불균형의 자석 구조물의 실시예에 의해 발생된 자속을 도시하는 도면.18A and 18B show the magnetic flux generated by an embodiment of an unbalanced magnetic structure with two permanent magnets of different lengths such that the same poles stay together between positions facing each other and substantially in contact with the ambient distance. drawing.
도 19a 및 도 19b는 같은 극들이 서로 마주하고 주위 거리와 실질적으로 접촉하는 위치 사이에서 함께 유지되도록 상이한 길이의 2개의 영구 자석들을 구비한 불균형의 자석 구조물에 의해 발생된 자속을 도시한 도면.19A and 19B illustrate magnetic flux generated by an unbalanced magnetic structure with two permanent magnets of different lengths such that the same poles are held together between positions facing each other and substantially in contact with the ambient distance.
도 20a 및 도 20b는 같은 극들이 서로 마주하고 주위 거리와 실질적으로 접촉하는 위치 사이에서 함께 유지되도록 상이한 길이의 2개의 영구 자석들을 구비한 자석 구조물에 의해 발생된 자속을 도시하는 도면.20A and 20B show magnetic flux generated by a magnetic structure having two permanent magnets of different lengths such that the same poles are held together between positions facing each other and substantially in contact with the ambient distance.
도 21은 불균형의 자석 구조물의 또 다른 실시예의 측단면도.21 is a side cross-sectional view of another embodiment of an unbalanced magnetic structure.
도 22는 불균형의 자석 구조물의 또 다른 실시예의 측단면도.22 is a side cross-sectional view of another embodiment of an unbalanced magnetic structure.
도 23은 배터리의 실시예의 완전히 대립하는 단면도.23 is a fully opposing cross-sectional view of an embodiment of a battery.
도 24는 배터리의 또 다른 실시예의 측단면도.24 is a side cross-sectional view of another embodiment of a battery.
도 25는 전기-기계 시스템의 실시예의 완전히 대립하는 단면도.25 is a fully opposing cross sectional view of an embodiment of an electro-mechanical system.
도 26은 전기-기계 시스템의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도.Figure 26 is a fully opposing cross sectional view of another embodiment of an electro-mechanical system.
도 27은 불균형의 자석 구조물의 또 다른 실시예의 측단면도.27 is a side cross-sectional view of another embodiment of an unbalanced magnetic structure.
도 28은 코일 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 도면.28 shows yet another embodiment of a coil system.
다음의 설명에서, 특정 상세는 장치, 방법 및 물품의 다양한 실시예들의 완전한 이해를 제공하기 위하여 설정된다. 그러나, 당업자는 다른 실시예들이 이러한 상세없이 예측될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다른 예에서, 배터리, 선형 발전기 및 제어 시스템과 관련된 널리 공지된 구조 및 방법은 실시예의 불필요하게 애매한 설명을 피하도록 상세하게 도시 또는 기술되지 않는다. In the following description, specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of various embodiments of the apparatus, method and article. However, one skilled in the art will understand that other embodiments may be predicted without such details. In other instances, well known structures and methods in connection with batteries, linear generators, and control systems are not shown or described in detail to avoid unnecessarily obscure descriptions of the embodiments.
설명은 달리 요구하지 않으면, 상세한 설명 및 특허청구범위에 사용된 용어 "포함하는"과 그 변형은 "구비하지만, 이에 한정되지 않는"과 같이 개방된 포괄적 의미이다. Unless otherwise required, the term “comprising” and variations thereof used in the description and claims are open, inclusive, meaning “including, but not limited to”.
"하나의 실시예", 또는 "실시예"에 대한 명세서의 용어는 실시예와 관련된 특정의 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미한다. 그러므로, 명세서 중의 구문 "하나의 실시예에서", 또는 "실시예에서"의 사용은 반드시 동일한 실시예 또는 모든 실시예들을 언급하는 것은 아니다. 또한, 특정의 특징, 구조 또는 특성은 추가의 실시예를 얻도록 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. The term “one embodiment” or “an embodiment” means that a particular feature, structure, or characteristic associated with an embodiment is included in at least one embodiment. Therefore, the use of the phrases "in one embodiment" or "in an embodiment" in the specification does not necessarily refer to the same embodiment or all embodiments. In addition, certain features, structures, or characteristics may be combined in any suitable manner in one or more embodiments to obtain further embodiments.
명칭(heading)은 단지 편의를 위해 제공되는 것이며, 본 개시 또는 청구된 발명의 범위 또는 의미를 해석하도록 의도된 것은 아니다.Headings are provided for convenience only and are not intended to interpret the scope or meaning of the present disclosure or claimed invention.
도 1은 바이메탈 코일(100)의 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 코일(100)은 비자성 권선 형태(102), 전기 유도(electric conductive) 권선(104) 및 자기 유도(magnetic conductive) 권선(106)을 포함한다. 자기 유도 권선(106)과 같은 자기 유도 권선과 함께 전기 유도 권선(104)과 같은 전기 유도 권선의 사용은 코일(100)의 권선(104)과 같은 코일의 전기 유도 권선을 통과하는 또는 전기 유도 권선에 의해 발생된 자기장의 초점화(focusing)를 용이하게 한다. 자기장의 초점화 는 코일(100)의 효율을 상당히 증가시킨다. 예를 들어, 코일(100)이 발전기에 채택될 때, 자석 구조물이 코일(100)을 통과함으로써, 전기 유도 권선(104)은 전류를 만드는 한편, 자기 유도 권선(106)은 전기 유도 권선(104)에서 자속의 초점을 맞추고, 코일(100)로부터의 전력 출력을 증가시킨다.1 is a completely opposing cross sectional view of an embodiment of a
전기 유도 권선(104)의 제 1 층(108) 및 제 2 층(110)이 권선 형태(102) 상에 권취된다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선(104)은 연속한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선(104)은 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있는 다수의 권선들을 포함할 수 있다. 자기 유도 권선(106)의 제 1 층(112)은 전기 유도 권선(104)의 제 2 층(110) 위에 권취된다. 전기 유도 권선(104)의 제 3 층(114) 및 제 4 층(116)은 자기 유도 권선(106)의 제 1 층(112) 위에 권취된다. 자기 유도 권선(106)의 제 2 층(118)은 전기 유도 권선(104)의 제 4 층(116) 위에 권취된다. 전기 유도 권선(104)의 제 5 층(119)은 자기 유도 권선(106)의 제 2 층(118) 위에 권취된다.
전기 유도 권선(104)은 예를 들어, 구리, 은 또는 주석 도금 구리, 알루미늄, 은, 금 및/또는 합금과 같은 금속 물질과 같은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 전기 유도 권선(104)은 예를 들어 실축(solid) 와이어, 끈, 비틀린 끈, 절연 끈, 시트 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 리츠(Litz) 와이어가 채택될 수 있다. 전기 유도 권선(104)은 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다. 전기 유도 권선(104)은 전형적으로 절연재(102)로 덮여진다. 전기 유도 권선(104)은 코 일(100)을 위한 리드(122, 124)들에 결합된다. The electrical induction winding 104 may be composed of any suitable electrical induction material such as, for example, a metallic material such as copper, silver or tinned copper, aluminum, silver, gold and / or alloys. The electrical induction winding 104 may include, for example, solid wires, strings, twisted strings, insulated strings, sheets or combinations thereof. For example, Litz wire may be employed. The electrical induction winding 104 may vary considerably in size from that shown and may be significantly smaller or significantly larger than that shown. Electrical induction winding 104 is typically covered with insulating
자기 유도 권선(106)은 임의의 적절한 자기 유도 물질, 예를 들어 니켈, 니켈/철 합금, 니켈/주석 합금, 니켈/은 합금, 플라스틱 자기 차폐물, 및/또는 니켈/철/구리/몰리브덴 합금과 같은 자기 차폐 물질로 구성될 수 있다. 자기 차폐 물질은 MuMetal®, Hipernom®, HyMu 80®, 및 Permalloy®을 포함하는 몇 개의 상표 하에서 상업적으로 시판되고 있다. 자기 유도 권선(106)은 예를 들어 실축 와이어, 비틀린 끈, 절연 끈, 시트 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 자기 유도 권선(106)은 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다. 자기 유도 권선(106)은 전형적으로 절연재(126)로 덮여진다. 자기 유도 권선(106)은 연결부(128)에 의해 도시된 바와 같이 폐루프를 형성하고, 도시된 바와 같이 접지(130)에 연결된다. The magnetic induction winding 106 may be made of any suitable magnetic induction material such as nickel, nickel / iron alloys, nickel / tin alloys, nickel / silver alloys, plastic magnetic shields, and / or nickel / iron / copper / molybdenum alloys. It may be composed of the same magnetic shielding material. Magnetic shielding materials are commercially available under several trademarks, including MuMetal®, Hipernom®, HyMu 80®, and Permalloy®. Magnetic induction winding 106 may include, for example, solid wire, twisted string, insulated string, sheet, or a combination thereof. The magnetic induction winding 106 may vary considerably in size from that shown, and may be significantly smaller or significantly larger than that shown. Magnetic induction winding 106 is typically covered with insulating
전기 유도 권선 및 자기 유도 권선의 층들의 다른 구성이 채택될 수 있다. 예를 들어, 전기 유도 권선의 2개의 층들이 자기 유도 권선의 하나의 층과 교번하는 대신에, 전기 유도 권선의 m개의 층들이 자기 유도 권선의 n개의 층들과 교번하고, m과 n은 양의 정수이다. 또 다른 예에서, m과 n은 일정할 필요는 없다. 예를 들어, 층들의 수는 증가하거나 또는 감소한다. 예시적인 층 패턴은 2E, 1M, 3E, 2M, 4E이며, E는 전기 유도 층을 나타내며, M은 자기 유도 층을 나타낸다. Other configurations of layers of electrical induction windings and magnetic induction windings can be adopted. For example, instead of the two layers of the electrical induction winding alternating with one layer of the magnetic induction winding, the m layers of the electrical induction winding alternate with the n layers of the magnetic induction winding, where m and n are positive. Is an integer. In another example, m and n need not be constant. For example, the number of layers increases or decreases. Exemplary layer patterns are 2E, 1M, 3E, 2M, 4E, where E represents an electrically inducing layer and M represents a magnetic inducing layer.
전형적으로, 제 1 층과 마지막 층은 전기 유도 권선(104)의 층들로 구성된다. 하나의 경험적인 실시예에서, 전기 유도 권선(104)을 구성하는 제 1 층과 마지막 층을 구비한 구성은 마지막 층이 자기 유도 권선(106)으로 구성되었을 때보다 발전기 적용에서 보다 좋은 성능을 만들었다. 또 다른 예에서, 다수의 전기 유도 권선들이 채택될 수 있었다. 바이메탈 코일들의 추가의 예의 실시예는 바이메탈 코일이란 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원 중인 미국특허 출원 제11/475,389호에 개시되어 있다. Typically, the first layer and the last layer consist of layers of the electrical induction winding 104. In one empirical embodiment, the configuration with the first and last layers that make up the induction winding 104 made better performance in generator applications than when the last layer consisted of the magnetic induction winding 106. . In another example, multiple electrical induction windings could be employed. A further example embodiment of bimetal coils is disclosed in concurrently pending US patent application Ser. No. 11 / 475,389, filed June 26, 2006, entitled Bimetal Coil.
도 2는 다중 코일 시스템(200)의 실시예의 기능 블록도이다. 시스템(200)은 제 1 코일(202), 제 2 코일(204) 및 코일 형태(206)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 2개의 코일(202, 204)들은 단일 코일 형태(206) 상에 권취된다. 일부 실시예에서, 별도의 코일 형태들이 제 1 코일 및 제 2 코일들을 위해 채택될 수 있다. 일부 실시예에서, 코일 형태 또는 형태들의 지름은 변할 수 있다. 도시된 바와 같이, 코일 형태(206)는 원통 형상이다. 실질적으로 환상면체 형상의 코일 형태(도 28 참조)와 같은 다른 코일 형태가 채택될 수 있다. 실질적으로 환상면체 형상의 코일 형태는 예를 들어 진 환상면체 형상 코일 형태(true toroidal-shaped coil form), 제조 공차를 반영하는 환상면체 형상 코일 형태, 또는 타원 형상의 코일 형태와 같은 변형된 환상면체 형상 코일을 포함할 수 있다.2 is a functional block diagram of an embodiment of a
제 1 코일(202)은 와이어(208)를 포함한다. 와이어(208)는 코일 형태(206) 상의 권선(207)에서 제 1 수의 턴(n)이다. 와이어(208)는 제 1 두께(210)에 의해 정의되는 주계를 가진다. 와이어가 둥근 경우에, 상기 두께는 와이어의 지름이며, 주계는 와이어의 원주이며, 지름은 다음의 수학식 1에 따라서 원주와 관련된다:The
와이어(208)는 또한 주계에 의해 분할된 벡터에 대해 와이어의 단면적인 등량 지름을 가진다. 둥근 와이어의 경우에, 등량 지름은 다음의 수학식 2에 따라서 정의될 수 있다:
상이한 형상을 구비한 와이어들이 일부 실시예에서 채택될 수 있다. 둥근 와이어를 채택하는 것이 필요한 것은 아니다. Wires with different shapes may be employed in some embodiments. It is not necessary to adopt round wires.
제 1 코일(202)은 방향 화살표(212)에 의해 지시된 바와 같이 제 1 방향(Y)으로 권취된다. 제 1 코일(202)은 제 1 리드(214)와 제 2 리드(216)를 가진다. 제 2 코일(204)은 와이어(218)를 포함한다. 와이어(218)는 코일 형태(206) 상에서 권선(217)으로 제 2 수의 제 1 턴(m)으로 권취된다. 와이어(218)가 둥근 경우에, 와이어(218)는 제 2 두께(220) 또는 지름에 의해 정의되는 원주를 가진다. 제 2 코일(204)은 방향 화살표(222)에 의해 지시된 바와 같이 제 2 방향(Z)으로 권취된다. 제 2 코일은 제 1 리드(224)와 제 2 리드(226)를 가진다. 코일(202, 204)들의 권선(207, 217)들의 상세는 도시를 용이하게 하기 위하여 생략된다. 예를 들어, 코일(202, 204)들은 각각 전형적으로 권선(207, 217)들에 있는 다중 층들을 가진다. 일부 실시예에서, 코일(202, 204)들은 예를 들어 수 백개의 턴을 가질 수 있다. The
와이어(208, 218)들은 예를 들어 구리, 은 또는 주석 도금 구리, 알루미늄, 은, 금 및/또는 합금과 같은 금속 물질과 같은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 와이어(208, 218)들은 예를 들어 실축 와이어, 끈, 비틀린 끈, 절연 끈, 시트 또는 그 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 리츠 와이어가 채택될 수 있다. 코일(202, 204)들은 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다. 와이어(208, 218)들은 전형적으로 절연재(도 1에 있는 절연 물질(120) 참조)로 덮여진다. The
시스템(200)은 또한 점선을 사용하여 도시된 축선(203)을 따라서 코일 형태(206)를 통해 이동하도록 구성된 선택적 자석 구조물(228)을 가진다. 예를 들어, 현수 시스템(예를 들어, 도 7에 있는 현수 시스템(423) 참조)은 축선(230)을 따라서 코일 형태(206)를 통한 자석 구조물(228)의 이동을 용이하게 하도록 채택될 수 있다. 이후에 기술되는, 자석 구조물이라는 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원중인 미국특허출원 제11/475,858호에 개시된 것과 같은 자석 구조물(228)이 채택될 수 있다. 예시된 바와 같이, 자석 구조물(228)은 대체로 선형 경로를 따라서 코일 형태(206)를 통하여 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 자석 구조물(228)은 다른 경로를 따라서 코일 형태(206)를 통해 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 대체로 원형 경로가 환상면체 코일과 함께 채택될 수 있다(도 28 참조).
예시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 코일(202, 204)들은 이것들이 적어도 하나의 상이한 물리적 특성을 가지는 것으로 부조화된다. 코일들의 예시적인 물리적 특성은 길이, 폭, 지름, 벡터에 대한 단면적, 등량 지름 및 전도성을 포함한다. 예시된 바와 같이, 적어도 2개의 물리적 특성들은 상이하다. 특히, 제 1 두께(210)는 제 2 두께(220)보다 작으며, 턴(n)의 제 1 수는 턴(m)의 제 2 수보다 크다. 부가하 여, 제 1 방향(Y)은 제 2 방향(Z)과 다르다. 일부 실시예에서, 제 1 코일(202)의 권선(207)의 턴(n)의 수는 제 2 코일(204)의 권선(217)의 턴(m)의 수와 동일하거나 또는 그보다 적을 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 두께(210)는 제 2 두께(220)와 동일하거나 또는 그보다 클 수 있다. 시스템(200)은 예를 들어 코일 형태(206)를 통한 자석 구조물(228)의 이동에 응답하여 전기 에너지를 발전시키는 발전기로서 채택될 수 있다.As illustrated, the first and
예시된 바와 같이, 제 1 코일(202)의 제 1 리드(214)는 제 2 코일(204)의 제 2 리드(226)에 결합된다. 선택적 부하(232)는 제 1 코일의 제 1 리드(216)와 제 2 코일의 제 1 리드(224) 사이에 결합된다. 예시된 실시예에서, 제 1 코일(202)은 코일 형태(206)를 통한 자석 구조물(228)의 이동에 응답하여 제 1 코일(202)의 제 2 리드(216)와 제 2 코일(204)의 제 1 리드(224) 사이에 만들어진 전위(V)의 가장 큰 전압 성분을 제공하게 되고, 제 1 및 제 2 코일(202, 204)은 모두 이동에 응답하여 동일 극성의 전위 성분에 기여한다. 부가하여, 제 2 코일(204)은 부하(232)를 통하여 흐르는 전류(i)의 가장 큰 전류 성분을 제공하게 되고, 두 코일(202, 204)들은 이동에 응답하여 동일한 방향으로 전류에 기여한다. As illustrated, the
일부 실시예에서, 제 1 코일(202)은 상이한 방식으로 제 2 코일(204)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제 1 코일(202)의 제 1 리드(214)는 제 2 코일(204)의 제 1 리드(224)에 결합될 수 있으며, 부하(232)는 제 1 코일(202)의 제 2리드(216)와 제 2 코일(204)의 제 2 리드(226)에 걸쳐서 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 1 코일(202)의 제 2 리드(216)는 제 2 코일(204)의 제 1 리 드(224)에 결합될 수 있으며, 부하(232)는 제 1 코일(202)의 제 1 리드(214)와 제 2 코일(204)의 제 2 리드(226)에 걸쳐서 결합될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제 1 코일(202)의 제 2 리드(216)는 제 2 코일(204)의 제 2 리드(226)에 결합될 수 있고, 부하(232)는 제 1 코일(202)의 제 1 리드(214)와 제 2 코일(204)의 제 1 리드(224)에 걸쳐서 결합될 수 있다. 또 다른 예에서, 제 1 코일(202)의 제 1 리드(214)는 제 2 코일(204)의 제 1 리드(224)에 결합될 수 있고, 제 1 코일(202)의 제 2 리드(216)는 제 2 코일(204)의 제 2 리드(226)에 결합될 수 있고, 부하(232)는 결합된 리드들 쌍에 걸쳐서 결합될 수 있다.In some embodiments, the
일부 실시예들은 다양한 방식으로 서로 결합되는 추가의 코일들 및/또는 코일들 쌍을 채택할 수 있다. 일부 실시예는 하나 이상의 바이메탈 코일들을 채택할 수 있다. 예를 들어 도 1의 바이메탈 코일(100)을 참조한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제 1 코일(202), 제 2 코일(204), 또는 두 코일 모두는 바이메탈 코일로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 자석 구조물(228)은 코일(202, 204)들을 통하기 보다는 오히려, 제 1 및 제 2 코일(202, 204) 측을 따라서 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일들은 코일 형태 상에 권취된 와이어 대신에 또는 와이어에 부가하여 서로 결합된 일련의 와이어 세그먼트(segment)들로 구성될 수 있다. Some embodiments may employ additional coils and / or pairs of coils that are coupled to each other in various ways. Some embodiments may employ one or more bimetal coils. See, for example, the
도 3은 다중코일 시스템(300)의 또 다른 실시예의 기능 블록도이다. 시스템(300)은 제 1 코일(302), 제 2 코일(304), 및 코일 형태(306)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 2개의 코일(302, 304)들은 단일 코일 형태(306) 상에 권취된다. 일 부 실시예에서, 별도의 코일 형태가 제 1 및 제 2 코일(302, 304)들을 위해 채택될 수 있다. 일부 실시예에서, 코일 형태 또는 형태들의 지름은 변할 수 있다.3 is a functional block diagram of another embodiment of a
제 1 코일(302)은 제 1 두께(310)의 와이어(308)를 포함하고, 와이어는 방향 화살표(312)에 의해 지시된 바와 같이 제 1 방향(Y)으로 코일 형태(306) 상에서 제 1 수의 턴(n)으로 권취된다. 제 1 코일(302)은 제 1 리드(314)와 제 2 리드(316)를 가진다. 제 2 코일(304)은 제 2 두께(320)의 와이어(318)를 포함하고, 와이어는 방향 화살표(312)에 의해 지시된 바와 같이 동일한 방향(Y)으로 제 2 수의 턴(m)으로 권취된다. 일부 실시예에서 전형적인 코일은 예를 들어 수 백개의 턴을 가질 수 있다. 제 2 코일(304)은 제 1 리드(324)와 제 2 리드(326)를 가진다. 코일(302, 304)들의 권선(307, 317)들의 상세는 도시를 용이하게 하기 위하여 생략된다. 예를 들어, 코일(302, 304)들은 전형적으로 각각 다중 층들의 권선을 가진다. 와이어(308, 318)들은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있으며, 전형적으로 도 2의 와이어(208, 218)들에 대해 상기된 바와 같은 절연 물질로 코팅된다. 주계 및 등량 지름은 와이어(308, 318)들을 위해 정의될 수 있다.The
시스템(300)은 또한 점선을 사용하여 도시된 축선(330)을 따라서 코일 형태(306)를 통해 이동하도록 구성된 선택적 자석 구조물(328)을 가진다. 예를 들어, 현수 시스템(도 7의 현수 시스템(432) 참조)이 축선(330)을 따라서 코일 형태(306)를 통해 자석 구조물(328)의 이동을 용이하게 하도록 채택될 수 있다. 자석 구조물이라는 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원중인 미국특허출원 제11/475,858호에 개시된 것과 같은 자석 구조물(328)이 채택될 수 있다. The
예시된 바와 같이, 제 1 두께(310)는 제 2 두께(320)보다 작으며, 턴(n)의 제 1 수는 턴(m)의 제 2 수보다 크다. 그러므로, 코일(302, 304)들은 부조화된다. 일부 실시예에서, 제 1 코일(302)의 턴(n)의 수는 제 2 코일(304)의 턴(m)의 수와 동일하거나 또는 그보다 작을 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 두께(310)는 제 2 두께(320)와 동일하거나 또는 그보다 클 수 있다. 시스템(300)은 예를 들어 코일 형태(306)를 통한 자석 구조물(328)의 이동에 응답하여 전기 에너지를 발전시키는 발전기로서 채택될 수 있다. As illustrated, the
예시된 바와 같이, 제 1 코일(302)의 제 2 리드(316)는 제 2 코일(304)의 제 1 리드(324)에 결합된다. 선택적 부하(332)는 제 1 코일(302)의 제 1 리드(314)와 제 2 코일(304)의 제 2 리드(326) 사이에 결합된다. 예시적인 실시예에서, 제 1 코일(302)은 코일 형태(306)를 통한 자석 구조물(328)의 이동에 응답하여 제 1 코일(302)의 제 1 리드(314)와 제 2 코일(304)의 제 2 리드(326) 사이에 만들어진 전위(V)의 가장 큰 전압 성분을 제공하게 되고, 제 1 및 제 2 코일(302, 304)들은 모두 이동에 응답하여 동일한 극성의 전위 성분에 기여한다. 부가하여, 제 2 코일(304)은 부하(332)를 통하여 흐르는 전류(i)의 가장 큰 성분을 제공하게 되고, 두 코일들은 이동에 응답하여 동일한 방향으로 전류에 기여한다. As illustrated, the
일부 실시예에서, 제 1 코일(302)은 상이한 방식으로 제 2 코일(304)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제 1 코일(302)의 제 1 리드(314)는 제 2 코일(304)의 제 1 리드(324)에 결합될 수 있고, 부하(332)는 제 1 코일(302)의 제 2 리드(316)와 제 2 코일(304)의 제 2 리드(326)에 걸쳐서 결합될 수 있다. 또 다른 예에서, 제 1 코일(302)의 제 1 리드(314)는 제 2 코일(304)의 제 2 리드(326)에 결합될 수 있으며, 부하(332)는 제 1 코일(302)의 제 2 리드(316)와 제 2 코일(304)의 제 1 리드(324)에 걸쳐서 결합될 수 있다. 또 다른 예에서, 제 1 코일(302)의 제 2 리드(316)는 제 2 코일(304)의 제 2 리드(326)에 결합될 수 있으며, 부하(332)는 제 1 코일(302)의 제 1 리드(314)와 제 2 코일(304)의 제 1 리드(324)에 걸쳐서 결합될 수 있다. 또 다른 예에서, 제 1 코일(302)의 제 1 리드(314)는 제 2 코일(304)의 제 1 리드(324)에 결합될 수 있고, 제 1 코일(302)의 제 2 리드(316)는 제 2 코일(304)의 제 2 리드(326)에 결합될 수 있으며, 부하(332)는 결합된 리드들 쌍에 걸쳐서 결합될 수 있다. In some embodiments, the
일부 실시예들은 다양한 방식으로 서로 결합되는 추가의 코일 및/또는 코일들 쌍을 채택할 수 있다. 일부 실시예들은 하나 이상의 바이메탈 코일들을 채택할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제 1 코일(302), 제 2 코일(304), 또는 두 코일 모두는 바이메탈 코일로 구성될 수 있다(도 1의 바이메탈 코일(100) 참조). 일부 실시예에서, 자석 구조물(328)은 코일(302, 304)들을 통하는 대신에 제 1 및 제 2 코일(302, 304) 측을 따라서 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일들은 코일 형태 상에 권취된 와이어들 대신 또는 와이어들에 부가하여 서로 결합되는 일련의 와이어 세그먼트들로 구성될 수 있다. Some embodiments may employ additional coils and / or pairs of coils that are coupled to each other in various ways. Some embodiments may employ one or more bimetal coils. For example, in some embodiments, the
도 4 내지 도 7은 부조화된 코일들을 채택하는 다중 코일 시스템(400)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 4 내지 도 7은 도시를 용이하게 하기 위하여 축척으로 도시되지 않았다. 도 4는 다중 코일 시스템(400)의 평면도이다. 다중 코일 시스 템(400)은 상부면(404)을 구비한 절연재의 층(402)을 포함한다. 절연재의 층(402)은 예를 들어 집적회로 기판, 기판 또는 절연 박막 또는 시트를 포함할 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 절연재는 예를 들어 상표 Mylar®하에서 시판되고 있다. 제 1 전기 유도 권선 또는 트레이스(406)는 절연재의 층(402)의 상부면(404) 상에 제 1 코일(408)을 형성한다. 제 1 전기 유도 트레이스(406)는 예를 들어 구리, 알루미늄, 금, 은 및 합금과 같은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은, 기판들 상에 트레이스를 형성하기 위하여 널리 공지된 기술들이 채택될 수 있다. 절연재의 층(402)은 개구(410)를 가진다. 전기 유도 트레이스(406)는 제 1 두께(412)를 가지며, 위로부터 보았을 때 개구(410)에 대해 제 1 방향(Y)으로 권취된다. 제 1 전기 유도 트레이스(406)는 또한 예시된 바와 같이 4개의 턴인 제 1 수의 턴(n)을 가진다. 트레이스(406)는 반드시 축척으로 도시되지 않았으며, 임의의 수의 턴(n)이 채택될 수 있다. 작은 발전기에서 사용하기 위한 전형적인 실시예는 예를 들어 1 내지 15개의 턴을 가질 수 있다. 제 1 코일(408)은 제 1 단자(414)와 제 2 단자(416)를 가진다. 4-7 illustrate another embodiment of a
도 5는 도 4에 도시된 다중 코일 시스템(400)의 실시예의 저면도이다. 절연재의 층(402)은 하부면(418)을 가진다. 제 2 전기 유도 권선 또는 제 2 트레이스(420)는 절연재의 층(402)의 하부면(418) 상에 제 2 코일(422)을 형성한다. 제 2 전기 유도 트레이스(420)는 예를 들어 구리, 알루미늄, 금, 은, 및 합금과 같은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은, 기판들 상에 트레이스를 형성하기 위하여 널리 공지된 기술들이 채택될 수 있다. 전기 유도 트레이스(420)는 제 2 두께(424)를 가지며, 위로부터 보았을 때 개구(410)에 대해 제 2 방향(Z)으로 권취된다. 전기 유도 트레이스(420)는 도시된 바와 같이 2개의 턴인 제 2 수의 턴(m)을 가진다. 트레이스(420)는 반드시 축척으로 도시되지 않았으며, 임의의 수의 턴(m)이 채택될 수 있다. 작은 발전기에서 사용하기 위한 전형적인 실시예는 예를 들어 1 내지 15개의 턴을 가질 수 있다. 제 2 코일(422)은 제 1 단자(426)와 제 2 단자(428)를 가진다. FIG. 5 is a bottom view of an embodiment of the
도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 방향(Y)은 위로부터 보았을 때 개구(410)에 대해 시계 방향 배향을 가진다. 제 2 방향(Z)은 위로부터 보았을 때 개구(410)에 대해 반시계 방향 배향을 가진다. 그러나, 아래로부터 보았을 때(도 5에 도시된 바와 같이), 제 2 방향(Z)은 개구(410)에 대해 시계 방향 배향을 가진다. 도 6은 시스템(400)의 또 다른 평면도이며, 동일한 투시로부터, 즉 위로부터 보았을 때, 제 1 방향(Y)이 제 2 방향(Z)과 반대인 것을 도시한다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일(408, 422)들은 모두 동일한 투시, 예를 들어 위로부터 보았을 때 개구(410)에 대해 동일한 방향(방향(Y)과 같은)으로 권취될 수 있다. As shown in FIG. 4, the first direction Y has a clockwise orientation with respect to the
도 7은 선택적 자석 구조물(430)과, 자석 구조물(430)이 개구(410)를 통과하는 것을 용이하게 하는 현수 시스템(432)을 도시하는, 도 4 내지 도 6에 도시된 다중 코일 시스템(400)의 또 다른 실시예의 측면도이다. 일부 상세는 도시를 용이하게 하도록 도 7로부터 생략된다. 시스템(400)은 개구(410)를 통한 자석 구조물(430)의 이동에 응답하여 전기 에너지를 발전시키는 발전기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 시스템(400)은 또한 코일(408, 422)들에 대한 전기 에너지의 인가에 응답하여 자석 구조물(430)을 이동시키는 모터로서 동작하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 발전기로서 구성될 때, 제 1 코일(408)의 제 1 단자(414)가 제 2 코일(422)의 제 2 단자(428)에 결합되면, 제 1 코일(408)은 제 1 및 2 코일(408, 422)를 통한 자석 구조물(430)의 통과에 응답하여 제 1 코일(408)의 제 2 단자(416)와 제 2 코일(422)의 제 1 단자(426) 사이에 만들어진 전위의 가장 큰 성분을 제공하게 되고, 제 1 코일(408)과 제 2 코일(422)은 모두 이동에 응답하여 동일한 극성의 전압 성분에 기여한다. 부가하여, 제 2 코일(422)은 전류(i)의 가장 큰 성분을 제공하게 되고, 두 코일(408, 422)은 이동에 응답하여 동일한 방향으로 전류에 기여한다. 7 illustrates an optional
일부 실시예들은 다양한 방식으로 서로 결합되는 추가의 코일들 및/또는 코일들 쌍을 채택할 수 있다. 일부 실시예들은 하나 이상의 바이메탈 코일들을 채택할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제 1 코일(408), 제 2 코일(422), 또는 두 코일 모두는 바이메탈 코일(도 1의 바이메탈 코일(100), 뿐만 아니라 "바이메탈 코일"이란 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원 중인 미국특허 출원 제11/475,389호에 개시되어 있는 바이메탈 코일 참조)로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 자석 구조물(430)은 코일(408, 422)들을 통하기 보다는 오히려 제 1 및 제 2 코일(408, 422) 측을 따라서 또는 주위에서 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일들은 권취된 트레이스 대신에 또는 이에 부가하여 서로 결합되는 일련의 트레이스 세그먼트들로 구성될 수 있다. Some embodiments may employ additional coils and / or pairs of coils that are coupled to each other in various ways. Some embodiments may employ one or more bimetal coils. For example, in some embodiments, the
도 8 내지 도 11은 부조화된 코일들을 채택하는 다중 코일 시스템(800)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 8은 다중 코일 시스템(800)의 측단면도이다. 시스템(800)은 제 1 코일(802)과 제 2 코일(804)을 포함한다. 제 1 코일(802)은 제 2 코일(804)의 대응하는 물리적 특성과 다른 적어도 하나의 물리적 특성 또는 특징을 가진다. 8-11 illustrate another embodiment of a
제 1 코일(802)은 절연재(806)의 특정 수(n)의 적층된 층들을 포함한다. 도 9는 제 1 코일(802)의 층(806)의 실시예의 평면도이다. 임의의 수(n)의 절연재의 층(806)들은 제 1 코일(802)에서 함께 적층될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 절연재의 단일층(806)을 가질 수 있는 한편, 다른 실시예들은 절연재(806)의 수 백개의 층들을 채택할 수 있다. 절연재의 층(806)들은 예를 들어 집적회로 기판, 기판 또는 절연 박막 또는 시트를 포함할 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 물질들은 예를 들어 상표 Mylar®하에서 시판되고 있다. n개의 층(806)들은 도 9에 도시된 바와 같이 위로부터 보았을 때 층(806)에 있는 중심공(810)에 대해 제 1 방향(Y)으로 권취되는 전기 유도 트레이스(808)를 가진다. 전기 유도 트레이스(808)는 예를 드어 구리, 알루미늄, 금, 은, 및 합금과 같은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은, 기판들 상에 트레이스들을 형성하기 위하여 널리 공지된 기술들이 채택될 수 있다. 제 1 리드(812)는 전기 유도 트레이스(808)의 제 1 단부(814, 도 9 참조)를 서로 결합하고, 제 2 리드(816)는 전기 유도 트레이스(808)의 제 2 단부(818, 도 9 참조)를 서로 결합한다. 예시된 바와 같이, 각각의 트레이스(808)는 깊이(809)와 폭(807)에 의해 정의되는 주계(811)를 가진다(도 10 참조). 특히 예시된 바와 같이, 트레이 스(808)의 주계는 다음의 수학식 3에 따라서 정의된다:The
트레이스(808)는 선형일 필요는 없다. 그러므로, 주계(811)는 다른 치수들에 의해 정의될 수 있다. 트레이스(808)는 상대 이동의 벡터에 대해 코일(804)의 배향이 기초하여 변할 수 있는 자기장(예를 들어 도 16 내지 도 20에서의 자속선에 의해 예시된 자기장)에 대해 상대 이동이 발생할 때 등량 지름을 가진다. 등량 지름은 코일의 주계에 의해 분할된 상대 이동의 벡터에 대해 직각인 코일의 단면적으로서 정의될 수 있다. 예를 들어, 선택적 자석 구조물(840)이 층(806)에 대해 직각인 축선(842)을 따라서 코일(802)에 대해 이동될 때, 제 1 코일(802)의 선형 트레이스(808)의 등량 지름은 다음의 수학식 4와 같이 설명될 수 있다:
예시된 바와 같은 트레이스(808)는 완전한 턴을 형성하지 못한다. 일부 실시예는 위에서 도 4 내지 도 7에 도시된 것들과 같이 하나 이상의 턴을 구비한 트레이스들을 채택할 수 있다. 트레이스에 턴을 부가하는 것은 트레이스의 등량 지름을 증가시킬 수 있다. 트레이스들은 곡선일 필요는 없다. 예를 들어, 일부 실시예들은 직선 세그먼트를 포함하는 트레이스들을 채택할 수 있다. 트레이스들로 구성된 코일의 등량 지름은 트레이스들의 등량 지름의 합으로서 설명될 수 있다.
제 2 코일(804)은 일정 수(m)의 절연재의 적층된 층(820)들을 포함한다. 도 11은 제 2 코일(804)의 층(820)의 실시예의 평면도를 도시한다. 절연재(820)의 임의의 수의 층(m)들은 제 2 코일(804)에서 함께 적층될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 절연재의 단일 층(820)을 가질 수 있는 한편, 다른 실시예들은 절연재의 수 백개의 층(820)들을 채택할 수 있다. 절연재의 층(820)들은 예를 들어 집적회로 기판, 기판 또는 절연 박막 또는 시트로 구성될 수 있다. 상업적으로 이용가능한 절연재들은 예를 들어 상표 Mylar®하에서 시판되고 있다. 각각의 층(820)은 도 11에 보다 상세하게 도시된 바와 같이 층(822)에 있는 중심공(824)에 대해 제 2 방향(Z)으로 권취된 전기 유도 트레이스(822)를 가진다. 전기 유도 트레이스(822)는 예를 들어 구리, 알루미늄, 금, 은, 및 합금과 같은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은, 기판 상에 트레이스를 형성하기 위하여 널리 공지된 기술들이 채택될 수 있다. 제 1 리드(826)는 전기 유도 트레이스(822)의 제 1 단부(828, 도 11 참조)를 결합하고, 제 2 리드(830)는 전기 유도 트레이스(822)의 제 2 단부(832, 도 11 참조)를 서로 결합한다. 예시된 바와 같이, 각각의 트레이스(822)는 트레이스(808)에 대해 상기된 바와 같이 깊이(823)와 폭(821)에 의해 정의되는 주계(825)를 가진다(도 12 참조). 트레이스(822)들은 선형일 필요는 없다. 그러므로, 주계(825)는 다른 치수들에 의해 정의될 수 있다. 제 1 코일(802)의 트레이스(808)에 대해 상기된 바와 같이, 제 2 코일(804)의 트레이스(822)는 자기장에 대해 상대 이동이 발생할 때 등량 지름을 가진다. 예시된 바와 같은 트레이스(822)들은 완전한 턴을 형성하지 못한다. 일부 실시예들은 위에서 도 4 내지 도 7에 도시된 것들과 같이 하나 이상의 턴을 구비하는 트레이스들을 채택할 수 있다. The
중공 튜브일 수 있는 선택적 코일 형태(834)는 코일(802, 804)들의 개구(810, 824) 내로 끼워 맞추어진다. 코일(802,804)들의 트레이스(808, 822)들의 각각의 주계(811, 825)들은 동일하거나 또는 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 코일(802)의 트레이스(808)들의 깊이(809)는 제 2 코일(804)의 트레이스(822)의 깊이(823)와 동일하게 된다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일(802,804)들은 상이한 깊이를 구비한 트레이스(808, 822)를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 코일(802)의 트레이스(808)의 폭(807)은 제 2 코일(804)의 트레이스(822)의 폭(821)과 동일하게 된다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일(802,804)들은 상이한 폭을 구비한 트레이스(808, 822)들을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일(802,804)들의 트레이스(808, 822)들은 각각의 상이한 등량 지름을 가질 수 있다. An
시스템(800)은 제 1 코일(802)과 제 2 코일(804)을 통한 자석 구조물(840)의 이동에 응답하여 전기 에너지를 발전시키는 발전기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 코일(802)의 제 1 리드(812)가 제 2 코일(804)의 제 2 리드(830)에 결합될 때, n은 m보다 크고, 제 1 코일(802)의 트레이스(808)의 등량 지름은 제 2 코일(804)의 트레이스(822)의 등량 지름보다 작으며, 제 1 코일(802)은 제 1 및 제 2 코일(802,804)들을 통한 자석 구조물(840)의 통과에 응답하여 제 1 코일(802)의 제 2 리드(816)와 제 2 코일(804)의 제 1 리드(826) 사이에 만들어진 전위의 가장 큰 전압 성분을 제공하게 되고, 제 1 코일(802)과 제 2 코일(804)은 모두 이동에 응답하여 동일한 극성의 전압 성분에 기여한다. 부가하여, 제 2 코일(804)은 전류(i)의 가장 큰 성분을 제공하게 되고, 두 코일(802,804)들은 이동에 응답하여 동일한 방향으로 전류에 기여한다. 시스템(800)은 또한 모터로서 동작하도록 구성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 코일 형태(834)는 코일(802,804)들을 통한 자석 구조물(840)의 대체로 선형 이동을 용이하게 한다. 다른 경로들이 채택될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 자석 구조물(840)은 대체로 원형 경로를 따라서 코일(802,804)들에 대해 이동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 환상면체 코일 시스템(도 28 참조)이 일부 실시예에서 채택될 수 있다.
일부 실시예들은 다양한 방식으로 서로 결합되는 부가의 코일들 및/또는 코일 쌍들을 채택할 수 있다. 일부 실시예들은 하나 이상의 바이메탈 코일들을 채택할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 제 1 코일(802), 제 2 코일(804), 또는 두 코일들은 바이메탈 코일(도 1의 바이메탈 코일(100), 뿐만 아니라 "바이메탈 코일"이란 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원 중인 미국특허 출원 제11/475,389호에 개시되어 있는 바이메탈 코일 참조)로 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 자석 구조물(840)은 축선(842)에 대응하는 벡터를 따라서 코일(802,804)을 통하기 보다는 오히려, 제 1 및 제 2 코일(802,804)들에 대해 상이한 벡터들을 따라서 이동하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일들은 곡선의 트레이스 세그먼트들 대신에 또는 이에 부가하여, 서로 결합된 일련의 선형 세그먼트들을 포함할 수 있다. Some embodiments may employ additional coils and / or coil pairs that are coupled to each other in various ways. Some embodiments may employ one or more bimetal coils. For example, in some embodiments, the
도 13은 4개의 코일(102, 104, 106, 108)들을 포함하는 다중 코일 시스 템(100)의 측단면도이다. 코일(102, 104, 106, 108)들의 상세는 도시를 용이하게 하기 위해 생략된다. 시스템(100)의 실시예들은, 예를 들어 도 1 내지 도 12에 예시되고 "바이메탈 코일"이란 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 미국특허 출원 제11/475,389호에 개시되어 있는 것들과 유사한 코일들을 채택할 수 있다. 시스템(100)은 공통의 코일 형태(110)를 가진다. 일부 실시예는 추가의 코일 형태들을 채택할 수 있다. 제 1 코일(102)은 화살표(112)에 의해 도시된 바와 같이 위로부터 보았을 때 코일 형태(110)에 대해 시계 방향 방식으로 권취된다. 제 2 코일(104)은 화살표(114)에 의해 도시된 바와 같이 위로부터 보았을 때 코일 형태(110)에 대해 반시계 방향 방식으로 권취된다. 제 1 및 제 2 코일(102, 104)들은 조화 또는 부조화될 수 있다. 예를 들어, 제 1 코일(102)과 제 2 코일(104)은 상이한 등량 지름, 상이한 수의 턴, 또는 그 조합을 구비한 코일들을 채택하는 것에 의해 부조화될 수 있다. 제 3 코일(106)은 화살표(116)에 의해 도시된 바와 같이 위로부터 보았을 때 코일 형태(110)에 대해 시계 방향 방식으로 권취된다. 제 4 코일(108)은 화살표(118)에 의해 도시된 바와 같이 위로부터 보았을 때 코일 형태(110)에 대해 반시계 방향 방식으로 권취된다. 제 3 및 제 4 코일(106, 108)들은 조화 또는 부조화될 수 있다. 제 1 코일(102)은 상부 리드(120)와 하부 리드(122)를 가진다. 제 2 코일(104)은 상부 리드(124)와 하부 리드(126)를 가진다. 제 3 코일(106)은 상부 리드(128)와 하부 리드(130)를 가진다. 제 4 코일(108)은 상부 리드(132)와 하부 리드(134)를 가진다. 자석 구조물(136)은 코일 형태(110)를 통해 자석 구조물(136)을 이동시키도록 구성된 현수 시스템(138)에 결합된다. 일부 실시예들은 부가의 코일 들 또는 조화 또는 부조화된 코일들 쌍을 채택할 수 있다.13 is a side cross-sectional view of a
예시된 바와 같이, 제 1 코일(102)의 상부 리드(120)는 제 3 코일(106)의 하부 리드(130)에 결합되고, 제 2 코일(104)의 상부 리드(124)는 제 4 코일(108)의 하부 리드(134)에 결합되며, 제 1 코일(102)의 하부 리드(122)는 제 2 코일(104)의 하부 리드(126)에 결합되고, 제 3 코일(106)의 상부 리드(128)는 제 4 코일(108)의 상부 리드(132)에 결합된다. 제 1 출력부(140)는 제 1 및 제 2 코일(102, 104)들의 하부 리드(122, 126)들에 결합된다. 제 2 출력부(142)는 제 3 및 제 4 코일(106, 108)들의 상부 리드(128, 132)들에 결합된다. 코일들의 예시된 커플링은 직렬-병렬 구성으로서 기술될 수 있다. 일부 실시예들은 코일(102, 104, 106, 108)들과 출력부(140, 142)들을 결합할 수 있다. 추가의 쌍들의 코일들은 직렬-병렬 구성으로 서로 결합될 수 있다. 예를 들어 도 14 및 도 15 및 다음의 기술을 참조한다.As illustrated, the
도 13에 도시된 시스템(100)은 코일 형태(110)를 통한 자석 구조물(136)의 이동에 응답하여 전기 에너지를 발전시키는 발전기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 예시된 실시예에서, 제 1 코일(102)과 제 3 코일(106)이 각각 제 2 코일(104)과 제 4 코일(108) 보다 많은 수의 턴을 가질 때, 제 1 및 제 3 코일(102, 106)들은 코일(102, 104, 106, 108)들을 통한 자석 구조물의 통과에 응답하여 제 1 출력부(140)와 제 2 출력부(142) 사이에 만들어진 전위(V)의 가장 큰 전압 성분을 제공하게 되고, 모든 코일(102, 104, 106, 108)들은 이동에 응답하여 동일한 극성의 전압 성분에 기여한다. 부가하여, 제 2 및 제 4 코일(104, 108)들의 등량 지름이 각각 제 1 및 제 3 코일(102, 106)들의 등량 지름보다 크고, 부하(도 3에서의 부 하(332) 참조)가 출력부(140, 142)들에 걸쳐서 결합될 때, 제 2 및 제 4 코일(104, 108)들은 전류(i)의 가장 큰 성분을 제공하게 되고, 모든 코일(102, 104, 106, 108)들은 이동에 응답하여 동일한 방향으로 전류에 기여한다. 시스템(100)은 또한 모터로서 동작하도록 구성될 수 있다.The
도 14 및 도 15는 일정 수(N)의 코일(202)들 쌍을 포함하는 시스템(200)의 실시예를 도시한다. 도 14는 축선(204) 주위에서의 코일(202)들 쌍의 상대 위치를 도시한다. 각 쌍의 코일(202)들은 제 1 코일(A)과 제 2 코일(B)을 가진다. 각각의 코일은 "+"로 지정된 제 1 리드와 "-"로 지정된 제 2 리드를 가진다. 도 15는 직렬-병렬 구성으로 코일(202)들 쌍을 서로 결합하는 것을 도시한 기능 블록도이다. 각 쌍(202)의 제 1 코일(A)은 제 1 아암(206)을 형성하도록 내림차순으로 직렬로 서로 결합되고, 각 쌍의 코일(202)들의 제 2 코일(B)은 제 2 아암(208)을 형성하도록 내림차순으로 서로 결합된다. 제 1 아암(206)과 제 2 아암(208)은 병렬로 서로 결합된다. 제 1 리드(210)는 결합된 아암(206, 208)들의 제 1 단부(212)에 결합된다. 제 2 리드(214)는 결합된 아암(206, 208)들의 제 2 단부(216)에 결합된다. 14 and 15 illustrate an embodiment of a
코일들은 자석들과 함께 장치 및 응용물에서 자주 채택된다. 도 16a 및 도 16b는 종래의 자석 구조물(500)에 의해 발생된 자속을 도시하는 도면이다. 도 16b는 도 16a의 회색 음영 형태(gray-shaded version)이다. 자석 구조물(500)은 제 1 극성의 제 1 극(504)과 제 1 극성과 반대인 제 2 극성의 제 2 극(506)을 가지는 자석(502)을 포함한다. 도 16a 및 도 16b는 자석(502)이 대략 11,000 가우스의 세기를 가질 때 자석 구조물(500)의 영구 자석(502)에 의해 발생되는 자속을 예시하는 대표적인 자속 등전위선(508, equipotential line)을 도시한다. 한 영역에서 등전위선이 가까우면 가까울수록, 그 영역에서의 자속 밀도는 크게 된다.Coils are often employed in devices and applications with magnets. 16A and 16B are diagrams showing the magnetic flux generated by the conventional
그러나, 종래의 자석 구조물에 대한 개선이 만들어질 수 있다. 많은 장치 및 응용물에서, 한 영역에서 자속 밀도를 증가시키는 것은 효율 및 성능을 크게 개선할 수 있다. 예를 들어, 한 영역에서 자속 밀도를 증가시키는 것은 보다 높은 변화도로 이끌 수 있으며, 이러한 것은 예를 들어 자석 구조물을 채택하는 발전기 또는 모터에서의 증가된 효율을 이끌 수 있다. "자석 구조물"이라는 명칭의 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원중인 미국특허출원 제11/475,858호는 같은 극들이 서로 마주하고 이격되어 유지하는 것에 의하여 높은 자속 밀도의 영역을 발생시키고 예를 들어 전력 발전시에 효율의 상당한 개선을 제공할 수 있는 자석 구조물을 개시한다. However, improvements to conventional magnetic structures can be made. In many devices and applications, increasing the flux density in one area can greatly improve efficiency and performance. For example, increasing the magnetic flux density in one area can lead to higher variations, which can lead to increased efficiency, for example, in generators or motors employing magnetic structures. Simultaneously pending US patent application Ser. No. 11 / 475,858, filed June 26, 2006, entitled “Magnetic Structures,” generates regions of high magnetic flux density by keeping the same poles facing and spaced apart. For example, a magnetic structure is disclosed that can provide a significant improvement in efficiency during power generation.
도 17a 및 도 17b는 자석 구조물(600)에 대해 균형된 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(600)을 도시한다. 도 17b는 도 17a의 회색 음영 형태이다. 자석 구조물(600)은 제 1 극성의 제 1 극(604)과, 제 1 극성과 반대 극성인 제 2 극성의 제 2 극(606)을 가지는 제 1 자석(602)을 포함한다. 자석 구조물(600)은 또한 제 1 극성의 제 1 극(61)과, 제 2 극성의 제 2 극(612)을 가지는 제 2 자석(608)을 포함한다. 자석 구조물(600)은 예를 들어 네오디뮴-철-붕소 영구 자석들과 같은 하나 이상의 희토 자석, 하나 이상의 세라믹 자석, 하나 이상의 플라스틱 자석, 하나 이상의 분말 자석, 또는 하나 이상의 다른 자석들을 포함할 수 있다. 17A and 17B show
도 17a 및 도 17b는 2개의 본질적으로 동일한 자석(602, 608)들을 채택하는 자석 구조물(600)의 실시예에 의해 발생된 자기장을 도시하도록 대표적인 자속 등전위선(614)을 도시한다. 특히, 도 17a 및 도 17b는 제 1 자석(602)이 대략 11,000 가우스의 세기를 가지며 제 2 자석(608)이 대략 11,000 가우스의 세기를 가지며 같은 극이 서로 마주하고 자석(602, 608)들이 6㎜의 거리 이격되어 유지될 때의 대표적인 자속 등전위선(614)을 도시한다. 압축 자기장은 자석(602, 608)들 사이의 공간(618)에 인접한 영역(616)에서 발생된다. 자기장은 자석 구조물(600)에 있는 자석(602, 608)들에 대해 균형된다. 17A and 17B show representative magnetic flux
하나의 경험적인 실시예에서, 자석 구조물은 대략 13,600 가우스의 세기, 대략 0.5인치의 지름, 및 같은 극들이 서로 마주하고 대략 6㎜ 이격되어 위치되는 대략 3/4인치의 길이를 가지는 실질적으로 동일한 원통형 자석들을 사용하여 구성되었다. 자석 구조물에 인접한 영역에서의 자기장의 변화도는 대략 68,000 가우스의 세기를 가지는 단일 원통형 자석에 의해 발생되는 것과 대략 동일하였다. 이러한 것은 대략 13,600 가우스의 세기를 가지는 단일 원통형 자석의 대략 500% 이상의 개선을 나타낸다. In one empirical embodiment, the magnetic structure is substantially identical cylindrical having an intensity of approximately 13,600 gauss, a diameter of approximately 0.5 inches, and a length of approximately 3/4 inches with the same poles facing each other and approximately 6 mm apart. It was constructed using magnets. The degree of change of the magnetic field in the region adjacent the magnetic structure was approximately the same as that generated by a single cylindrical magnet with an intensity of approximately 68,000 Gauss. This represents an improvement of at least about 500% of a single cylindrical magnet with an intensity of approximately 13,600 gauss.
필요한 영역에서의 자속 밀도에서의 추가의 증가가 불균형의 자기장을 발생시키도록 구성된 불균형의 자석 구조물에 의해 얻어질 수 있다. 자석 구조물은 예를 들어 상이한 세기, 물리적 크기, 형상, 체적, 자기 밀도, 등량 지름과 같은 상이한 물리적 특징 또는 특성, 또는 상이한 물리적 특징 및 특성의 다양한 조합을 가지는 자석 요소(자석, 또는 전자석과 같은 그 등가물과 같은)들을 자석 구조물에 배열하는 것에 의하여 불균형될 수 있다. 예를 들어, 제 1 크기의 선택된 물리적 특성을 가지는 제 1 자석은 선택된 특성이 누락되거나 또는 다른 크기인 제 2 자석과 함께 채택될 수 있다. 예를 들어, 제 1 자석의 길이, 폭, 깊이 또는 반경과 같은 제 1 치수를 가지는 제 1 자석은 제 1 크기와 다른 제 2 크기의 제 1 치수를 가지는 제 2 자석과 함께 배열될 수 있다. 또 다른 예에서, 원뿔 형상 부분을 가지는 제 1 원통형 자석은 원뿔 형상 부분이 없는 제 2 원통형 자석과 함께 배열될 수 있다. 또 다른 예에서, 제 1 등량 지름을 가지는 제 1 자석을 구비한 구성은 제 2 등량 지름을 가지는 제 2 자석과 함께 채택될 수 있다.Further increase in magnetic flux density in the required area can be obtained by an unbalanced magnetic structure configured to generate an unbalanced magnetic field. Magnetic structures may be formed of magnetic elements (such as magnets, or electromagnets) having different physical characteristics or properties, such as, for example, different strengths, physical sizes, shapes, volumes, magnetic densities, equivalent diameters, or various combinations of different physical features and properties. Such as equivalents) to the magnetic structure. For example, a first magnet having a selected physical property of the first size may be employed with a second magnet that is missing or of a different size. For example, a first magnet having a first dimension such as length, width, depth or radius of the first magnet may be arranged with a second magnet having a first dimension of a second size different from the first size. In another example, the first cylindrical magnet having a conical portion can be arranged with a second cylindrical magnet without the conical portion. In another example, a configuration with a first magnet having a first equivalent diameter can be employed with a second magnet having a second equivalent diameter.
도 18a 및 도 18b는 불균형의 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(700)의 실시예의 단면도이다. 도 18b는 도 18a의 회색 음영 형태이다. 자석 구조물(700)은 제 1 원통형 자석(702)과 제 2 원통형 자석(704)을 포함한다. 일부 실시예에서, 자석(702, 704)들은 상이한 형상 및 크기를 가질 수 있으며, 형상 및 크기의 다양한 조합이 채택될 수 있다. 제 1 자석(702)은 길이(706), 반경(708), 제 1 극성을 가지는 제 1 극(710), 제 2 극성을 가지는 제 2 극(712), 및 가우스 세기(G1)를 가진다. 제 2 자석(704)은 길이(714), 반경(716), 제 1 극성의 제 1 극(718), 제 2 극성의 제 2 극(720), 및 가우스 세기(G2)를 가진다. 제 1 및 제 2 자석(702, 704)들은 같은 극(예를 들어 N극)들이 서로 마주하고 일정 거리(722)만큼 분리되도록 위치된다. 하우징(도 23에 도시된 하우징(852) 참조)과 같은 지지 구조물은 같은 극이 서로 마주하고 필요한 이격 거리에서 자석(702, 704)들을 유지하도록 채택될 수 있다. 예시된 바와 같이, 선택된 물리적 특성은 각각의 자석들의 길이이다(이는 또한 상이한 등량 지름을 가지는 각각의 자석을 초래한다). 특히, 제 1 자석(702)의 길이(706)는 제 2 자석(704)의 길이(714)보다 길다. 일부 실시예에서, 자석 구조물(700)은 상이한 길이를 구비한 자석들 대신에 또는 이에 부가하여 상이한 반경을 구비한 자석들을 채택할 수 있다. 유사하게, 상이한 세기(G1, G2)를 구비한 자석들이 상이한 길이 및/또는 반경을 가지는 자석들 대신에 또는 이에 부가하여 채택될 수 있다. 상기된 바와 같이, 불균형의 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물의 다양한 실시예들은 하나 이상의 물리적 특성들의 다양한 조합을 가지는 자석들을 채택할 수 있다. 자석 구조물(700)은 예를 들어 네오디뮴-철-붕소 영구 자석들과 같은 하나 이상의 희토 자석, 하나 이상의 세라믹 자석, 하나 이상의 플라스틱 자석, 하나 이상의 전자석, 하나 이상의 분말 자석, 또는 하나 이상의 다른 자석들을 포함할 수 있다. 18A and 18B are cross-sectional views of an embodiment of a
도 18a 및 도 18b는 제 1 자석(702)의 세기(G1)가 대략 11,600 가우스이고 제 2 자석(704)의 세기(G2)가 11,600 가우스이며 같은 극이 서로 마주하고 16㎜의 거리에서 자석들이 이격 유지될 때 자석 구조물(700)의 실시예에 의해 발생되는 불균형의 자기장(726)을 도시하는 대표적인 자속 등전위선(724)을 도시한다. 자기장(726)은 제 1 자석(702)과 관련된 영역(728)에서 보다 큰 밀도를 가지며, 제 2 자석(704)과 관련된 영역(730)에서 보다 작은 밀도를 가진다. 자기장(726)은 또한 자석 구조물(700)에 인접한 2개의 보다 높은 변화도의 자기장 영역(729, 731)을 가진다. 2개의 보다 높은 변화도의 자기장 영역(729, 731)은 서로에 대해 불균형된 다. 예를 들어, 제 1 영역(729)은 제 2 영역(731)보다 작다.18A and 18B show that the intensity G 1 of the
도 19a 및 도 19b는 제 1 자석(702)의 세기(G1)이 대략 11,000 가우스이고 제 2 자석(704)의 세기(G2)가 대략 11,000 가우스이고 같은 극이 서로 마주하고 자석들이 대략 11㎜의 거리에서 이격 유지될 때 자석 구조물(700)의 실시예에 의해 발생된 불균형의 자기장(734)을 도시하는 대표적인 자속 등전위선(732)을 도시한다. 도 19b는 도 19a의 회색 음영 형태이다. 자기장(734)은 제 1 자석(702)과 관련된 영역(736)에서 보다 큰 밀도를 가지며, 제 2 자석(704)과 관련된 영역(738)에서 보다 작은 밀도를 가진다. 영역(736)에서의 자기장(734)의 밀도는 도 18a의 실시예의 영역(728)에서의 자기장(726)의 밀도보다 크고, 영역(738)에서의 자기장(734)의 밀도는 도 18a의 실시예의 영역(730)에서의 자기장(726)의 밀도보다 작다. 자기장(734)은 자석들(702, 704)들에 인접한 2개의 영역(739, 740)에서 압축되고 서로에 대해 그리고 자석 구조물(700)에 대해 불균형으로 된다.19A and 19B show that the intensity G 1 of the
도 20a 및 도 20b는 제 1 자석(702)의 세기(G1)가 대략 11,600 가우스이고 제 2 자석(704)의 세기(G2)가 대략 11,600 가우스이며 같은 극이 서로 마주하고 자석들이 대략 2㎜의 거리에서 이격 유지될 때 자석 구조물(700)의 실시예에 의해 발생된 불균형의 자기장(744)을 도시하는 대표적이 자속 등전위선(742)을 도시한다. 도 20b는 도 20a의 회색 음영 형태이다. 자기장(744)은 제 1 자석(702)과 관현된 영역(746)에서 보다 큰 밀도를 가지며, 제 2 자석(704)과 관련된 영역(748)에서 보다 작은 밀도를 가진다. 영역(746)에서의 자기장(744)의 밀도는 도 19a 및 도 19b 의 실시예의 영역(736)에서의 자기장(734)의 밀도보다 크고, 영역(748)에서의 자기장(744)의 밀도는 도 19a 및 도 19b의 영역(738)에서의 자기장(734)의 밀도보다 작다. 자기장(744)은 자석(702, 704)들 사이의 공간에 인접하여 제 2 자석(704)의 단부(752)를 지나 연장하는 영역(750)과, 제 1 자석(702)에 인접한 영역(754)에서 압축된다. 영역(750)은 매우 높은 변화도의 자기장을 구비한 하위 영역을 가지며, 영역(754)은 매우 높은 변화도의 자기장을 구비한 하위 영역(758)을 가진다. 자기장(744)은 자석 구조물(700)에 대해 불균형으로 되고, 높은 변화도의 영역(750, 754)들은 서로에 대해 불균형으로 된다. 20A and 20B show that the intensity G 1 of the
하나의 경험적인 실시예에서, 자석 구조물은 다른 물리적 특징들을 가지는 2개의 원통형 자석들을 사용하여 구성되었다. 특히, 대략 13,600 가우스의 세기, 대략 0.5인치의 지름, 및 대략 3/4인치의 길이를 가지는 제 1 원통형 자석은 같은 극이 서로 마주하고 대략 13,300 가우스의 세기, 대략 0.5인치의 지름, 및 대략 대략 3/8인치의 길이를 가지는 제 2 원통형 자석으로부터 대략 2㎜ 이격되어 적소에서 유지되었다. 자석 구조물에 인접한 영역에서 자기장의 변화도는 대략 95,200 가우스의 세기를 가지는 단일 원통형 자석에 의해 발생된 것과 대략 동일하였다. 이러한 것은 대략 13,600 가우스의 세기를 가지는 단일 원통형 자석의 대략 700% 이상의 개선을 나타낸다. In one empirical embodiment, the magnetic structure was constructed using two cylindrical magnets with different physical features. In particular, a first cylindrical magnet having an intensity of approximately 13,600 gauss, a diameter of approximately 0.5 inches, and a length of approximately 3/4 inch, has the same poles facing each other and has an intensity of approximately 13,300 gauss, a diameter of approximately 0.5 inches, and approximately approximately It was held in place approximately 2 mm apart from the second cylindrical magnet having a length of 3/8 inch. The degree of change of the magnetic field in the region adjacent the magnetic structure was approximately the same as that generated by a single cylindrical magnet with an intensity of approximately 95,200 gauss. This represents an improvement of about 700% or more of a single cylindrical magnet with an intensity of approximately 13,600 gauss.
가우스 미터(도시되지 않음)는 특정 코일 구성과 함께 사용하기 위한 최적의 구성과 같은, 특정 응용물에 사용하기 위한 자석들의 최적의 형상, 세기, 및 위치와 같은 불균형의 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물의 최적의 구성을 결 정하도록 채택될 수 있다. Gauss meters (not shown) are magnets configured to generate an unbalanced magnetic field, such as the optimum shape, strength, and position of the magnets for use in a particular application, such as the optimum configuration for use with a particular coil configuration. It can be adopted to determine the optimal configuration of the structure.
도 21은 불균형의 자석 구조물(100)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 21은 반드시 축척으로 그려진 것이 아니다. 자석 구조물(100)은 제 1 원통형 자석(102), 제 2 원통형 자석(104), 및 제 3 원통형 자석(106)을 포함한다. 제 1 자석(102)은 길이(108)와 반경(110)을 가진다. 제 2 자석(104)은 길이(112)와 반경(114)을 가진다. 제 3 자석(106)은 길이(116)와 반경(118)을 가진다. 제 1 자석(102)은 제 1 거리(120)만큼 제 2 자석(104)으로부터 이격되어 유지되고 제 2 자석(104)은 거리(122)만큼 제 3 자석(106)으로부터 이격되어 유지되며, 인접한 자석들의 같은 극들은 서로 마주한다. 도시된 바와 같은 자석 구조물(100)은 제 2 자석(104)의 길이(112)가 제 1 자석(102)의 길이(108)와 다른 것으로 불균형으로 된다. 하나의 예시적인 실시예에서, 제 1 자석(102)은 1인치의 길이(108)와 0.5인치의 반경(110)을 가지며, 제 2 자석(104)은 0.5인치의 길이와 0.5인치의 반경(114)을 가지며, 제 3 자석(106)은 1인치의 길이(116)와 0.5인치의 반경(118)을 가진다.21 shows another embodiment of an unbalanced
도 22는 불균형의 자석 구조물(200)의 또 다른 실시예를 도시한다. 자석 구조물(200)은 반드시 축척으로 그려진 것은 아니다. 자석 구조물(200)은 반경(204)을 가지는 구형 자석(202)과, 길이(208) 및 반경(210)을 가지는 원통형 자석(206)을 포함한다. 자석 구조물(200)은 자석(202, 206)들이 다른 형상을 가지는 것으로 불균형으로 된다.22 illustrates another embodiment of an unbalanced
도 23은 케이스(802), 발전기(804), 제 1 에너지 저장 장치(806), 제어 모듈(808), 제 2 에너지 저장 장치(810), 및 접점 단자(812, 814)들을 포함하는 배터 리(800)의 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 케이스(802)는 배터리(800)의 다른 부품들의 도시를 용이하게 하도록 절개되었다. 케이스(802)는 발전기(804), 제 1 에너지 저장 장치(806), 제어 모듈(808), 및 제 2 에너지 저장 장치(810)를 수용한다. 접점 단자(812, 814)들은 각각 배터리(800)의 상부(816) 및 바닥(818)에서 케이스(802)에 장착된다. 케이스(802)는 자기 및/또는 전기 차폐물일 수 있는 외부 케이스 차폐물(820)을 포함할 수 있다. 케이스 차폐물(820)은 예를 들어 박(foil)의 형태를 취할 수 있는 니켈, 니켈/철 합금, 니켈/주석 합금, 니켈/은 합금, 니켈/철/구리/몰리브덴 합금으로 구성될 수 있다. 이러한 박층들은 예를 들어 0.002 내지 0.004인치의 범위에 있는 두께를 가질 수 있다. 자기 자폐물은 Mu Metal®, Hipernom®, HyMu 80®, 및 Permalloy®를 포함하믄 몇 개의 상표하에서 상업적으로 시판되고 있다.FIG. 23 shows a battery including a
일부 실시예에서, 케이스(802)와 접점 단자(812, 814)들은 예를 들어 AA-cell, AAA-전지 배터리, C-전지 배터리, D-전지 배터리, 9-볼트 배터리, 시계 배터리, 페이스메이커 배터리, 휴대 전화 배터리, 컴퓨터 배터리, 및 다른 표준 및 비표준 배터리 구성과 같은 종래의 배터리의 외부 구성을 취할 수 있다. 배터리(800)의 실시예들은 예를 들어, 1.5볼트, 3.7, 7.1, 9-볼트, 및 다른 표준 및 비표준 전압을 포함하는 필요한 전압 레벨을 제공하도록 구성될 수 있다. 실시예들은 직류 및/또는 교류 전류를 제공하도록 구성될 수 있다. In some embodiments,
발전기(804)는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 발전기(804)는 다수의 코일(822, 824), 불균형의 자기장을 발생시 키도록 구성된 자석 구조물(826), 및 현수 시스템(828)을 포함하는 선형 발전기이다.
예시된 바와 같이, 다수의 코일들은 코일 형태(830) 상에 권취된 2개의 코일(822, 824)들을 포함한다. 예를 들어 도 1 내지 도 12에 도시된 것과 같은 코일들이 채택될 수 있다. 일부 실시예들은 예를 들어 다수의 코일 대신에 단일 코일을 채택할 수 있다. 일부 실시예들은 2개 이상의 코일들을 채택할 수 있다. 예시된 바와 같이, 제 1 코일(822)은 코일 형태(830) 상에서 제 1 방향으로 권취된 제 1 와이어(832)를 포함할 수 있다. 제 1 방향은 화살표(834)로 도시된다. 제 1 코일(822)은 제 1 수의 턴(n)을 가진다. 예시된 바와 같이, 턴(n)의 수는 72개의 턴을 포함한다. 다른 실시예들은 임의의 수의 턴(n)을 채택할 수 있다. 예를 들어, 전형적인 실시예는 수 백개의 턴(n)을 채택할 수 있다. 와이어(832)는 제 1 반경(836)을 가진다. 제 2 코일(824)는 코일 형태(830) 상에서 제 2 방향으로 권취되는 제 2 와이어(838)를 포함한다. 제 2 방향은 화살표(840)로 도시되어 있으며, 제 1 방향의 반대이다. 제 2 코일은 다수의 턴(m)을 가진다. 예시된 바와 같이, 턴(m)의 수는 21개의 턴을 포함한다. 다른 실시예는 임의의 턴(m)을 채택할 수 있다. 예를 들어, 전형적인 실시예는 수 백개의 턴(m)을 채택할 수 있다. 제 2 와이어(838)는 제 1 반경(842)을 가진다. 예시된 바와 같이, 제 2 반경(842)은 제 1 반경(836)보다 크다.As illustrated, the plurality of coils includes two
제 1 코일(822)은 제 1 리드(844)와 제 2 리드(846)를 가진다. 제 2 코일(824)은 제 1 리드(848)와 제 2 리드(850)를 가진다. 예시된 바와 같이, 제 1 코 일(822)의 제 1 리드(844)는 제 2 코일(824)의 제 2 리드(850)에 결합되고, 제 1 코일(822)의 제 2 리드(846)와 제 2 코일(824)의 제 1 리드(848)는 제어 모듈(808)에 결합된다. 다른 실시예는 부가의 코일들 또는 코일 쌍들 및 다른 구성의 코일들을 채택할 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 15에 도시된 코일들은 일부 실시예에서 채택될 수 있다. The
자석 구조물(826)은 예를 들어 네오디뮴-철-붕소 영구 자석들과 같은 하나 이상의 희토 자석, 하나 이상의 세라믹 자석, 하나 이상의 플라스틱 자석, 하나 이상의 전자석, 하나 이상의 분말 자석, 또는 하나 이상의 다른 자석들을 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 자석 구조물(826)은 제 1 자석(854)을 제 2 자석(858)으로부터 일정 거리(856) 이격 유지하도록 구성된 하우징(852)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 자석 구조물(826)은, 자석 구조물(826)에 대해 불균형인 압축 자기장을 발생시키도록 구성된다. 예를 들어, 도 18a 내지 도 22에 대해 상기된 자석 구조물들이 채택될 수 있다. 예시된 바와 같이, 제 1 자석(854)은 제 2 자석(858)과 다른 길이를 가진다.현수 시스템(828)은 코일(822, 824)들을 통한 자석 구조물(826)의 이동을 용이하게 한다. 채택될 수 있는 현수 시스템들의 예가 "에너지를 저장하기 위한 시스템 및 방법"이라는 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원 중인 미국 특허 출원 제11/475,564호에서 보다 상세하게 기술된다.
제 1 에너지 저장 장치(806)는 발전기(804)에 의해 발전된 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 에너지 저장 장치(806)는 조정이 거의 또는 전혀 없이 발전기(804)에 의해 발전된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 다 른 실시예에서, 전기 에너지는 "에너지를 저장하기 위한 시스템 및 방법"이라는 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원 중인 미국 특허 출원 제11/475,564호에서 보다 상세하게 기술된 바와 같이 제 1 에너지 저장 장치(806)에 저장되기 전에 조정될 수 있다. 제 1 에너지 저장 장치(806)는 예를 들어 하나 이상의 초고용량형 축전기를 포함할 수 있다. 도시를 용이하게 하는 목적을 위하여, 제 1 에너지 저장 장치(806)는 기능 블록으로서 도시된다.The first
제어 모듈(808)은 배터리(800) 내에서 에너지의 전달을 제어한다. 제어 모듈(808)은 전형적으로 예시된 바와 같이 브리지형 전파 정류기(809, full bridge rectifier)인 정류기를 포함한다. 예를 들어, 제어 모듈(808)은 발전기(804), 제 1 에너지 저장 장치(806), 제 2 에너지 저장 장치(810), 및 접점 단자(812, 814)들과 같은 배터리(800)의 다양한 부품들 사이에서 에너지의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 시스템의 제어 하에서 에너지의 전달에 대한 몇 개의 예가 "에너지를 저장하기 위한 시스템 및 방법"이라는 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원 중인 미국 특허 출원 제11/475,564호에 기술되어 있다. 조합된 제어 시스템 또는 별도의 하위 시스템으로서 포함하는 제어 모듈(808)은 다양한 방식으로 실행될 수 있다. 제어 모듈(808)은 이산 회로 소자, 하나 이상의 마이크로프로세서, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 반도체(ASIC) 등으로서, 또는 메모리에 저장되어 제어기에 의해 실행되는 일련의 명령, 또는 상기의 다양한 조합으로서 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 제 1 에너지 저장 장치(806)는 제어 모듈(808) 내에 통합될 수 있다.The
제 2 에너지 저장 장치(810)는 제어 모듈(808)의 제어 하에서 제 1 에너지 저장 장치(806)로부터 전달된 전기 에너지를 저장하도록 구성될 수 있다. 제 2 에너지 저장 장치(810)는 예를 들어 납 축전지, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈 금속 수소화물 배터리, 리튬 폴리머 배터리 또는 리튬 이온 배터리, 나트륨/황 배터리, 또는 임의의 적절한 재충전 가능한 에너지 저장 장치와 같은 하나 이상의 종래의 배터리들을 포함할 수 있다. The second
접점 단자(812, 814)들은 배터리(800)로 및/또는 배터리로부터 전기 에너지를 전달하기 위한 접근을 제공한다. 접점 단자(812, 814)들은 예를 들어 구리, 은 또는 주석 도금 구리, 알루미늄, 금 등과 같은 금속 물질과 같은 임의의 전기 유도 물질로 만들어질 수 있다. 접점 단자(812, 814)들은 제어 모듈(808)에 결합된다. 일부 실시예에서, 접점 단자(812, 814)들은 제어 모듈(808)에 직접 결합되는 대신에 제 2 에너지 저장 장치(810)에 결합될 수 있다. 예시된 바와 같이, 접점 단자(812, 814)들은 종래의 C-전지 배터리의 접점 단자들과 유사한 물리적 구성을 가진다. 상기된 바와 같이, 다른 구성이 채택될 수 있다. 접점 단자(812, 814)들은 예를 들어 라디오, 휴대 전화, 또는 위치선정 시스템과 같은 외부 디바이스들에 배터리(800)가 용이하게 설치되고 제거되는 것을 허용하도록 구성된다. 접점 단자(812, 814)들은 자기 차폐물을 채택할 수 있다.
에너지는 배터리(800)의 이동의 결과로서 배터리(800)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 자석 구조물(826)이 코일(822,824)들에 대해 중립이고 배터리(800)가 하향하여 이동하면, 자석 구조물(826)은 배터리(800)의 하향 이동에 응답하여 코 일(822, 824)에 대해 위로 움직일 수 있다. 자석 구조물(826)의 상대 상향 이동은 자석 구조물(826)이 제 1 코일(822)의 상부 위를 통과할 때 코일(822, 824)에서 전류의 발전을 이끌게 된다. Energy may be stored in the
일부 실시예에서, 현수 시스템(828)은 에너지의 예측된 소스로부터 발생된 전기 에너지를 증가시키도록 동조될 수 있다. 예를 들어, 배터리(800)가 빈번하게 에너지가 공지된 속도 또는 비율로 개별적인 작업 또는 진행에 의해 공급되는 환경에 있게 되면, 현수 시스템(828)은 그 속도 또는 비율로 동조될 수 있다. 그러므로, 배터리는 조거(jogger)에 의해 발생되는 전기 에너지로의 예측된 에너지의 변환을 실질적으로 최대화하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 배터리(800)가 빈번하게 자동차에서의 혼잡 또는 비행기 또는 지상 차량으로부터의 불규칙한 이동에서 정지하고 진행하게 되면, 현수 시스템(828)은 그 환경의 에너지를 전기 에너지로의 변환을 최대화하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 배터리가 물 또는 해파(sea wave), 또는 바람과 같은 유체 파동을 빈번하게 받는 환경에서 채택되면, 현수 시스템은 그 환경의 에너지를 전기 에너지로의 변환을 최대화하도록 동조될 수 있다. 또 다른 예에서, 배터리가 예를 들어 이동하는 차량에서 빈번하게 진동을 받게 되면, 현수 시스템은 진동으로부터 수용된 에너지를 전기 에너지로의 변환을 최대화하도록 동조될 수 있다. 현수 시스템은 예를 들어 임의의 반발 자석의 세기를 변경, 스프링과 같은 임의의 반발 디바이스의 인장을 조정, 다중의 기계적 반발 디바이스를 채택, 자석 구조물의 진행 경로의 길이를 변경, 또는 상기 변경들의 조합에 의해 동조될 수 있다. 예를 들어, 배터리 내에서 발전기를 상이한 방향들로 배향시키는 현수 시스템과 같은 다른 현수 시스템이 채택될 수 있다. 현수 시스템(828)은 짐벌식일 수 있거나, 및/또는 전기 에너지로의 에너지의 최적의 변환을 용이하게 하도록 발전기를 배향시키기 위하여 회전 이동 원리를 채택할 수 있다. 다른 배향을 구비한 배터리 내의 다중의 발전기들이 채택될 수 있고, 다중의 배터리 구성이 채택될 수 있다.In some embodiments,
일부 실시예에서, 예를 들어 방사, 회전, 시드백(Seebeck), 음향, 열, 또는 무선 주파수 발전기들과 같은 다른 발전기 구성이 채택될 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지의 이용 가능한 형태의 최대 이점을 취하도록 발전기(804)가 케이스(802)에 대해 상대 이동할 수 있는 현수 시스템과 같은 다른 현수 시스템이 채택될 수 있다. 예를 들어, 발전기(804)는 이동 축선과 또는 이동 축선에 대해 축선그 자체를 정렬하도록 배터리 케이스(802)에서 회전하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 현수 시스템(828)은 자석 구조물(826)에 대해 코일(822, 824)들이 이동하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 환상면체 코일 시스템들이 채택될 수 있다.In some embodiments, other generator configurations may be employed, such as, for example, radiation, rotation, seebeck, sound, heat, or radio frequency generators. In some embodiments, other suspension systems may be employed, such as a suspension system in which the
도 24는 케이스(902), 발전기(904), 제 1 에너지 저장 장치(906), 제어 모듈(908), 제 2 에너지 저장 장치(910), 및 접점 단자(912, 914)를 포함하는 배터리(900)의 또 다른 실시예의 측단면도이다. 발전기(904)는 코일 시스템(916), 자석 구조물(918), 및 현수 시스템(920)을 포함한다. 코일 시스템(916)은 예를 들어 상기된 것, 및 "바이메탈 코일"이란 명칭으로 2006년 6월 26일자 출원된 동시 계속 출원 중인 미국특허 출원 제11/475,389호에 개시되어 있는 것 또는 그 조합들과 유 사한 하나 이상의 바이메탈 코일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 코일 시스템(916)은 단일 코일 또는 다중 코일 시스템으로 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 코일 시스템은 하나 이상의 바이메탈 코일을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 코일 시스템은 제 1 방향으로 권취된 제 1 코일과, 공통의 기준 지점에 대해 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 권취된 제 2 코일을 포함할 수 있다. 자석 구조물은 예를 들어 압축 자기장, 자석 구조물에 대해 불균형인 자기장, 또는 그 조합을 발생시키도록 구성된 자석 구조물을 포함할 수 있다. 배터리(900)는 도 23에 예시된 배터리(800)와 상이한 구성을 가지지만, 배터리(900)의 동작은 전형적으로 도 23에 예시된 배터리(800)의 동작과 유사하다. 접점 단자(912, 914)들은 예를 들어 구리, 은 또는 주석 도금 구리, 알루미늄, 금 등과 같은 금속 물질과 같은 전기 유도 물질로 만들어질 수 있다. 일부 실시예에서, 접점 단자(912, 914)들은 플라스틱 커넥터와 같은 커넥터 내에 수용될 수 있다. 24 illustrates a battery including a
도 25는 예를 들어 도 23 및 도 24에 도시된 실시예들, 뿐만 아니라 다른 실시예들에서 사용하는데 적절한 전기-기계 시스템(400)의 완전히 대립하는 단면도이다. 도 25는 도시를 용이하게 하도록 축척으로 도시되지 않았다. 시스템(400)은 다중 코일 시스템(402), 압축 자기장 및 불균형 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(404), 및 현수 시스템(406)을 포함한다. 현수 시스템(406)은 자석 구조물(404)이 어느 한 방향으로 다중 코일 시스템(402)을 완전하게 통과하는 것을 허용하도록 구성된다. 예시된 바와 같이, 시스템(400)은 선형 모터로서 동작하도록 용이하게 구성할 수 있다. 25 is a fully opposing cross sectional view of an electro-
다중 코일 시스템(402)은 원통형 코일 형태(412) 상에 권취되는 제 1 코일(408) 및 제 2 코일(410)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 코일 형태(412)는 현수 시스템(406)의 캐리어 가이드(411)와 통합된다. 코일 형태(412)는 지름(414)을 가진다. 제 1 코일(408)은 지름(418)을 가지는 와이어(416)의 제 1 수의 턴(n)을 가지며, n은 코일(408)에 있는 층들의 수만큼 승산된 와이어(416)의 층에서의 턴의 수와 같다. 제 2 코일(410)은 지름(422)을 가지는 와이어(420)의 제 2 수의 턴(m)을 포함하며, m은 코일(410)에 있는 층들의 수만큼 승산된 와이어의 층에 있는 턴의 수와 같다. 제 1 코일(408)은 제 1 방향(Y)으로 권취되고, 제 2 코일은 위로부터 보았을 때 이동 축선(464)와 같은 공통의 기준 지점에 대해 제 1 방향(Y)과 반대인 제 2 방향(Z)으로 권취된다. The
자석 구조물(404)은 원통형 자석 하우징(428) 내에 수용된 다수의 영구 자석(424, 426)들을 포함한다. 예시된 실시예가 자석 구조물(404)에서 2개의 영구 자석(424, 426)들을 채택하였지만, 시스템(400)의 다른 실시예들은 3개의 영구 자석, 4개의 영구 자석, 또는 수 백개의 영구 자석들과 같이 다른 수의 영구 자석들을 채택할 수 있다. 영구 자석(424, 426)들은 예시된 바와 같이 디스크-형상의 원통형 자석들이지만, 다른 형상들이 채택될 수 있다. 예를 들어, 직사각형(예를 들어, 정사각형), 구형, 또는 타원 형상의 자석들이 채택될 수 있다. 유사하게, 자석들의 페이스는 평탄일 필요는 없다. 예를 들어, 볼록, 오목, 방사형, 원추, 또는 다이아몬드 형상의 페이스들이 채택될 수 있다. 형상 및 페이스의 다양한 조합이 채택될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자석이 채택될 수 있다. 자석 하우징(428)은, 같은 극들이 서로 마주하여 일정 거리(430)만큼 분리되도록, 영구 자석(424, 426)들을 서로에 대해 적소에서 고정 유지하도록 구성된다. 예시된 바와 같이, 북극들이 서로 마주하지만, 일부 실시예에서 남극들이 서로 마주할 수 있다. 제 1 자석은 세기(G1), 지름(431), 및 길이(432)를 가지며, 제 2 자석(426)은 세기(G2), 지름(433), 및 길이(434)를 가진다. 시스템은 전체적인 지름(436)과 전체적인 길이(438)를 가진다.The
상기된 바와 같이, 자석 구조물(404)과 같은 자석 구조물에 있는 영구 자석들의 형상, 위치 및 세기는 압축 및 불균형의 자기장을 발생시키는 것에 의해 발전기(400)의 효율을 증가시킬 수 있다. 시스템(400)의 부품들의 길이와 지름의 비는 또한 시스템(400)의 효율에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 코일 시스템(412)의 지름에 대한 제 1 자석(424)의 상부로부터 제 2 자석(426)의 바닥까지의 길이의 비는 코일 시스템(402)을 통한 자석 구조물(404)의 이동에 응답하여 코일 시스템(402)에서 발전된 전류의 크기에 영향을 줄 수 있다. As noted above, the shape, position, and strength of permanent magnets in a magnetic structure, such as
캐리어 가이드(411)의 내측(442)과 자석 하우징(428)의 외측(444)은 권선 형태(412)와 자석 하우징(428) 사이를 결합하기 위한 잠재성을 감소시키도록 다른 물질로 만들어지거나 다른 물질로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 가이드(411)는 비점성 코팅제로 코팅될 수 있지만, 자석 구조물(428)은 ABS 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 다른 물질의 예는 각각 상표 Teflon® 및 Lexan®하에서 상업적으로 시판되고 있다.The
현수 시스템(406)은 자석 구조물(404)의 이동 축선(464)에서 코일(402)에 대해 고정되는 제 1 반발 영구 자석(460)과 제 2 반발 영구 자석(462)을 포함한다. 제 1 반박 자석(460)은 제 1 반발 자석(460)의 같은 극이 자석 구조물(404)에서 가장 가까이 있는 영구 자석(424)의 같은 극을 마주하도록 위치된다. 예시된 바와 같이, 제 1 반발 자석(460)의 S극(466)은 자석 구조물(404)의 제 1 영구 자석(424)의 S극을 마주한다. 유사하게, 제 2 반발 자석(462)은 제 2 반발 자석(462)의 같은 극이 자석 구조물(404)에서 가장 가까이 있는 영구 자석(426)의 같은 극을 마주하도록 위치된다. 예시된 바와 같이, 제 2 영구 자석(462)의 S극은 자석 구조물(404)의 제 2 영구 자석(426)의 S극을 마주한다. 이러한 배열은 운동 에너지를 전기 에너지로 변환시에 발전기의 효율을 증가시키고, 자석 구조물(404)이 현수 시스템(406)에서 움직이지 않을 가능성을 감소시킨다.
현수 시스템(406)은 또한 제 1 스프링(474), 제 2 스프링(476), 제 3 스프링(478) 및 제 4 스프링(480)을 포함한다. 제 1 스프링(474)은 제 1 반발 자석(460) 및 자석 구조물(404)의 제 1 단부 캡(456)에 결합된다. 제 1 스프링(474)은 전형적으로 부하가 걸린 상태로 있는다. 제 2 스프링(476)은 제 2 반발 자석(462) 및 자석 구조물(404)의 제 2 단부 캡(458)에 결합된다. 제 2 스프링(476)은 전형적으로 부하가 걸린 상태로 있는다. 제 1 및 제 2 스프링(474, 476)은 축선(464)을 따르는 필요한 이동 경로에 중심이 모아진 자석 구조물(404)을 유지하는 것을 도우며, 스프링들이 이동 축선(464)을 따르는 자석 구조물(404)의 이동에 의해 압축 및 신장됨으로써 자석 구조물(404)에 힘을 부과한다. 제 3 스프링(478)은 제 1 반발 자석(460)에 결합되고, 제 1 반발 자석(460)에 접근함으로써 자석 구조물(404)에 의해 인가되는 압축력에 응답하여 자석 구조물(404) 상에 반발력을 부과한다. 제 4 스프링(480)은 제 2 반발 자석(462)에 결합되고, 제 2 반발 자석(462)에 접근함으로써 자석 구조물(404)에 의해 인가되는 압축력에 응답하여 자석 구조물(404) 상에 반발력을 부과한다. 스프링(474, 476, 478, 480)들은 특정 응용물 및 알맞은 환경에서 발전기의 효율을 증가시키도록 동조될 수 있다. 동조는 경험적으로 행해질 수 있다. 일부 실시예는 스프링을 채택하지 않거나, 보다 적은 수의 스프링, 또는 보다 많은 수의 스프링을 채택할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 스프링(478, 480)들은 생략될 수 있다. 가우스 미터(도시되지 않음)는 자석 구조물(424, 426)의 최적의 세기, 크기, 형상 및 위치 선정, 코일 형태의 크기 및 와이어(416, 420)의 턴(n, m)의 수, 뿐만 아니라 코일 형태(412)의 지름(414)과 같은 시스템의 다른 물리적 특징을 결정하도록 채택될 수 있다.
예시된 바와 같이, 제 1 코일(408)의 제 1 리드(482)는 제 2 코일(410)의 제 2 리드(484)에 결합된다. 부하 또는 에너지 소스 부하/소스(486)는 제 1 코일(408)의 제 2 부하(488) 및 제 2 코일(410)의 제 1 부하(490)에 걸쳐서 결합된다.As illustrated, the
아래의 표 1은 도 25에 예시된 시스템(400)의 경험적 실시예에서 채택된 파라미터들을 설정한다. 경험적 실시예에서, 자석 구조물의 제 1 자석(424)은 모델 지정 DCC 하에서 판매되는 상업적으로 이용 가능한 희토 자석이고, 제 2 자석(426)은 모델 지정 DC8 하에서 판매되는 상업적으로 이용 가능한 희토 자석이며, 제 1 반발 자석(460)은 모델 지정 D61G 하에서 판매되는 상업적으로 이용 가능한 희토 자석이며, 제 2 반발 자석(462)은 모델 지정 D603 하에서 판매되는 상업적으로 이용 가능한 희토 자석이다. 제 1 와이어(416)는 표준 사이즈 27 구리 와이어이며, 제 2 와이어(420)는 표준 사이즈 21 구리 와이어이다. 시스템(400)의 경험적 실시예는 표준 D-전지 배터리 내로 충분히 끼워지도록 작았다. 표준 D-전지 배터리는 대략 3.19인치3의 전체 체적을 위하여 대략 2.33인치의 길이와 대략 1.32인치의 지름을 가진다. 도 25에 도시된 시스템(400)의 다른 실시예들이 가능하다. Table 1 below sets the parameters adopted in the empirical embodiment of the
표 1-경험적 실시예의 파라미터Table 1-Parameters of the Empirical Example
아래의 표 2는 표준 D-전지 배터리의 치수를 가지는 배터리의 실시예(도 23에 도시된 배터리(800) 참조)에 채택될 때 표 1에 따라서 구성되는 도 25의 시스템(400)의 실시예에 대한 경험적 결과를 설정한다. 시스템(400)은 5분의 테스트 기간 동안 코일 시스템(402)를 통하여 자석 구조물(404)이 대략 3000회 통과하도록 10㎐의 주파수에서 이동하였다. 통과 회수는 시스템이 예를 들어 시간당 3.5 마일의 평균 페이스(pace)로 개별적인 보행의 발에 부착될 때 발생되는 평균치에 대응할 수 있다. 자극 컬럼은 이동을 자극하도록 사용된 파형의 형태를 지시한다. 초고용량형 축전기는 코일 시스템(402, 도 23에 도시된 제 1 에너지 저장 장치(806) 참조)의 출력부에 결합되었다. 표 2에서 부하 컬럼은 초고용량형 축전기에 걸쳐서 결합되는 저항을 나타낸다. 전압 컬럼은 5분의 자극 기간 후에 초고용량형 축전기에 걸쳐서 획득되는 전압을 나타내며, 에너지 컬럼은 5분의 자극 기간의 결과로서 초고용량형 축전기에 저장된 에너지를 나타낸다. Table 2 below shows an embodiment of the
표 2 - 경험적 실시예들의 결과Table 2-Results of Empirical Examples
도 26은 불균형의 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물을 채택하는 전기-기계 시스템(100)의 실시예의 측단면도이다. 시스템(100)은 불균형 및 압축 자기장(도 20a 및 도 20b 참조)을 발생시키도록 각각 구성된 하나 이상의 자석 구조물(104)을 포함하는 회전자(102)와, 하나 이상의 코일(108)을 포함하는 고정자(106)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 시스템(100)은 2개의 자석 구조물(104)과 2개의 코일(108)들을 포함한다. 자석 구조물(104)은 제 1 길이(112)를 가지는 제 1 자석(110)과, 제 2 길이(116)를 가지는 제 2 자석(114)을 포함하며, 제 1 자석(110)과 제 2 자석(114)은 같은 극이 서로 마주하도록 이격 유지되고 불균형 및 압축 자기장을 발생시키도록 구성된다. 고정자(106)는 예를 들어 상기된 것들과 유사한 코일들을 포함한다. 일부 실시예에서, 회전자(102)는 하나 이상의 코일들을 포함할 수 있으며, 고정자(106)는 하나 이상의 자석 구조물들을 포함할 수 있다.26 is a cross-sectional side view of an embodiment of an electro-
도 27은 자석 구조물(100)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 27은 축척으로 도시되지 않았다. 자석 구조물(100)은 실질적으로 원통형인 제 1 자석(102)과 실질적으로 원통형인 제 2 자석(104)을 포함한다. 다른 자석 형상들이 채택될 수 있으며 부가의 자석들이 채택될 수 있다. 예를 들어, 자석들의 형상은 환상면체 코일 형태(도 28 참조)를 통한 이동을 용이하게 하도록 변경될 수 있다. 제 1 자석(102)은 길이(112)와 지름(120)을 가진다. 제 2 자석(104)은 길이(114)와 지름(122)을 가진다. 제 1 자석은 제 1 거리(124)만큼 제 2 자석(104)으로부터 이격 유지되고, 자석(102, 104)들의 같은 극은 서로 마주한다. 예시된 바와 같은 자석 구조물(100)은 제 1 자석(102)의 길이(112)가 제 2 자석(104)의 길이(114)와 다른 것으로 불균형으로 된다. 일부 실시예에서, 제 1 자석(102)의 길이(112)와 제 2 자석(104)의 길이(114)는 동일할 수 있다. 유사하게, 예시된 바와 같이, 제 1 자석(102)의 지름(120)은 제 2 자석의 지름(122)과 동일하다. 일부 실시예에서, 제 1 및 제 2 자석(102, 104)들은 상이한 지름을 가질 수 있다. 27 shows another embodiment of a
제 1 자석(102)은 제 1 자석(102)과 제 2 자석(104) 사이에 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티를 형성하도록 제 2 자석(104)의 실질적으로 반 환상면체 형상의 함몰부 또는 오목부(110)를 마주하는 실질적으로 반 환상면체 형상의 함몰부 또는 오목부(108)를 가진다. 실질적으로 반 환상면체 형상의 함볼부는 예를 들어 진 반 환상면체 형상의 함몰부, 제조 공차를 반영하는 반 환상면체 형상의 함몰부, 또는 반 타원형 형상의 함몰부와 같은 변경된 반 환상면체 형상의 함몰부를 포함할 수 있다. 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티는 예를 들어 진 환상면체 형상 캐비티, 제조 공차를 반영하는 환상면체 형상 캐비티, 타원 형상의 캐비티와 같은 변경된 환상면체 형상 캐비티를 포함할 수 있다.The
예시된 바와 같이, 실질적으로 환상면체 함몰부(108, 110)들은 실질적으로 선택적 선형인 세그먼트(118)를 가진다. 일부 실시예들은 실질적으로 선형 세그먼트(118)들을 채택하지 않을 수 있다. 제 1 자석(102)과 제 2 자석(104)은 또한 각각의 실질적으로 환상면체 형상의 함몰부(108, 110)에 인접한 선택적 립(116, lip)을 가진다. 립(116)의 크기는 예를 들어 실질적으로 환상면체 형상의 캐비티(106)가 대략 제 1 자석(102)의 지름(120)과 동일한 외경을 가지도록 거리(124)와 함께 고려될 때 선택될 수 있다. As illustrated, the substantially
도 28은 코일 시스템(100)의 또 다른 실시예를 도시한다. 코일 시스템은 환상면체 형상의 코일 형태(102)와, 코일 형태(102) 주위에 감싸지는 와이어의 다수의 권선(104)들을 가진다. 도시된 바와 같이, 코일 시스템(100)은 단일 코일(106)을 가진다. 일부 실시예들은 다양한 방식으로 서로 결합된 다중 코일들을 채택할 수 있다. 일부 실시예들은 하나 이상의 바이메탈 코일들을 채택할 수 있다. 일부 실시예들은 절연 시트 상의 트레이스들로 구성되는 하나 이상의 코일들을 채택할 수 있다. 코일 시스템(100)은 실질적으로 원형 경로를 따라서 코일 형태(102)에 대한 상대 이동을 용이하게 하도록 구성된 선택적 자석 구조물(108)을 가진다. 다른 자석 구조물이 채택될 수 있다. 예를 들어, 상기된 자석 구조물들이 채택될 수 있다. 자석 구조물과 코일은 다른 경로를 따르는 상대 이동을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 자석 구조물은 실질적으로 선형인 경로, 예를 들어 코일의 평면에 대해 직각인 축선(도 25 참조)을 따라서 코일에 대해 상대 이동하도록 구성될 수 있다. 코일 시스템(100)은 코일 시스템(100)에 대한 자석 구조물의 상대 이동을 용이하게 하도록 현수 시스템들과 메커니즘들(반발 자석들과 같은)을 채택할 수 있다. 자석 구조물(108)과 하우징(도 23에 도시된 하우징(852) 참조)의 형상, 코일 형태(102)와 자석 구조물 하우징(도 23에 도시된 하우징(852) 참조)의 물질들은 코일 형태(102)와 자석 구조물 하우징 사이의 마찰 및 접촉 지점들을 감소시키도록 선택될 수 있다. 28 illustrates another embodiment of a
비록 코일, 자석 구조물, 장치, 발전기/모터, 배터리, 제어 모듈, 에너지 저장 장치 및 에너지를 발생시켜 저장하기 위한 방법들에 대한 특정 실시예 및 예들이 예시적인 목적을 위하여 본 명세서에 기술되었을지라도, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이 다양한 등가의 변경들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 만들어질 수 있다. Although specific embodiments and examples of coils, magnetic structures, devices, generators / motors, batteries, control modules, energy storage devices, and methods for generating and storing energy have been described herein for illustrative purposes, As will be appreciated by those skilled in the art, various equivalent modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention.
상기된 다양한 실시예들은 추가의 실시예들을 제공하도록 조합될 수 있다. 공동으로 양도된 미국 특허 출원 제11/475,858호, 제11/475,389호, 제11/475,564호 및 제11/475,842호를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 명세서에서 인용 및/또는 출원 데이터 시트에 열거된 모든 미국 특허, 미국 특허 출원 공개, 미국 특허 출원, 외국 특허, 외국 특허 출원 및 비특허 문헌은 그 전체에 있어서 참조에 의해 본원에 통합된다. 본 발명의 양태들은 필요하다면 여전히 본 발명의 추가의 실시예들을 제공하도록 다양한 특허, 출원 및 공개의 시스템, 회로 및 개념들을 채택하도록 변경될 수 있다.The various embodiments described above can be combined to provide further embodiments. Listed in the specification and / or application data sheets cited in the specification, including but not limited to commonly assigned US patent applications 11 / 475,858, 11 / 475,389, 11 / 475,564, and 11 / 475,842 All US patents, US patent application publications, US patent applications, foreign patents, foreign patent applications, and non-patent literature are incorporated herein by reference in their entirety. Aspects of the invention may be modified to adapt various systems, circuits, and concepts of the patents, applications, and publications to still provide further embodiments of the invention, if necessary.
상기 및 다른 변형이 상기의 상세한 설명의 관점에서 본 발명에 대해 만들어질 수 있다. 일반적으로, 다음의 특허청구범위에서, 사용된 용어들은 상세한 설명 및 특허청구범위에서 기술된 특정 실시예들로 본 발명을 한정하도록 구속하지 않아야 한다. 따라서, 본 발명은 상기의 개시에 의해 제한되지 않으며, 대신 그 범위는 다음의 특허청구범위에 의해 전체적으로 결정된다.These and other variations can be made to the invention in light of the above detailed description. In general, in the following claims, the terms used should not be construed to limit the invention to the specific embodiments described in the description and claims. Accordingly, the invention is not limited by the above disclosure, but instead its scope is determined in its entirety by the following claims.
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