KR20090046790A - 에너지를 저장하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20090046790A
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에릭 제이. 야거
존 모리슨
존 지. 리차드슨
데이비드 에프. 스펜서
데일 더블유. 크리스티안센
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배텔레 에너지 얼라이언스, 엘엘씨
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Abstract

자체 충전 배터리(100)는 배터리 케이스(102) 내에 수용된 발전기(104)와 에너지 저장 장치(106, 110)를 포함한다. 발전기(104)는 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(124)과, 코일(122)의 전기 유도 요소들에 압축 자기장의 초점을 맞추도록 구성된 코일(122)을 포함한다.
배터리, 코일, 자석 구조물, 압축 자기장, 전기 유도 요소, 자기 유도 요소

Description

에너지를 저장하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR STORING ENERGY}
정부 관심 대상에 관한 진술
본 발명은 미합중국 에너지부에 의해 부여된 계약 번호 DE-AC07-05-ID14517 하에서 미합중국 정부 지원으로 만들어졌다. 미합중국 정부는 본 발명에서의 일정 권리를 가진다.
본 출원은 일반적으로 에너지를 저장하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이고, 특히 에너지를 전류로 변환하고 에너지를 저장하기 위한 휴대용 시스템 및 방법에 관한 것이다.
종래의 배터리 및 저장 캐패시터와 같은 종래의 휴대용 에너지 저장 장치는 폐기 가능하거나 또는 멀리 있는 전기 에너지 소스에 장치를 결합하는 것에 의해 재충전 가능하다. 폐기 가능한 장치는 고유하게 사용자가 이용할 수 있는 휴대 가능한 저장된 에너지의 양을 제한한다. 여분의 폐기 가능한 장치를 지니는 것은 비용이 들며, 사용자는 관련된 중량, 저장 공간, 및 폐기 요건을 수용하여야만 한다. 저장 장치들은 또한 환경 친화적이 아니다. 종래의 충전 가능한 장치는 충전 가능하지 않은 장치보다 환경 친화적이지만, 멀리 있는 에너지 소스가 장치를 충전하도 록 요구되고, 멀리 있는 에너지원에 대한 접근 사이의 이용 가능한 에너지는 제한된다. 부가하여, 충전은 사용자 개입을 요구한다.
종래의 요동-플래쉬(shake-flashlight)와 유사한 요동-작동 장치는 예를 들어 짧은 시간 동안 LED를 구동하는데 충분한 제한된 양의 에너지의 저장을 제공하지만, 전형적으로 종래의 플래쉬 전구, 및 예를 들어 핸드폰, 카메라, GPS 시스템 또는 종래의 플래쉬와 같은 다른 높은 전류 의존형 장치들을 구동하는데 충분한 에너지를 만들지 못한다. 이러한 장치들은 크고, 장치를 충전하는 것에 대해 명확하게 규제된 물리적 활동도를 요구한다. 부가하여, 종래의 요동-작동 장치들은 또 다른 휴대용 장치를 구동하도록 용이하게 전개할 수 없다. 이러한 장치들은 휴대폰 및 페이스 메이커(pacemaker)와 같은 건강 관련 장치와 같은 전자 장치의 동작을 잠재적으로 간섭할 수 있는 문제가 있는 레벨의 자기장을 만든다.
종래의 크랭크 동력(crank-powered) 장치들은 종래의 요동-작동 장치보다 훨씬 큰 에너지-저장 용량을 가지지만, 유사하게 크고 장치를 충전하는 것에 대해 명확하게 규제된 물리적 활동도를 요구하며, 또 다른 휴대용 장치를 구동하는데 용이하게 전개할 수 없으며, 이의가 있는 레벨의 자기장을 발생시킬 수 있다.
예를 들어, 모터, 발전기, 및 교류기와 같은 전자기 유도(electro-magnetic) 및 전기-기계 장치 및 응용물은 전형적으로 코일 및/또는 자석을 채택한다. 종래의 자석 구조물들은 자기장을 발생시키도록 단일의 자석, 또는 자기장을 발생시키도록 배열된 다수의 자석을 채택한다. 자석들은 전형적으로 영구 자석 또는 전자석이다. 많은 응용물의 효율은 자석 구조물들에 의해 발생된 자기장의 변화도(gradient)에 의존한다.
출력 또는 성능에서의 증가가 필요하였을 때, 종래에는 코일의 크기 또는 수가 증가하였거나, 또는 자석의 크기 또는 세기가 증가되었다. 이러한 접근은 중량, 비용, 크기 및 내구성의 문제를 초래한다. 이러한 접근은 또한 많은 응용에 대해 실제적이지 못한다. 그러므로, 전자기 유도 및 전기-기계 장치 및 응용물에서 사용하기 위한 개선된 코일 및 자석에 대한 필요성이 예상된다.
하나의 실시예에서, 코일은 전기 유도 권선(winding)과, 전기 유도(electric conductive) 권선에 자속(magnetic flux)의 초점을 맞추도록 구성된 자기 유도(magnetic conductive) 권선을 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일은 권선 형태(winding form)를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 권선 형태 상의 제 1 층은 전기 유도 권선의 층을 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선의 제 2 층은 권선 형태 상의 제 1 층에 인접한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선의 층은 전기 유도 권선의 제 2 층에 인접한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선의 층은 권선 형태 상의 제 1 층에 인접한다. 하나의 실시예에서, 권선 형태 상의 마지막 층은 전기 유도 권선의 층으로 구성된다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선의 층은 전기 유도 권선의 2개의 층들 사이에 있다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선의 다수의 층들은 전기 유도 권선의 2개의 층들 사이에 있다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선은 폐루프를 형성한다. 하나의 실시예에서, 코일은 사다리꼴 형상 부분을 가진다. 하나의 실시예에서, 코일은 코어 주위에 권취된다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선과 자기 유도 권선은 함께 이중 전도체 권선을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선은 은/니켈 합금으로 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일은 절연재의 층을 추가로 포함하고, 전기 유도 권선은 절연재의 층 상에 형성된 트레이스(trace)를 포함한다.
하나의 실시예에서, 권선은 전기 유도 와이어와, 전기 유도 와이어로부터 절연되어 고정되며 전기 유도 와이어에 자속의 초점을 맞추도록 구성된 자기 유도 와이어를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 와이어는 폐루프를 형성한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 와이어는 절연층에 의해 전기 유도 와이어에 고정된다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 와이어는 상기 권선의 코어를 형성하고, 절연층에 의해 둘러싸이며, 상기 전기 유도 와이어는 상기 절연층을 둘러싼다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 와이어는 꼬인 와이어(stranded wire)로 구성된다.
하나의 실시예에서, 시스템은 자석 구조물과, 전기 유도 권선 및 상기 전기 유도 권선에 자속의 초점을 맞추도록 구성된 자기 유도 권선을 포함하는 코일을 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지를 수용하고, 에너지의 수용에 응답하여 전기 신호를 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지를 수용하도록 구성된 기계적 전달 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 구조물에 결합되고, 에너지의 수용에 응답하여 상기 코일에 대해 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 선형 방식으로 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 회전 방식으로 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 방사(radial) 방식으로 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 코일에 결합되고 에너지의 수용에 응답하여 자석 구조물에 대해 코일을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일은 전기 신호를 수신하도록 구성되고, 상기 시스템은 전기 신호의 수신에 응답하여 기계적인 힘을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적 전달 시스템을 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 시스템은 전기 신호를 유도하기 위한 수단, 전기 신호를 유도하기 위한 수단에 자속의 초점을 맞추기 위한 수단, 및 자석 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자속의 초점을 맞추기 위한 수단은 은/니켈 합금으로 구성되는 권선을 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 신호를 유도하기 위한 꼬인 구리 와이어로 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일은 제 1 절연 기판을 포함하고, 전기 신호를 유도하기 위한 수단은 상기 제 1 절연 기판 상에 형성된 전기 유도 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자속의 초점을 맞추기 위한 수단은 제 1 절연 기판 상에 형성된 자기 유도 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 트레이스는 제 1 절연 기판의 제 1 표면 상에 형성되고, 자기 유도 트레이스는 제 1 절연 기판의 제 1 표면 상에 형성된다. 하나의 실시예에서, 코일은 다수의 절연 기판을 포함하고, 전기 신호를 유도하기 위한 수단은 다수의 기판들에서 선택된 기판들 상에 형성된 다수의 전기 유도 트레이스를 포함하며, 자속의 초점을 맞추기 위한 수단은 다수의 기판들에서 선택된 기판들 상에 형성된 다수의 자기 유도 트레이스를 포함한다.
하나의 실시예에서, 전기 신호를 발생시키기 위한 방법은 자석 구조물과 전기 유도 권선 사이에서 상대 이동을 유발하는 단계와, 자기 유도 권선을 사용하여 전기 유도 권선에 자석 구조물에 의해 발생된 자속의 초점을 맞추는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 상기 자기 유도 권선으로 폐루프를 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 코일은 다수의 절연 기판, 상기 다수의 기판들에서 선택된 기판들의 제 1 세트 상에 형성된 다수의 전기 유도 트레이스, 및 다수의 기판들에서 선택된 기판들의 제 2 세트 상에 형성된 다수의 자기 유도 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 선택된 기판들의 제 1 세트는 모두 다수의 절연 기판들에서의 다른 절연 기판을 포함하고, 다수의 전기 유도 트레이스들은 제 1 세트의 선택된 기판들에서의 각각의 다수의 절연 기판 상에 형성된 전기 유도 트레이스로 이루어진다. 하나의 실시예에서, 다수의 전기 유도 트레이스들은 전기적으로 직렬 결합된다. 하나의 실시예에서, 다수의 자기 유도 트레이스들은 폐루프를 형성하도록 서로 전기적으로 결합된다.
하나의 실시예에서, 기계적인 힘을 발생시키 위한 방법은 자기장을 발생시키는 단계, 전기 유도 요소에 자속의 초점을 맞추는 단계, 및 전기 유도 요소를 통해 전류를 유도하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전류는 교류 전류이다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전달 시스템에서 선형 운동을 발생시키도록 기계적인 힘을 적용하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전달 시스템에서의 회전 이동을 발생시키도록 기계적인 힘을 적용하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전달 시스템에서의 방사 이동을 발생시키도록 기계적인 힘을 적용하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 전류는 직류 전류이다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 요소는 전기 유도 권선의 층들을 포함하고, 전기 유도 권선에 자속의 초점을 맞추는 단계는 상기 전기 유도 권선의 층들 사이에 자기 유도 권선을 삽입하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선은 폐루프를 형성한다.
하나의 실시예에서, 시스템은 제 1 자석 하우징, 상기 제 1 자석 하우징에 고정되고 제 1 극성의 제 1 극과 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석, 및 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석으로서, 압축된 자속을 발생시키기 위하여, 상기 제 2 자석의 제 1 극이 제 1 자석의 제 1 극으로부터 일정 거리 이격되어 마주하여 유지되도록 상기 제 1 자석 하우징 내에 고정되는 제 2 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석은 희토(rare earth) 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 코일을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지를 수용하고 에너지의 수용에 응답하여 전기 신호를 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 전기 신호를 수신하고 전기 신호에 응답하여 기계적인 힘을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적 전달 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 제 1 자석 하우징에 결합되고, 에너지의 수용에 응답하여 코일에 대해 제 1 자석 하우징을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 선형 방식으로 제 1 자석 하우징을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 제 1 자석 하우징을 회전시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 3 자석으로서, 압축 자기장을 발생시키기 위하여 제 3 자석의 제 2 극이 제 1 자석의 제 2 극으로부터 일정 거리 이격되어 마주하여 유지되도록 상기 제 1 자석 하우징 내에 고정되는 제 3 자석을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일은 제 1 자석 하우징이 회전됨으로써 제 1 자석과 제 2 자석 사이를 통과하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 코일에 결합되고, 에너지의 수용에 응답하여 제 1 자석 하우징에 대해 코일을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 반발 자석(repelling magnet)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 기계적인 반발 시스템을 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일은 전기 신호를 수신하도록 구성되고, 시스템은 전기 신호에 응답하여 코일에 대해 제 1 자석 하우징을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지를 수용하고 에너지의 수용에 응답하여 제 1 자석 하우징을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 제 2 코일을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 코일은 제 1 자석 하우징이 코일에 대해 이동하는 축선과 정렬되는 축선을 가진다. 하나의 실시예에서, 시스템은 제 2 자석 하우징, 제 2 자석 하우징 내에 고정되고 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 3 자석, 및 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 4 자석으로서, 압축 자기장을 발생시키기 위하여, 제 3 자석의 제 1 극이 제 4 자석의 제 1 극으로부터 일정 거리 이격되어 마주하여 유지되도록 제 2 자석 하우징 내에 고정되는 제 4 자석을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 2 자석 하우징은 실질적으로 제 1 자석 하우징에 대해 직각이다. 하나의 실시예에서, 시스템은 제 2 코일을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석 하우징은 짐벌식이다(gimbaled). 하나의 실시예에서, 전기 신호는 DC 전류를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 신호는 AC 전류를 포함하고, 시스템은 코일에 결합되고 AC 전류를 DC 전류로 변환하도록 구성되는 정류 회로 소자를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 시스템에 의해 발생된 전력을 축적하고 저장하기 위하여 정류 회로 소자에 결합된 전력 저장 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 전력 저장 시스템에 결합되고 전기 분배 시스템에 교류 전류를 공급하도록 구성된 인버터를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 파동(wave)으로부터 전기 신호로 에너지를 변환하도록 구성된다.
하나의 실시예에서, 자석 구조물은 자석 하우징, 자석 하우징 내에 고정되고 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석, 및 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석으로서, 압축 자기장을 발생시키기 위하여, 제 2 자석의 제 1 극이 제 1 자석의 제 1 극으로부터 일정 거리 이격되어 마주하여 유지되도록 상기 자석 하우징 내에 고정되는 제 2 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석은 영구 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석은 희토 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석은 전자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석과 제 2 자석 사이의 공간은 실질적으로 비자성 물질로 충전된다. 하나의 실시예에서, 비자성 물질은 공기를 포함한다. 하나의 실시예에서, 비자성 물질은 플루오르폴리머 수지를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 3 자석으로서, 압축 자기장을 발생시키기 위하여, 제 3 자석의 제 2 극이 제 1 자석의 제 2 극으로부터 일정 거리 이격되어 마주하여 유지되도록 자석 하우징 내에 고정되는 제 3 자석을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 극성은 북극이다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석의 제 1 극의 페이스(face)는 적어도 대체로 평면이다. 하나의 실시예에서, 제 2 자석의 제 1 극의 페이스는 적어도 대체로 평면이다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석의 제 1 극의 페이스는 적어도 대체로 볼록하다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석의 제 1 극의 페이스는 적어도 대체로 오목하다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석은 대체로 직사각형이다. 하나의 실시예에서, 제 1 자석은 대체로 구형이다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 현수(suspension) 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 현수 시스템은 짐벌식이다. 하나의 실시예에서, 중력은 현수 시스템 내에 자석 구조물을 위치시키도록 사용된다. 하나의 실시예에서, 현수 시스템은 자석 구조물을 위치시키기 위해 회전 이동(gyroscopic) 원리를 채택하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 자석 하우징은 진공화되고(evacuated) 기밀하게 밀봉된다.
하나의 실시예에서, 자석 구조는 자석 구조물은 다수의 자석들과, 자석들을 서로에 대해 이격된 관계로 유지하여 압축 자기장을 발생시키도록 구성되는 수단을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석을 유지하기 위한 수단은 암나사면을 가지는 자석 하우징을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석을 유지하기 위한 수단은 서로에 대해 고정된 위치에서 다수의 자석을 유지하도록 구성되는 탭(tab)들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 자석을 유지하기 위한 수단에 결합된 기계적 에너지를 전달하기 위한 수단을 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 전력을 발생시키기 위한 방법은 다수의 이격된 자석들을 사용하여 압축 자기장을 발생시키는 단계와, 전기 유도 권선과 압축 자기장 사이에서 상대 이동을 유발하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장을 발생시키는 단계는 자석들의 같은 극들이 압축 자기장을 발생시키기 위해 서로 마주하도록 서로에 대해 고정된 위치에서 이격된 다수의 자석들을 유지하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 자석들은 2개의 자석으로 이루어지고, 두 자석들 사이의 거리는 주위 거리(ambient distance)보다 작다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전기 유도 권선에서 발생된 전류를 정류하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 에너지 저장 시스템에서 정류된 전기를 저장하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상대 이동을 유발하는 단계는 다수의 자석들에 대해 전기 유도 권선을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상대 이동을 유발하는 단계는 전기 유도 권선에 대해 다수의 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선에 대해 다수의 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 선형 경로를 따라서 다수의 자석을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선에 대해 다수의 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 방사 경로를 따라서 다수의 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선에 대해 다수의 자석을 이동시키는 단계는 다수의 자석을 회전시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 압축 자기장의 변화도를 최적화하는 단계를 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 기계적인 힘을 발생시키는 방법은 압축 자기장을 발생시키는 단계와, 압축 자기장에서 전기 유도 권선을 통해 전류를 유도하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장을 발생시키는 단계는 압축 자기장을 발생시키기 위하여 자석들의 같은 극이 서로 마주하도록 서로에 대해 고정된 위치에서 이격된 다수의 자석들을 유지하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 자석들은 2개의 자석들로 이루어지고, 두 자석들 사이의 거리는 주위 거리보다 작다. 하나의 실시예에서, 전류는 교류 전류이다. 하나의 실시예에서, 전류는 직류 전류이다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전달 시스템에서 대체로 선형인 이동을 유발하도록 기계적인 힘을 적용하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전달 시스템에서 대체로 회전 이동을 유발하도록 기계적인 힘을 적용하는 단계를 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 시스템은 전기 유도 권선 및 전기 유도 권선에 자속의 초점을 맞추도록 구성된 자기 유도 권선을 가지는 코일, 및 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 제 1 자석 하우징, 제 1 자석 하우징 내에 고정되고 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석, 및 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석으로서, 압축 자기장을 발생시키기 위하여 제 2 자석의 제 1 극이 제 1 자석의 제 1 극으로부터 일정 거리 이격되어 마주하여 유지되도록 제 1 자석 하우징 내에 고정되는 제 2 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지를 수용하고 에너지의 수용에 응답하여 전기 신호를 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 전기 신호는 AC 전류를 포함하고, 시스템은 코일에 결합되고 AC 전류를 DC 전류로 변환하도록 구성된 정류 회로 소자를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 신호는 DC 전류를 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 전기 신호를 수신하고 전기 신호에 응답하여 기계적인 힘을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 기계적 전달 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 구조물에 결합되고 에너지의 수용에 응답하여 코일에 대해 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 선형 방식으로 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 자석 구조물을 회전시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 방사 경로를 따라서 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 기계적 전달 시스템은 코일에 결합되고 에너지의 수용에 응답하여 자석 구조물에 대해 코일을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일은 전기 신호를 수신하도록 구성되고, 시스템은 전기 신호의 수신에 응답하여 코일에 대해 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지를 수용하고 에너지의 수용에 응답하여 코일에 대해 자석 구조물을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 에너지를 수용하고 에너지의 수용에 응답하여 자석 구조물에 대해 코일을 이동시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일은 자석 구조물이 코일에 대해 상대 이동하도록 구성되는 축선과 적어도 대체로 정렬되는 축선을 가진다. 하나의 실시예에서, 시스템은 짐벌식 현수 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 시스템은 파동으로부터 전기 신호로 에너지를 변환하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선은 폐루프로서 구성된다. 하나의 실시예에서, 시스템은 사용자에게 시스템을 결합하기 위해 구성된 의류를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 시스템은 전기 전달 그리드(grid)에 코일을 결합하도록 구성된 커플러를 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 전력을 발전시키는 방법은 다수의 이격된 자석들을 이용하여 압축 자기장을 발생시키는 단계, 압축 자기장에 대해 전기 유도 권선을 이동시키는 단계, 및 자기 유도 권선을 사용하여 전기 유도 권선에 자속의 초점을 맞추는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장을 발생시키는 단계는 압축 자기장을 발생시키기 위하여 자석들의 같은 극들이 서로 마주하도록 서로에 대해 고정된 위치에서 이격된 다수의 자석들을 유지하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 자석들은 2개의 자석들로 이루어지고, 두 자석들 사이의 거리는 주위 거리보다 작다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전기 유도 권선에서 발생된 전류를 정류하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 에너지 저장 시스템에 정류된 전류를 저장하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장에 대해 전기 유도 권선을 이동시키는 단계는 다수의 자석들에 대해 전기 유도 권선을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장에 대해 전기 유도 권선을 이동시키는 단계는 전기 유도 권선에 대해 다수의 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선에 대해 다수의 자석들을 이동시키는 단계는 대체로 선형 경로를 따라서 다수의 자석들을 이동시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선에 대해 다수의 자석들을 이동시키는 단계는 다수의 자석들을 회전시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 압축 자기장의 변화도를 최적화하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선은 폐루프를 형성한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전기 전달 그리드에 전기 유도 권선을 결합하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전기 유도 권선에서 교류 전류를 발전시키는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전기 유도 권선에서 직류 전류를 발전시키는 단계를 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 기계적인 힘을 발생시키는 방법은 압축 자기장을 발생시키는 단계, 자기 유도 권선을 사용하여 전기 유도 권선에 자속의 초점을 맞추는 단계, 및 압축 자기장에서의 전기 유도 권선을 통해 전류를 유도하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장을 발생시키는 단계는 압축 자기장을 발생시키기 위하여 자석들의 같은 극들이 서로 마주하도록 서로에 대해 고정된 위치에서 이격된 다수의 자석들을 유지하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 자석들을 2개의 자석들로 이루어지고, 두 자석들 사이의 거리는 주위 거리 보다 작다. 하나의 실시예에서, 전류는 교류 전류이다. 하나의 실시예에서, 전류는 직류 전류이다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전달 시스템에서 대체로 선형 운동을 유발하도록 기계적인 힘을 적용하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 전달 시스템에서 대체로 회전 이동을 유발하도록 기계적인 힘을 적용하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선은 폐루프를 형성한다.
하나의 실시예에서, 의류는 전기 유도 권선 및 전기 유도 권선에 자속의 초점을 맞추도록 구성된 자기 유도 권선을 가지는 코일, 및 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 제 1 자석 하우징, 제 1 자석 하우징 내에 고정되고 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석, 및 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석으로서, 압축 자기장을 발생시키기 위하여 제 2 자석의 제 1 극이 제 1 자석의 제 1 극으로부터 일정 거리 이격되어 마주하여 유지되도록 상기 제 1 자석 하우징 내에 고정되는 제 2 자석을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선은 폐루프를 형성한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물과 코일은 배터리 케이스 내에 수용된다
하나의 실시예에서, 시스템은 자속에서의 변화에 응답하여 전류를 유도하기 위한 수단, 전류를 유도하기 위한 수단에 자속의 초점을 맞추기 위한 수단, 및 압축 자기장을 발생시키기 위한 수단을 포함한다. 하나의 실시예에서, 전류를 유도하기 위한 수단은 전기 유도 권선을 포함하고, 자속의 초점을 맞추는 수단은 자기 유도 권선을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 권선은 폐루프를 형성한다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장을 발생시키기 위한 수단은 제 1 자석 하우징, 제 1 자석 하우징 내에 고정되고 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 1 자석, 및 제 1 극성의 제 1 극 및 제 2 극성의 제 2 극을 가지는 제 2 자석으로서, 압축 자기장을 발생시키기 위하여 제 2 자석의 제 1 극이 제 1 자석의 제 1 극으로부터 일정 거리 이격되어 마주하여 유지되도록 상기 제 1 자석 하우징 내에 고정되는 제 2 자석을 포함한다.
하나의 실시예에서, 배터리는 케이스, 케이스 내에 수용되고 배터리에 의해 수용된 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 제 1 발전기, 상기 케이스 내에 수용되는 제 1 에너지 저장 장치, 상기 케이스 내에 수용된 제 2 에너지 저장 장치, 상기 케이스 내에 수용되고 제 1 및 제 2 에너지 저장 장치들에 결합되며 제 1 에너지 저장 장치로부터 제 2 에너지 저장 장치로 전기 에너지의 전달을 제어하도록 구성된 제어 모듈, 및 다수의 접점 단자들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 에너지 저장 장치는 초고용량 축전기(ultracapacitor)를 포함하며, 제 2 에너지 저장 장치는 리튬 전지를 포함한다. 하나의 실시예에서, 배터리는 제 3 에너지 저장 장치를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 3 에너지 저장 장치는 제 2 에너지 저장 장치와 직렬로 결합된다. 하나의 실시예에서, 제 3 에너지 저장 장치는 제 1 에너지 저장 장치와 병렬로 결합된다. 하나의 실시예에서, 배터리는 다수의 접점 단자들을 수용하는 커넥터를 포함한다. 하나의 실시예에서, 케이스와 접점 단자들은 C-전지 배터리의 구성을 가진다. 하나의 실시예에서, 제 1 발전기는 코일과 자석 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 코일은 전기 유도 요소와, 자기 유도 요소를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 다수의 접점 단자들은 제어 모듈에 전기적으로 결합된다. 하나의 실시예에서, 배터리는 케이스 내에 수용된 제 2 발전기를 추가로 포함하고, 제 1 발전기는 제 1 방향으로 배향되고(orientated), 제 2 발전기는 제 1 방향과 다른 제 2 방향으로 배향된다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈은 제 2 에너지 저장 장치와 접점 단자들 사이의 에너지의 전달을 제어하도록 추가로 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 에너지 저장 장치과 접점 단자들 사이의 에너지의 전달은 접점 단자들로부터 제 2 에너지 저장 장치로의 에너지의 전달을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 1 에너지 저장 장치와 접점 단자들 사이의 에너지의 전달은 접점 단자들로부터 제 1 에너지 저장 장치로의 에너지의 전달을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈은 제 1 에너지 저장 장치와 접점 단자들 사이의 에너지의 전달을 제어하도록 추가로 구성된다. 하나의 실시예에서, 배터리는 발전기에 결합된 현수 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 현수 시스템은 전기 에너지로의 이동의 예측된 패턴의 변환을 최적화도록 동조된다(tuned). 하나의 실시예에서, 현수 시스템은 짐벌식이다. 하나의 실시예에서, 현수 시스템은 회전 이동 시스템을 포함한다. 하나의 실시예에서, 발전기는 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 변환하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 발전기는 와류(parasitic) 방식으로 수용된 에너지를 변환하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 케이스는 자기 차폐물(magnetic shield)을 포함한다.
하나의 실시예에서, 배터리는 케이스, 케이스 내에 수용된 코일, 케이스 내에 수용되어 압축 자기장을 발생시키도록 구성되는 자석 구조물, 케이스 내에 수용된 제 1 에너지 저장 장치, 케이스에 결합된 다수의 접점 단자들, 및 케이스 내에 수용되어 코일과 제 1 에너지 저장 장치에 결합되는 제어 모듈을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 다수의 희토 자석에서 이웃하는 자석들에서 같은 극이 서로 마주하도록 구성되는 다수의 이격된 희토 자석들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 다수의 자석들에서의 자석들은 서로에 대해 적소에서 유지된다. 하나의 실시예에서, 다수의 자석들에서의 두 자석들 사이의 공간은 실질적으로 비자성 물질로 충전된다. 하나의 실시예에서, 비자성 물질은 공기를 포함한다. 하나의 실시예에서, 비자성 물질은 플루오르폴리머 수지를 포함한다. 하나의 실시예에서, 케이스는 진공화되고 기밀하게 밀봉된다. 하나의 실시예에서, 배터리는 자석 구조물에 결합되는 현수 시스템을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 현수 시스템은 전기 에너지로의 이동의 예측된 패턴의 변환을 최적화하도록 조정된다(tuned). 하나의 실시예에서, 코일은 전기 유도 요소와 자기 유도 요소를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 요소는 전기 유도 요소에 자속의 초점을 맞추도록 구성된다.
하나의 실시예에서, 배터리는 케이스, 상기 케이스 내에 수용되고 전기 유도 요소와 자기 유도 요소를 가지는 코일, 자석 구조물, 상기 케이스 내에 수용된 제 1 에너지 저장 장치, 상기 케이스에 결합되는 다수의 접점 단자들, 및 상기 케이스 내에 수용되고 상기 코일과 상기 제 1 에너지 저장 장치에 결합되는 제어 모듈을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 요소는 전기 유도 요소에 자속의 초점을 맞추도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 요소는 다중의 와이어 권선들에 있는 전기 유도 권선을 포함하고, 자기 유도 요소는 상기 다중의 와이어 권선들에 있는 자기 유도 권선을 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 요소는 전기 유도 권선을 포함하고, 자기 유도 요소는 자기 유도 권선을 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 요소는 제 1 절연 기판 상에 형성된 전기 유도 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기 유도 요소는 제 1 절연 기판 상에 형성된 자기 유도 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 트레이스는 제 1 절연 기판의 제 1 표면 상에 형성되고, 자기 유도 트레이스는 제 1 절연 기판의 제 1 표면 상에 형성된다. 하나의 실시예에서, 배터리는 다수의 절연 기판들을 추가로 포함하고, 전기 유도 요소는 다수의 기판들에서 선택된 기판들 상에 형성된 다수의 전기 유도 트레이스들을 포함하고, 자기 유도 요소는 다수의 기판들에서 선택된 기판들 상에 형성된 다수의 자기 유도 트레이스를 포함한다. 하나의 실시예에서, 자석 구조물은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 다수의 접점 단자들의 접점 단자는 외부 배터리의 접점 단자에 전기적으로 결합된다. 하나의 실시예에서, 배터리는 제 1 물리적 배향(orientation)을 가지며, 외부 배터리는 제 1 물리적 배향과 다른 제 2 물리적 배향을 가진다.
하나의 실시예에서, 배터리는 케이스, 배터리의 이동을 전류로 변환하기 위한 수단, 케이스 내에 수용된 제 1 에너지 저장 수단, 상기 케이스 내에 수용된 제 2 에너지 저장 수단, 상기 이동 변환 수단으로부터 상기 케이스 내에 수용된 제 1 에너지 저장 수단으로의 에너지 전달을 제어하기 위한 수단, 및 제 1 에너지 저장 수단에 저장된 에너지에 접근하기 위한 수단을 포함한다. 하나의 실시예에서, 배터리는 상기 케이스 내에 수용된 제 3 에너지 저장 수단을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 이동 변환 수단은 전류를 유도하기 위한 수단과, 자기장을 발생시키기 위한 수단을 포함한다. 하나의 실시예에서, 자기장을 발생시키기 위한 수단은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 배터리는 자속을 유도하기 위한 수단을 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 배터리는 자기장을 발생시키기 위한 수단에 대해 전류를 유도하기 위한 수단의 상대 이동을 용이하게 하기 위한 수단을 추가로 포함한다.
하나의 실시예에서, 배터리를 동작시키는 방법은 배터리를 이동시키는 단계, 배터리의 이동을 통해 수신된 에너지를 전류로 변환하는 단계, 및 배터리 내에 수용된 다수의 에너지 저장 장치로의 에너지의 전달을 제어하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 에너지의 전달을 제어하는 단계는 다수의 에너지 저장 장치에서의 제 1 에너지 저장 장치에서의 전류로부터 에너지를 저장하는 단계와, 제 1 에너지 저장 장치로부터 다수의 에너지 저장 장치들로에서의 제 2 에너지 저장 장치로의 에너지의 전달을 제어하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 에너지의 전달을 제어하는 단계는 전류를 정류하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 배터리로부터 부하(load)로의 에너지의 전달을 제어하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 방법은 배터리에 전류를 제공하는 단계와, 제공된 전류로부터 배터리에서의 에너지의 저장을 제어하는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 압축 자기장을 발생시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 전기 유도 권선에 압축 자기장의 초점을 맞추는 단계를 추가로 포함한다. 하나의 실시예에서, 압축 자기장을 발생시키는 단계는 주위 거리보다 가까운 거리에서 같은 극이 서로 마주하도록 이격하여 2개의 자석들을 유지하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 전기 유도 요소에 자기장의 초점을 맞추는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 요소에 자기장의 초점을 맞추는 단계는 자기장의 초점을 맞추도록 전기 유도 요소에 대해 자기 유도 요소를 위치시키는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 배터리 내에 수용된 발전기를 배향하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 전기 유도 권선과 자기장 사이의 상대 이동으로 에너지를 변환하는 단계를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 상대 이동은 대체로 선형이다. 하나의 실시예에서, 상기 상대 이동은 대체로 회전이다.
하나의 실시예에서, 시스템은, 제 1 배향을 가지며 에너지를 제 1 전기 신호로 변환하기 위한 수단을 포함하는 제 1 배터리, 및 제 1 배터리에 전기적으로 결합되고 제 2 배향을 가지며 에너지를 제 2 전기 신호로 변환하기 위한 제 2 수단을 포함하는 제 2 배터리를 포함한다. 하나의 실시예에서, 제 2 배향은 제 1 배향에 대해 실질적으로 직각이다. 하나의 실시예에서, 에너지를 제 1 전기 신호로 변환하는 수단은 제 1 에너지 저장 장치로부터 제 2 에너지 저장 장치로 전기 에너지의 전달을 제어하도록 구성된 제어 모듈을 포함한다. 하나의 실시예에서, 에너지를 제 1 신호로 변환하는 수단은 압축 자기장을 발생시키기 위한 수단을 포함한다. 하나의 실시예에서, 에너지를 제 1 전기 신호로 변환하는 수단은 전기 유도 권선과, 전기 유도 권선에 자속의 초점을 맞추도록 구성된 자기 유도 권선을 포함한다.
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.
도 1은 종래의 코일의 완전히 대립하는(diametric) 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 코일의 완전히 대립하는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 코일의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 코일의 실시예에서 사용하는데 적합한 이중 전도 권선의 실시예의 완전히 대립하는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 코일의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 코일의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 코일의 또 다른 실시예의 평면도.
도 8은 도 7에 도시된 코일의 실시예의 저면도.
도 9는 도 7에 도시된 코일의 실시예의 측면도.
도 10은 본 발명에 따른 코일의 또 다른 실시예의 평면도.
도 11은 본 발명에 따른 코일의 또 다른 실시예의 측면도.
도 12는 종래의 자석 구조물에 의해 발생된 자속을 예시하는 도면.
도 13a 및 도 13b는 같은 극들이 서로 마주하고 주위 거리만큼 분리된 2개의 영구 자석들에 의해 발생되는 자속을 예시하는 도면.
도 14a 및 도 14b는 같은 극이 실질적으로 서로 접촉하는 2개의 영구 자석들에 의해 발생되는 자속을 예시하는 도면.
도 15a 및 도 15b는 같은 극이 서로 마주하고 주위 거리와 실질적으로 접촉하는 위치 사이에서의 서로 유지되는 2개의 영구 자석들에 의해 발생된 자속을 예시하는 도면.
도 16은 본 발명에 따른 자석 구조물의 실시예의 단면도.
도 17은 본 발명에 따른 자석 구조물의 실시예의 단면도.
도 18은 본 발명에 따른 자석 구조물의 실시예의 단면도.
도 19는 본 발명에 따른 자석 구조물의 실시예의 단면도.
도 20은 본 발명에 따른 자석 구조물의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 측단면도.
도 21은 본 발명에 따른 자석 구조물의 실시예의 측면도.
도 22는 발전기 시스템의 실시예의 개략 정면도.
도 23은 시간적으로 다른 시점에서의 도 22의 시스템의 개략 정면도.
도 24는 도 22의 시스템에 포함된 아마추어의 측단면도.
도 25는 발전기의 대안적인 실시예에 따른 시스템의 개략 정면도.
도 26은 도 25의 시스템에 포함된 아마추어의 측단면도.
도 27은 본 발명에 따른 시스템 실시예의 측단면도.
도 28은 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 실시예의 측단면도.
도 29는 본 발명에 따른 시스템의 평면도.
도 30은 선 30-30을 따라서 취한 도 29의 시스템의 완전히 대립하는 측단면도.
도 31은 도 7 내지 도 9 및 도 17에 예시된 실시예를 채택하는 시스템의 실시예의 완전히 대립하는 측단면도.
도 32는 도 11 및 도 16에 예시된 실시예를 채택하는 시스템의 실시예의 완전히 대립하는 측단면도.
도 33은 배터리의 실시예의 개략 단면도.
도 34는 배터리의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도.
도 35는 배터리의 또 다른 실시예의 측단면도.
도 36은 도 33 내지 도 36에 예시된 실시예들에 사용하는데 적합한 선형 발전기의 완전히 대립하는 단면도.
도 37은 휴대용 에너지 저장 장치를 충전하기 위한 방법의 실시예의 고레벨의 흐름도.
도 38은 휴대용 에너지 저장 장치를 동작시키는 방법의 고레벨의 흐름도.
도 39는 발전기의 실시예에 대해 실제 적용을 도시하는 사시도.
도 40은 전력을 발전하기 위한 시스템의 실시예의 블록도.
도 41은 자체 동력 장치의 실시예의 블록도.
도 42는 본 발명에 따른 시스템의 실시예를 도시한 도면.
도 43은 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 실시예를 도시한 도면.
도 44는 본 발명에 따른 의류의 실시예를 도시한 도면.
도 45는 본 발명에 따른 시스템의 실시예의 측면도.
도 46은 도 45에 도시된 시스템의 실시예에서 사용하는데 적합한 회전자의 실시예의 평면도.
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.
설명은 달리 요구하지 않으면, 상세한 설명 및 특허청구범위에 사용된 용어 "포함하는"과 그 변형은 "구비하지만, 이에 한정되지 않는"과 같이 개방된 포괄적 의미이다.
"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.
명칭(heading)은 단지 편의를 위해 제공되는 것이며, 본 개시 또는 청구된 발명의 범위 또는 의미를 해석하도록 의도된 것은 아니다.
도 1은 종래의 코일(100)의 완전히 대립하는 단면도이다. 코일(100)은 비자성 권선 형태(102) 및 비자성, 전기 유도 권선(104)을 포함한다. 권선은 코일에서의 전도성 물질들 중 하나 이상의 완전한 턴(turn)들을 포함하고, 하나 이상의 층들을 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 권선(104)은 9개의 턴들과 3개의 층들을 포함한다. 예시된 바와 같이, 전기 유도 권선(104)은 연속한다. 다른 종래의 코일들에서, 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결 또는 연결되지 않는 다수의 전기 유도 권선들이 채택될 수 있다. 전기 유도 권선(104)은 예를 들어 구리, 은 또는 주석 도금 구리, 알루미늄, 은, 금 및/또는 합금들과 같은 금속 물질과 같은 임의의 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 전기 유도 권선(104)은 예를 들어 평탄 와이어, 끈, 비틀린 끈, 또는 시트와 같은 실축 와이어(solid wire)로 구성될 수 있다. 전기 유도 권선(104)은 도시된 것으로부터 크기에 있어서 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 클 수 있다. 전기 유도 권선(104)은 전형적으로 절연재(120)로 덮여질 수 있다. 전기 유도 권선(104)은 코일(100)을 위해 리드(122, 124)에 결합된다.
도 2는 바이메탈 코일(200)의 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 코일(200)은 비자성 권선 형태(202), 비자성, 전기 유도 권선(204), 및 자기 유도 권선(206)을 포함한다. 자기 유도 권선(206)과 같은 자기 유도 권선과 함께 전기 유도 권선(204)과 같은 전기 유도 권선을 사용하는 것은 코일(200)의 권선(204)과 같 은 코일의 전기 유도 권선을 통과하거나 또는 이에 의해 발생되는 자기장의 초점화(focusing)를 용이하게 한다. 자기장의 초점화는 코일(200)의 효율을 상당히 증가시킨다. 예를 들어, 코일(200)이 발전기에서 채택될 때, 자석이 코일(200)을 통과함으로써, 전기 유도 권선(204)은 전자 흐름을 만드는 한편, 자기 유도 권선(206)은 전기 유도 권선(204)에 자속의 초점을 맞추어, 코일(200)로부터의 전력 출력시에 증가를 유발한다.
전기 유도 권선(204)의 제 1 층(208)과 제 2 층(210)은 권선 형태(202) 상에 권취된다. 하나의 실시예에서, 전기 유도 권선(204)은 연속한다. 다른 실시예에서, 전기 유도 권선(204)은 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있는 다수의 권선들을 포함할 수 있다. 자기 유도 권선(206)의 제 1 층(212)은 전기 유도 권선(204)의 제 2 층(210) 위에 권취된다. 전기 유도 권선(204)의 제 3 층(214)과 제 4 층(216)은 자기 유도 권선(206)의 제 1 층(212) 위에 권취된다. 자기 유도 권선(206)의 제 2 층(218)은 전기 유도 권선(204)의 제 4 층(216) 위에 권취된다. 전기 유도 권선(204)의 제 5 층(219)은 자기 유도 권선(206)의 제 2 층(218) 위에 권취된다.
전기 유도 권선(204)은 예를 들어 구리, 은 또는 주석 도금 구리, 알루미늄, 은, 금 및/또는 합금들과 같은 금속 물질과 같은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 전기 유도 권선(204)은 예를 들어 실축 와이어, 끈, 비틀린 끈, 또는 시트로 구성될 수 있다. 전기 유도 권선(204)은 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 클 수 있다. 전기 유도 권선(204)은 전형적으로 절연재(220)로 덮여질 수 있다. 전기 유도 권선(204)은 코 일(200)을 위해 리드(222, 224)에 결합된다.
자기 유도 권선(206)은 예를 들어 니켈, 니켈/철 합금, 니켈/주석 합금, 니켈/은 합금과 같은 자기 차폐물, 플라스틱 자기 차폐물, 및/또는 니켈/철/구리/몰리브덴 합금과 같은 임의의 적절한 자기 유도 물질로 구성될 수 있다. 자기 차폐물들은 MuMetal®, Hipernom®, HyMu 80®, 및 Permalloy®을 포함하는 몇 개의 상표하에서 상업적으로 시판된다. 자기 유도 권선(206)은 예를 들어 실축, 끈, 비틀린 끈, 또는 시트를 포함할 수 있다. 자기 유도 권선(206)은 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다. 자기 유도 권선(206)은 전형적으로 절연재(226)에 의해 덮여진다. 자기 유도 권선(206)은 연결부(228)에 의해 도시된 바와 같이 폐루프를 형성하며, 도시된 바와 같이 접지(230)에 연결된다.
전기 유도 권선 및 자기 유도 권선의 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.
전형적으로, 제 1 층과 마지막 층은 전기 유도 권선(204)의 층들로 구성된다. 하나의 경험적인 실시예에서, 전기 유도 권선(204)을 구성하는 제 1 층과 마지막 층들의 구성은 마지막 층이 자기 유도 권선(206)으로 구성될 때보다 발전기 적 용에서 보다 양호한 성능을 만들었다. 또 다른 예에서, 다수의 전기 유도 권선들이 채택될 수 있다.
도 3은 바이메탈 코일(300)의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 코일(300)은 권선 형태(302)와 도시된 바와 같이 바이메탈 권선(304)의 형태를 취하는 이중 전도성 권선을 포함한다. 이중 전도성 권선(304)은 와이어(306)의 형태로 하는 전기 유도 권선과, 와이어(308)의 형태로 하는 자기 유도 권선, 전기 유도 권선(306)과 자기 유도 권선(308) 사이의 절연재(310)의 내부층(310), 및 절연재의 외부층(312)을 포함한다. 절연재의 외부층(312)과 절연재의 내부층(310)은 통합될 수 있다. 이중 전도성 권선(304)은 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다. 도시된 바와 같이, 전기 유도 와이어(306)와 자기 유도 와이어(308)는 대략 동일한 크기이다. 일부 실시예들에서, 전기 유도 와이어(306)와 자기 유도 와이어(308)는 다른 크기의 것일 수 있다.
전기 유도 와이어(306)는 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 전기 유도 와이어(204)에 대해 상기된 물질들과 구성(예를 들어 실축 와이어 또는 꼬인 와이어)이 채택될 수 있다. 전기 유도 와이어(306)는 코일(300)의 리드(314, 316)들에 결합된다. 자기 유도 와이어(308)는 임의의 적절한 자기 유도 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 자기 유도 권선(206)에 대해 상기된 물질들과 구성(예를 들어 실축 또는 꼬인 와이어)이 채택될 수 있다. 자기 유도 와이어(308)는 연결부(318)에 의해 도시된 바와 같이 폐루프를 형성하며, 접 지(320)에 연결될 수 있다. 도시된 바와 같이, 권선(304)은 전기 유도 와이어(306)가 권선 형태(302)의 내부면(322)에 가장 가까이 있고 자기 유도 와이어(308)가 권선 형태(302)의 내부면(322)으로부터 가장멀리 있도록 권취된다. 도시된 바와 같이, 전기 유도 와이어(306)와 자기 유도 와이어(308)를 분리하는 절연층(310)은 대략 내부면(322)에 대해 평행하다. 대안적인 실시예에서, 전기 유도 와이어(306)와 자기 유도 와이어(308)를 분리하는 절연층(310)은 내부면(322)에 대해 또 다른 각으로 있을 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 절연층(310)은 내부면(322)에 대해 대략 직각일 수 있다. 예시된 바와 같이, 이중 전도성 권선(304)은 3개의 턴들을 포함하는 단일 층이다. 일부 실시예에서, 권선은 다중 층들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 추가의 권선들이 채택될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 코일(300)의 실시예에서 사용하는데 적절한 이중 전도성 권선(404)의 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 이중 전도성 권선(404)은 와이어(406)의 형태로 하는 전기 유도 권선, 와이어(408)의 형태로 하는 자기 유도 권선, 전기 유도 와이어(406)와 자기 유도 와이어(408) 사이의 절연재의 내부층(410), 및 절연재의 외부층(412)을 포함한다. 전기 유도 와이어(406)는 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 전기 유도 권선(204)에 대해 상기된 물질들과 구성(예를 들어 실축 또는 꼬인 와이어)이 채택될 수 있다. 전기 유도 와이어(406)는 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다. 자기 유도 와이어(408)는 임의의 적절한 자기 유도 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 자기 유도 권 선(206)에 대해 상기된 물질들과 구성(예를 들어, 실축 와이어 또는 꼬인 와이어)이 채택될 수 있다. 자기 유도 와이어(408)는 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다.
도 5는 바이메탈 코일(500)의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 코일(500)은 권선 형태(502)를 가진다. 제 1 전기 유도 권선(504a)은 권선 형태(502) 상에 2개의 층들로 권취된다. 제 1 자기 유도 권선(506a)은 제 1 전기 유도 권선(504a)의 2개의 층들의 외측에서 권선 형태(502) 상에 권취된다. 제 1 전기 유도 권선(504a)은 제 1 전기 유도 권선(504a)을 위하여 리드(508a, 510a)에 결합된다. 제 1 자기 유도 권선(506a)은 제 1 연결 루프(512a)에 의해 도시된 바와 같이 폐루프를 형성한다. 제 2 전기 유도 권선(504b)은 제 1 전기 유도 권선(504a)에 인접하여 권선 형태(502) 상에 2개의 층들로 권취된다. 제 2 자기 유도 권선(506b)은 제 1 자기 유도 권선(506a)에 인접하여 제 2 전기 유도 권선(504b)의 2개의 층들의 외측에서 권선 형태(502) 상에 권취된다. 제 2 전기 유도 권선(504b)은 제 2 전기 유도 권선(504b)을 위하여 리드(508b, 510b)에 결합된다. 제 2 자기 유도 권선(506b)은 제 2 연결 루프(512b)에 의해 도시된 바와 같이 폐루프를 형성한다. 리드(508n, 510n)에 결합되는 전기 유도 권선(504n) 및 512n에 의해 지시된 q와 같은 폐루프를 형성하는 자기 유도 권선(506n)에 의해 도시된 바와 같이 추가의 권선들이 코일(500)에 추가될 수 있다. 일부 실시예에서, 전기 유도 권선(예를 들어 권선(504a, 504b, ... 504n))은 병렬 또는 직렬, 또는 그 다양한 조합으로 서로 전기적으로 결합될 수 있다.
전기 유도 권선(504a, 504b, ... 504n)은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 전기 유도 권선(204)에 대해 상기된 물질들과 구성(예를 들어 실축 와이어 또는 꼬인 와이어)이 채택될 수 있다. 전기 유도 권선(504a, 504b, ... 504n)은 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다. 자기 유도 권선(506a, 506b, ... 506n)은 임의의 적절한 자기 유도 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 자기 유도 권선(206)에 대해 상기된 물질들과 구성(예를 들어 실축 와이어 또는 꼬인 와이어)이 채택될 수 있다. 자기 유도 권선(506a, 506b, ... 506n)은 도시된 것으로부터 크기가 상당히 변할 수 있으며, 도시된 것보다 상당히 작거나 또는 상당히 클 수 있다. 도 3에 도시된 바이메탈 권선(304) 또는 도 4에 도시된 바이메탈 권선(404)과 같은 바이메탈 권선이 채택될 수 있다. 전형적으로, 코일(500)은 전기 유도 권선(예를 들어 권선(504a))의 층을 포함하는 외부층과 함께 각각의 권선의 추가의 층들을 가질 수 있지만, 예시를 용이하게 하기 위하여 추가의 층들은 생략된다.
도 6은 바이메탈 코일(600)의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 코일(600)은 비자성 권선 형태(602), 비자성 전기 유도 권선(604), 및 자기 유도 권선(606)을 포함한다. 전기 유도 권선(604)의 제 1 층(608)과 제 2 층(610)은 권선 형태(602) 상에 권취된다. 자기 유도 권선(606)의 층(612)은 전기 유도 권선(604)의 제 2 층(610) 위에 권취된다.
전기 유도 권선(604)은 임의의 적절한 전기 유도 물질 및 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 전기 유도 권선(204)에 대해 상기된 물질들과 구성(예를 들어, 실축 와이어 또는 꼬인 와이어)이 채택될 수 있다. 전기 유도 권선(604)은 전형적으로 절연재(614)로 덮여진다. 전기 유도 권선(604)은 코일(600)을 위한 리드(616, 618)에 결합된다. 자기 유도 권선(606)은 임의의 적절한 물질 및 구성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 자기 유도 권선(206)에 대해 상기된 물질들과 구성(예를 들어, 실축 와이어 또는 꼬인 와이어)이 채택될 수 있다. 자기 유도 권선(606)은 전형적으로 절연재(620)로 덮여진다. 자기 유도 권선(606)은 연결부(622)에 의해 도시된 바와 같이 폐루프를 형헝하고, 접지(도 2에서 접지(230) 참조)에 연결될 수 있다. 일부 실시예들은 바이메탈 또는 이중 전도성 권선(도 3에 도시된 이중 전도성 권선(304) 참조)을 채택할 수 있다.
권선 형태(602)는 다른 내부 길이(624)와 외부 길이(626)를 가진다. 도시된 바와 같이, 내부 길이(6240는 외부 길이(626)보다 짧다. 길이에서의 차이는 전기 유도 권선(604)에서의 자기장의 초점화를 용이하게 한다.
도 7 내지 도 9는 바이메탈 코일(700)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 7 내지 도 9는 예시를 용이하게 하기 위하여 축척으로 도시되지 않았다. 도 7은 코일(700)의 평면도이다. 코일(700)은 상부면(704)을 구비한 절연재의 층(702)을 포함한다. 절연재의 층(702)은 예를 들어 통합 회로 기판, 기판 또는 절연 박막 또는 절연 시트를 포함할 수 있다. 상업적으로 시판되는 절연재들은 상표 Mylar®하에서 시판되고 있다. 트레이스(706)의 형태로 하는 전기 유도 권선은 절연재의 층(702)의 상부면(704) 상에 형성된다. 전기 유도 트레이스(706)는 예를 들어, 구리, 알루 미늄, 금, 및 은, 및 합금과 같은 임의의 적절한 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 도 2의 전기 유도 권선(204)에 대해 상기된 물질들이 채택될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은 기판들 상에 트레이스를 형성하기 위하여 널리 공지된 기술이 채택될 수 있다. 절연재의 층(702)은 개구(708)를 가진다.
도 8은 도 7에 예시된 코일(700)의 저면도이다. 절연재의 층(702)은 하부면(716)을 가진다. 트레이스(718)의 형태로 하는 자기 유도 권선은 절연재(702)의 하부면(716) 상에 형성된다. 자기 유도 트레이스(718)는 예를 들어 니켈, 니켈/철 합금, 니켈/주석 합금, 니켈/은 합금과 같은 임의의 적절한 자기 유도 물질로 구성될 수 있다. 도 2의 자기 유도 권선(206)에 대해 상기된 물질들이 채택될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은 기판들 상에 트레이스를 형성하기 위한 널리 공지된 기술이 채택될 수 있다. 도 9는 코일(700)을 위한 선택적 코어(730)를 도시하는, 도 7에 도시된 코일(700)의 측면도이다. 코어(730)는 예를 들어 철 코어를 포함할 수 있다.
도 10은 바이메탈 코일(1000)의 또 다른 실시예의 평면도이다. 코일(1000)은 상부면(1004)을 구비한 절연재(1002)의 층을 포함한다. 절연재(1002)의 층은 예를 들어 통합 인쇄회로, 기판 또는 절연 박막을 포함할 수 있다. 트레이스(1006)의 형태로 하는 전기 유도 권선이 절연재(1002)의 층의 상부면(1004) 상에 형성된다. 전기 유도 트레이스(1006)는 예를 들어 구리, 알루미늄, 금 , 및 은, 및 합금과 같은 임의의 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 전기 유도 권선(204) 에 대해 상기된 물질들이 채택될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은 기판들 상에 트레이스를 형성하기 위한 널리 공지된 기술이 채택될 수 있다. 절연재(1002)의 층은 개구(1008)를 가진다. 트레이스(1018)의 형태로 하는 자기 유도 권선은 절연재(1002)의 상부면(1004) 상에 형성된다. 자기 유도 트레이스(1018)는 예를 들어 니켈, 니켈/철 합금, 니켈/주석 합금, 니켈/은 합금과 같은 임의의 적절한 자기 유도 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 2의 자기 유도 권선(206)에 대해 상기된 물질들이 채택될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은 기판 상에 트레이스를 형성하기 위한 널리 공지된 기술이 채택될 수 있다.
도 11은 바이메탈 코일(1100)의 또 다른 실시예의 측면도이다. 코일(1100)은 다수의 절연층(1102)들을 포함한다. 전기 유도 물질의 트레이스(1106)들은 다수의 절연층(1102)들의 선택된 표면(1130, 1132, 1134, 1136) 상에 형성된다. 자기 유도 물질의 트레이스(1118)들은 다수의 절연층(1102)의 선택된 표면(1138, 1140)들 상에 형성된다. 절연재의 층들(1102)은 개구(1108)를 가진다. 예시된 바와 같이, 코일(1100)은 절연재의 3개(1102)의 층들을 포함한다. 보다 적거나 또는 추가의 층(1102)들이 채택될 수 있다. 부가하여, 일부 실시예에서, 전기 유도 물질의 트레이스(1106)들과 자기 유도 물질의 트레이스(1118)들이 다른 패턴으로 절연재의 층(1102)들의 선택된 표면들 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 전기 유도 물질의 트레이스(1106)들과 자기 유도 물질의 트레이스(1118)들은 절연재의 층들의 교번적인 표면들 상에 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 전기 유도 물질의 트레이 스(1106)들과 자기 유도 물질의 트레이스(1118)들은 절연재의 층(1102)들의 동일한 표면 상에 또는 절연재의 특정 층의 각각의 표면 상에 형성될 수 있다. 절연재의 다양한 층(1102)들 상의 트레이스들은 서로 결합될 수 있다.
상기된 바와 같이, 코일들은 자석들과 함께 디바이스 및 응용물에 빈번하게 채택된다. 바이메탈 코일들은 종래의 자석들을 구비한 이러한 응용물 및 환경에서 유익하게 채택될 수 있다. 도 12는 종래의 자석 구조물(1200)에 의해 발생되는 자속을 예시하는 도면이다. 자석 구조물은 북극(N)과 남극(S)을 가지는 자석(1202)을 포함한다. 도 12는 자석 구조물(1200)의 영구 자석(1202)에 의해 발생되는 자기장을 예시하도록 대표적인 자속 등전위선(equipotential line)을 도시한다. 하나의 영역에서 등자속선이 가까울수록, 그 영역에서의 자속 밀도는 크게 된다.
그러나, 종래의 자석 구조물에 대한 개선이 만들어질 수 있다. 많은 디바이스 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 변화도를 이끌 수 있으며, 이러한 것은 예를 들어 발전기 또는 모터에서 증가된 효율을 이끌 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 북극이 서로 마주하고 주위 거리에 의해 분리되는 2개의 영구 자석들을 구비한 자석 구조물에 의해 발생되는 자속을 예시하는 도면이다. 도 13a는 흑백 표현이며, 도 13b는 회색 명암 표현이다. 대표적인 자속 플럭스 등전위선은 자석 구조물에 의해 발생되는 자기장을 나타낸다. 자속은 서로 마주하는 반대 극성의 극을 가지는 단일 자석 또는 자석 구조물에 의해 발생되는 북극 주위의 영 역에서의 자속보다 북극들 사이의 영역에서 보다 높은 변화도를 가진다.
도 14a 및 도 14b는 북극들이 서로 실질적으로 접촉하는 3개의 영구 자석을 구비한 자석 구조물에 의해 발생되는 자속을 예시하는 도면이다. 대표적인 자속 등전위선은 자석 구조물에 의해 발생된 자기장을 예시한다. 유사한 자석들에 대하여, 도 14a 및 도 14b에 예시된 배열에 의해 발생된 실질적으로 접촉하는 북극들에 인접한 영역에서의 자속은 도 14a 및 도 14b에서의 보다 큰 밀도의 자속에 의해 예시되는 도 13a 및 도 13b에 예시된 배열에 의해 발생된 자속보다 큰 변화도를 가진다. 보다 높은 자속 변화도는 또한 도 14a 및 도 14b에 예시된 상부 자석의 남극에 인접한 영역에서 발생한다.
도 15a 및 도 15b는 서로 같은 극들이 서로 마주하고 주위 거리와 실질적으로 접촉하는 위치 사이의 거리에서 함께 유지되는 2개의 영구 자석을 구비한 자석 구조물에 의해 발생되는 자속을 예시하는 도면이다. 대표적인 자속 등전위선은 자석 구조물에 의해 발생된 자기장을 예시한다. 유사한 자석들에 대하여, 도 15a 및 도 15b에 예시된 배열에 의해 발생된 자속은 북극에 인접한 보다 큰 영역을 따라서 보다 밀집한 세트의 자속선을 만들어, 도 15a 및 도 15b에 예시된 영구 자석들의 측부의 보다 큰 영역을 따라서 보다 큰 밀도의 자속선에 의해 예시되는 도 13a, 도 13b, 도 14a, 및 도 14b에 예시된 배열에 의해 발생되는 자속보다 더 큰 영역에서의 보다 큰 자속 변화도를 허용한다.
예를 들어 전력 발전시에 효율에서의 상당한 개선은 같은 극들이 접촉 구성 및 주위 거리 사이의 최적의 거리에서 서로 마주하도록 자석들을 위치시키는 것에 의하여 달성될 수 있다. 최적의 거리는 자석 구조물이 채택되는 구성(예를 들어, 자석 구조물이 발전기/모터 구성에서 채택될 때 코일에 대하여 자석 구조물의 이동 거리)에 따라서 변하게 된다. 도 16은 다수의 압축 자기장을 발생시키는 다중 자석 구조물(1604)의 실시예의 단면도이다. 일부 실시예에서, 다수의 압축 자기장을 발생시키는 것은 효율에 있어서의 추가의 증가를 제공할 수 있다. 압축 자기장은 자석 구조물(1604)이 예를 들어 발전기에서 채택될 때 전기 에너지로의 에너지의 변환 효율을 증가시킬 수 있다. 이러한 발전기들은 와류 방식으로 수용된 에너지를 변환하도록 구성될 수 있다. 전형적인 에너지 소스는 운동학적 소스, 열적 소스, 음향적 소스 및 무선 주파수적 소스를 포함한다.
자석 구조물(1604)은 서로에 대해 적소에서 영구 자석(1612, 1614, 1616)들을 유지하는 탭(1694)들을 채택한다. 도시된 실시예가 3개의 영구 자석(1612, 1614, 1616)들을 채택하였지만, 다른 실시예들은 4개의 영구 자석들 중 2개의 영구 자석들과 같이 다른 수의 영구 자석들을 채택할 수 있다. 다른 실시예들은 영구 자석 대신에 또는 영구 자석에 부가하여 전자석을 채택할 수 있다. 영구 자석(1612, 1614, 1616)들은 도시된 바와 같이 디스크 형상이지만, 다른 형상들이 채택될 수 있다. 예를 들어, 직사각형(예를 들어 정사각형), 구형, 또는 타원 형상의 자석들이 채택될 수 있다. 유사하게, 자석들의 페이스들이 평탄할 필요는 없다. 예를 들어, 볼록, 오목, 방사형, 원추, 또는 다이아몬드 형상의 페이스가 채택될 수 있다. 형상 및 페이스의 다양한 조합이 채택될 수 있다. 예시된 실시예가 탭들을 채택하였지만, 나사, 스페이서, 아교 접착 또는 위치선정 메커니즘의 조합들과 같은 다른 위치선정 메커니즘이 채택될 수 있다. 자석(1612, 1614, 1616)들은 인접한 자석들의 같은 극성의 극들은 서로 마주하도록 서로 이격 위치되어 유지 배열된다. 예를 들어, 제 1 영구 자석(1612)의 N극(1628)은 제 2 영구 자석(1614)의 N극(1630)을 마주하고, 제 2 영구 자석(1614)의 S극(1632)은 제 3 영구 자석(1616)의 S극(1634)을 마주한다. 부가하여, 자석(1612, 1614, 1616)들은 압축 자기장을 형성하도록 서로 충분히 근접하여 유지된다(예를 들어, 주위 거리보다 가까이 이격되어). 일부 실시예에서, 영구 자석(1612, 1614, 1616)들 사이의 공간(1636, 1638)은 실질적으로 공기와 같은 가스를 포함할 수 있는 물질(1637)이 충전된다. 일부 실시예에서, 물질(1637)은 플루오르 폴리머 수지 또는 플라스틱과 같은 다른 실질적으로 비자성이고 실질적으로 비전도성인 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 자석들 사이의 공간(1636, 1638)은 진공화되고 기밀하게 밀봉된다.
자석 구조물(1604)과 같은 자석 구조물에 있는 영구 자석들의 형상, 위치, 및 세기는 압축 자기장을 발생시키는 것에 의하여 발전기와 같은, 자석 구조물(1604)을 채택하는 디바이스 또는 응용물의 효율을 증가시킬 수 있다. 가우스 미터(gauss meter, 도시되지 않음)는 영구 자석(1612, 1614, 1616)의 최적의 세기 및 위치선정 뿐만 아니라, 영구 자석들의 수를 결정하도록 채택될 수 있다. 마찬가지로, 중량 및 전자기장의 외부 충격을 감소시키고 다중의 발전기 자석 상호 작용의 제어와 같은 다른 설계 고려 사항들이 참작될 수 있다.
도 17은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(202)의 실시예를 도시한다. 자석 구조물(202)은 케이스(204)와, 케이스(204)에 수용되며 같은 극이 서로 마주하는 다수의 자석들을 포함한다. 예시된 실시예에서, 케이스(204)는 제 1 극성의 단부(30)를 가지는 제 1 자석(32)과, 단부(30)와 동일 극성이며 단부(30)와 마주하는 단부(34)를 가지는 제 2 자석(36)을 수용한다. 예시된 실시예에서, 단부(30)는 남극이며, 단부(34)도 남극이고; 대안적인 실시예에서, 2개의 북극이 서로 마주한다. 예시된 실시예에서, 케이스(204)는 내부 원통형 표면(205)을 가지며, 자석(32, 36)들은 각각 외부 원통형 표면을 가진다. 자석(32, 36)들은 케이스(204) 내로 슬라이딩 가능하게 수용된다. 예시된 실시예에서, 케이스(204)는 자석(32, 36)들이 삽입되는(또는 배치되는) 개방 나사 단부를 가지며, 자석 조립체(202)는 케이스(204)의 나사 단부를 선택적으로 폐쇄하는 스크류 캡(206)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 스크류 캡(206)은 주위 거리보다 가까이 자석(32, 36)들을 서로 강요하고, 이는 자기장에 의해 발생된 반발력이 통상 허용되어, 압축 자기장을 발생시키게 된다. 자석들을 위치시키기 위한 다른 실시예가 가능하다. 예를 들어, 내부 원통형 표면(205)은 자석들이 스냅 결합되는 오목부를 가질 수 있다.
도 18은 다수의 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 다극 자석 구조물(302)의 실시예를 도시한다. 자석 구조물(302)은 서로에 대해 적소에서 다수의 자석들을 유지하는 탭(305)들을 구비한 케이스(304)를 가진다. 자석들은 제 1 극성을 가지는 제 1 단부(318)와 반대 극성을 가지는 제 2 단부(316)를 가지는 제 1 자석(308)을 포함한다. 자석들은 제 1 극성과 같은 극성을 가지는 제 1 단부(320)와, 제 1 극성과 반대인 극성을 가지는 제 2 단부(322)를 가지는 제 2 자석(310)을 추가로 포함한다. 제 2 자석(310)의 제 1 단부(320)는 제 1 자석(308)의 제 1 단부(318)로부터 이격되어 있다. 제 2 자석(310)의 제 1 단부(320)는 적어도 대체로 제 1 자석(308)의 제 1 단부(318)와 마주한다. 자석들은 제 1 극성과 반대인 극성을 가지는 제 1 단부(324)와 제 1 극성과 같은 극성을 가지는 제 2 단부(326)를 가지는 제 3 자석(312)을 추가로 포함한다. 제 3 자석의 제 1 단부(324)는 제 2 자석(310)의 제 2 단부(322)로부터 이격되어 있다. 제 3 자석(312)의 제 1 단부(324)는 적어도 대체로 제 2 자석(310)의 제 2 단부(322)와 마주한다. 임의의 수의 추가의 자석이 가능하다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 자석들은 제 1 극성과 같은 극성을 가지는 제 1 단부(328)와, 제 2 단부(330)를 가지는 제 4 자석(314)을 추가로 포함한다. 자석 조립체(302)는 케이스(304)의 개방 나사 단부를 폐쇄하는 스크류 캡(306)을 추가로 포함한다.
도 19는 다수의 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 다극 자석 구조물(1900)의 실시예의 완전히 대립하는 측단면도이다. 자석 구조물(1900)은 높은 변화도 또는 압축 자기장을 발생시키도록 같은 극이 선택된 거리에서 이격되어 서로 마주하여 유지되는 오목 형상의 표면(1908, 1910, 1912, 1914)을 구비한 다수의 자석(1902, 1904, 1906)들을 포함한다. 예시된 바와 같이, 오목 형상의 표면들은 원추 형상이다. 다른 실질적으로 오목 형상의 표면들이 채택될 수 있다.
도 20은 다수의 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 다극 자석 구조물(2000)의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 측단면도이다. 자석 구조물(2000)은 높은 변화도 또는 압축 자기장을 발생시키도록 같은 극이 선택된 거리에서 서로 이격되어 마주하는 볼록 형상 표면(2008, 2010, 2012, 2014)을 구비한 다수의 자석(2002, 2004, 2006)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 볼록 형상 표면은 곡면이다. 다른 실질적으로 볼록 형상의 표면들이 채택될 수 있다.
도 21은 다수의 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 또 다른 다극 자석 구조물(2100)의 실시예의 측면도이다. 자석 구조물은 직사각형의 자석 하우징(2102)과, 하우징(2102) 내에 수용된 다수의 직사각형 자석(2104, 2106, 2108)을 포함한다. 자석(2104, 2106, 2108)들은 필요한 압축 자기장을 발생시키도록 같은 극들이 선택된 거리에서 이격되어 서로 마주하도록 유지된다.
상기된 바와 같이 이중 도체 또는 바이메탈 코일의 실시예들 및/또는 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물의 실시예들은 다수의 디바이스 및 응용물에서 바람직하게 채택될 수 있다. 예를 들어, 이중 도체 또는 바이메탈 코일의 실시예들 및/또는 자석 구조물의 실시예들은 다양한 응용물, 음향 시스템 및/또는 제어 시스템에서 사용되는 다양한 형태의 발전기/모터에서 사용될 수 있다. 예시적인 발전기들은 와류 방식으로 수용된 에너지 또는 특정하여 변환되도록 발생된 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성될 수 있다. 전형적인 에너지 소스는 운동학적 소스, 열적 소스, 음향적 소스, 및 무선 주파수적 소스를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예는 시드백 효과(Seebeck effect)의 이점을 취하기 위하여 다른 금속들과 함께 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 금속 자석 구조물을 채택할 수 있다.
다수의 이러한 예시적인 응용물은 이러한 디바이스와 응용물의 대표적인 예시적인 실시예들에 의해 이후에 기술된다. 비록 일부 실시예가 이중 도체 또는 바이메탈 코일과 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물을 채택할 수 있을 지라도, 다른 실시예들이 이중 도체 또는 바이메탈 코일 및 종래의 자석 구조물 또는 비자성 구조를 채택할 수 있다. 다른 실시예들은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물과, 종래의 코일을 채택하거나 또는 코일을 채택하지 않을 수 있다. 일부 실시예들은 본 발명의 다른 양태와 비교하여 종래의 코일 및 종래의 자석 구조물을 채택할 수 있다.
선형 발전기 및 모터가 종래의 공지되어 있다. 선형 발전기는 전형적으로 고정자와, 전기 에너지를 발생시키도록 고정자에 대해 선형으로 구동될 수 있는 아마추어를 가진다. 선형 발전기는 예를 들어 모두 참조에 의해 본원에 통합되는 Sagov의 미국특허 제6,759,755호와 Cheung 등의 미국특허 제6,798,090호에 개시되어 있다. 선형 모터는 전형적으로 고정자와, 전형적으로 전기 신호의 형태로 하는 전기 에너지의 인가에 응답하여 고정자에 대해 선형으로 구동될 수 있는 아마추어를 가진다.
전력으로의 선형 운동의 변환은 도전적인 문제이다. 평면형 유도자(inductor)를 사용하는 고전적인 선형 변위 발전기를 평가하는데 있어서 본 발명자들에 의한 최근의 작업은 빈약한 변환 효율이었다. 예를 들어, Vetorino 등의 미국특허 제6,220,719호를 참조. 기본적인 문제는 전력 출력이 자기장의 도함수(derivative)의 제곱에 비례하고 이러한 도함수의 크기가 종래의 디바이스에서 작게 잔류한 것이다. 유사한 문제가 선형 운동으로의 전력의 변환에서 발생한다.
선형 발전기에서, 자석 구조물에 대한 코일의 상대 이동에 의해 발생되는 전력 출력은 자기장의 도함수의 제곱에 비례한다. 전압은 코일의 권선에서의 턴의 수 와 자기장의 세기에 의해 결정된다. 자석 구조물에서의 영구 자석의 형상, 상대 위치, 및 세기는 압축 자기장을 발생시키는 것에 의하여 그 도함수의 값을 확대할 수 있다. 압축 자기장을 사용하는 것에 의해, 비교적 작은 비율의 기계적인 변위(displacement)일지라도, 효율에서의 상당한 증가가 이러한 종류의 발전기로부터 얻어질 수 있다. 압축 자기장을 발생시키는 것에 관한 이러한 개념은 예시적인 예들을 통해 처리된다(상기된 도 13 내지 도 16 및 다음의 도 22 내지 도 25의 설명 참조).
도 22 내지 도 24는 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(2202)의 실시예를 채택하는 선형 발전기(2200)의 실시예를 예시한다. 발전기(2200)는 2개의 자석(12, 14)들 사이에 위치된 코일(11)을 포함한다. 코일은 종래의 코일이거나 또는 이중 도체 또는 바이메탈 코일일 수 있다. 보다 상세하게, 발전기(2200)는 제 1 극성을 가진 단부(13)를 가지는 제 1 자석(12)과, 제 1 극성과 같은 극성을 가진 단부(15)를 가지는 제 2 자석(14)을 포함한다. 보다 상세하게, 예시된 실시예에서, 단부(13)는 북극이며, 단부(15) 또한 북극이다. 제 2 자석(14)의 단부(15)는 제 1 자석(12)의 단부(13)로부터 이격되어 있다. 예시된 실시예에서, 단부(15)는 대체로 평면인 표면(22, 도 23)을 가지며, 단부(13)는 대체로 평면인 표면(18)을 가진다. 제 2 자석(14)의 단부면은 적어도 대체로 제 1 자석(12)의 단부면(18)을 마주한다.
코일(11)의 구속 위치는 제 2 자석(14)의 단부(15)보다 제 1 자석(12)의 단부(13)에 가까이 있다. 예시된 실시예에서, 자석(12, 14)들은 영구 자석이다. 다른 실시예들은 전자석을 채택할 수 있다. 코일(11)을 통한 정적 자속(static magnetic flux)은 도 22에서 코일(11)을 통과하는 등전위선(16)의 밀도에 의해 지시된 바와 같이 상당히 높다는 것을 유념하여야 한다. 자석(12)의 페이스(18)의 표면적을 통한 자속은 매우 크다. 자석(12, 14)들 사이의 중심(20)에서 대략 평면을 통한 자속은 작다.
도 22에서의 코일(11)의 기학적 위치와 도 23에서 코일(11)에 의해 점유된 위치 사이에는 매우 높은 음(negative)의 자기장 변화도가 있다. 그러므로, 코일(11, 또는 역으로 자석들)의 한층 느린 물리적 이동은 큰 도함수를 발생시키게 된다. 중심(20) 주위에서 전후진하는 코일(11)은 자속에서의 거대한 변화를 준다. 이러한 것은 자석 위치의 작은 비율의 물리적 변위(공간적 도함수)일지라도 확실하다. 출력이 이러한 도함수의 제곱에 비례하기 때문에, 전력 생산에서의 상당한 증가가 따른다.
코일(11)이 시간(2Δt) 동안 자석(12)의 근위 페이스(18)로부터 자석(14)의 페이스(22)로 이동되면, 자속은 +Φmax로부터 -Φmax로 변하게 된다. 그러므로, dΦ/dt는 대략:
Figure 112009004166897-PCT00001
이고,
이는 양(positive)이다.
이러한 것은, 자기장이 비선형이므로 선형 속도에 대해 도함수가 기간(Δt)동안 값에서 변하기 때문에 근사값이다.
도 24에 도시된 실시예에서, 코일(11)은 일정 길이를 가지는 코어(24), 및 길이를 따른 축선(26, 도 23에서의 중심선(20)과 일치하는) 주위에 권취된다. 도 19에 도시된 실시예에서, 축선(26)은 제 1 자석(12)의 단부(13)와 제 2 자석(14)의 단부(15) 사이에 정의된 방향에 대해 법선이다. 도 22의 실시예에서, 제 1 자석(12)의 단부면(18)은 폭(W)을 가지며, 코어(24)는 적어도 제 1 자석(12)의 단부면(18)의 폭(W)만큼 긴 축선(26)을 따르는 길이를 가진다. 예시된 실시예에서, 제 2 자석(14)의 단부면(22)은 단부면(18)의 폭과 일치하는 폭을 가진다. 다른 실시예들이 가능하다.
예시된 실시예에서, 코일(11)은 축선(26)에 대해 대체로 법선인 단부면(18, 22)들 사이의 경로를 따라서 제 1 자석(12)과 제 2 자석(14)들 사이에서 전후 구동되도록 지지된다.
도 25 및 도 26에 도시된 대안적인 실시예에서, 제 1 자석(32)의 단부(30)는 남극이고, 제 2 자석(36)의 단부(34) 또한 남극이다(단부(30, 34)들은 적어도 대체로 서로 마주한다). 코일(38)은 도 25에서 2개의 자석들 사이에 도시되지만, 다른 코일 배열이 본 명세서에서 기술되는 바와 같은 발전기에서 가능하다.
자석들을 분리하여 자석들로부터의 반발력이 통상적으로 허용하는 주위 거리보다 근접하여 자석들을 서로 유지하는 것은 높은 변화도 또는 압축 자기장을 생성한다. 이러한 것은 대체로 발전기로부터 전력 출력의 증가가 따른다. 많은 실시예들에 대하여, 한계까지 자석들을 서로 근접하여 유지하는 것은 증가된 전력 출력이 따르게 된다. 예를 들어, 대안적인 실시예에서, 단부면(18)과 단부면(22) 사이의 거리는 도 22에 도시된 거리 "a"의 2배와 같을 수 있다.
도 27은 높은 변화도 또는 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(202)의 실시예를 채택하는 발전기(200)의 완전히 대립하는 단면도이다. 예를 들어, 도 16 내지 도 21에 도시된 자석 구조물의 실시예들은 도 27에 도시된 자석 구조물(202)로서 채택될 수 있다. 발전기(200)는 자석 구조물(202)이 슬라이딩 이동을 위해 지지되는 하우징(208)을 포함한다. 예시된 실시예에서, 케이스(204)는 외부 원통형 표면을 가지며, 외부 원통형 표면은 케이스(204)의 외부 원통형 표면의 지름보다 약간 큰 지름을 가지는 원통형 내부면을 가진다. 케이스(204)의 외측과 하우징(208)의 내측은 케이스(204)와 하우징(208) 사이의 결합을 위한 잠재력을 감소시키도록 다른 물질로 만들어지거나 코팅될 수 있다. 예를 들어, 케이스(204)는 비점성 코팅제로 코팅될 수 있지만, 하우징(208)은 ABS 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 예시적인 다른 물질들은 각각 상표 Teflon® 및 Lexan®로 시판되고 있다.
발전기(200)는 예를 들어 하우징(208)의 개방 단부를 폐쇄하는 나사 단부 캡일 수 있는 단부(210)를 추가로 포함한다. 발전기(200)는, 단부(210)에 의해 지지되며, 자석 조립체(202)에 의해 선택적으로 압축되고 단부(210)로부터 멀리 자석 조립체(202)를 이동시키도록 구성되는 스프링(212)을 추가로 포함한다. 발전기(200)는 나사 단부 캡 또는 간단히 폐쇄 단부일 수 있는 단부(214)와, 자석 조립체(202)에 의해 선택적으로 압축되고 단부(214)로부터 자석 조립체(202)를 멀리 이동시키도록 구성된 스프링(216)을 추가로 포함한다. 일부 실시예에서, 스프링(212, 216)들은 압축된 상태에서 유지하도록 구성될 수 있다.
발전기(200)는 하우징에 의해 지지되는 적어도 하나의 코일(218)을 추가로 포함한다. 다른 코일 위치들이 가능하지만, 예시된 실시예에서, 하우징(208)은 예시된 실시예에서 원통형인 외부면을 가지며, 코일은 하우징(208)의 외부면 주위에서 감싸인다. 코일(218)은 하우징(208)의 반경 방향 외측을 향해 위치되고, 자석 조립체(202)는 하우징(208) 내측에 있다. 코일(218)은 하우징에서 아교 접착, 홈, 노치, 또는 돌기들에 의해 또는 임의의 다른 필요한 방법에 의해 하우징(208)에 대한 길이 방향 이동에 대비하여 재조작될 수 있거나, 또는 하우징 내로 몰딩되어 하우징 등의 내부에 지지될 수 있다. 코일(218)은 자석 구조물(202)에 의해 발생된 압축 자기장에 의해 작용되도록 위치된다.
일부 실시예에서, 조립체로서의 발전기(200)는 단지 운동에 노출되는 위치에 지지된다. 다른 실시예에서, 기계적인 링크가 운동에 대해 발전기(200)를 조립체로서 결합하도록 제공된다. 예를 들어, 바닥(214)은 운동 또는 이동 소스에 결합되게 된다. 일부 실시예에서, 주기적인 유지 보수가 용이하게 될 수 있다. 예를 들어, 상부(210)는 필요하다면 자석의 청소 또는 유지 보수 또는 교체를 위해 제거 가능하게 된다. 일부 실시예들은 유지 보수가 없다. 예를 들어, 배터리(도 33 내지 도 35 참조)에서 채택된 발전기(200)의 실시예들은 주기적인 유지 보수없이 배터리의 수명이 계속되도록 디자인될 수 있다. 예를 들어, 발전기(200)는 일부 실시예에서 진공화되고 기밀하게 밀봉된다.
일부 실시예에서, 가속도계가 필요한 응용물에 제공되고, 운동의 주파수 상수(frequency constant)가 결정된다. 스프링들의 스프링 상수 및 자석들의 질량이 그런 다음 전용화되어서, 자석 조립체(202)는 에너지가 이용 가능할 때 하우 징(208)에서 동조한다.
도 28은 다중 코일이 사용되는 것 외에 발전기(200)와 유사한 발전기(300)를 도시한다. 발전기(300)는 하나 이상의 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물 또는 조립체(302)를 가진다. 도 16 및 도 18 내지 도 21에 예시된 자석 구조물의 실시예들과 같이 다수의 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 다극 자석 구조물들은 발전기(300)의 실시예들에서 자석 구조물(302)로서 유익하게 채택될 수 있다. 자석 구조물(302)은 케이스(304)를 포함한다.
발전기(300)는 자석 구조물(302)이 선형 운동을 위해 지지되는 하우징(332)을 추가로 포함한다. 예시된 실시예에서, 케이스(304)는 외부 원통형 표면을 가지며, 하우징(332)은 케이스(304)의 외부 원통형 표면의 지름보다 약간 큰 지름을 가지는 원통형 내부면을 가진다. 발전기(300)는 예를 들어 하우징(332)의 개방 단부를 폐쇄하는 나사 단부 캡일 수 있는 단부(334)를 추가로 포함한다. 발전기(300)는 단부(334)에 의해 지지되는 스프링(346)을 추가로 포함한다. 스프링(346)은 자석 조립체(302)에 의해 선택적으로 압축되고 단부(334)로부터 멀리 자석 조립체(302)를 이동시키도록 구성된다. 발전기(300)는 나사 단부 캡 또는 단순히 폐쇄 단부일 수 있는 단부(338)를 추가로 포함하고, 스프링(340)은 자석 조립체(302)에 의해 선택적으로 압축되도록 배열된다. 스프링(340)은 단부(338)로부터 멀리 자석 조립체(302)를 이동시키도록 배열된다.
발전기(300)는 자석들에 대해 지지되는 제 1 코일(336)을 추가로 포함하여서, 제 1 코일(336)은 적어도 자석들의 한 쌍의 마주한 단부들로부터의 자기장에 의해 선택적으로 작용되지만, 자석 조립체(302)의 이동에 따라서, 자석들의 추가 쌍의 마주한 단부들에 의해 가능하게 선택적으로 작용된다. 발전기(300)는 자석들에 대해 지지되는 제 2 코일(342)을 추가로 포함하여서, 제 2 코일(342)은 적어도 자석들의 한 쌍의 마주한 단부들로부터의 자기장에 의해 선택적으로 작용되지만, 자석 조립체(302)의 이동에 따라서, 자석들의 추가 쌍의 마주한 단부들에 의해 가능하게 선택적으로 작용된다. 예시된 실시예에서, 발전기(300)는 자석들에 지지되는 제 3 코일(344)을 추가로 포함하여서, 제 3 코일(344)은 적어도 자석들의 한 쌍의 마주한 단부들로부터의 자기장에 의해 선택적으로 작용되지만, 자석 조립체(302)의 이동에 따라서, 자석들의 추가 쌍의 마주한 단부들에 의해 가능하게 선택적으로 작용된다. 임의의 수의 코일들이 채택될 수 있다. 자석들의 임의의 수의 쌍들의 마주한 단부들이 하나 이상의 코일들 상에서 작용하도록 채택될 수 있다.
도 29는 압축된 높은 변화도 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물 및 이중 도체 또는 바이메탈 코일을 채택하는 시스템(2900)의 실시예를 도시한다. 도 30은 선 30-30을 따라서 취한 도 29의 시스템(2900)의 완전히 대립하는 측단면도이다. 도 30은 도 29에 대해 비축척이며, 상세의 일부가 예시를 용이하게 하도록 도 30으로부터 생략된다. 시스템(2900)은 하나 이상의 바이메탈 코일(2904)을 포함하는 회전자(2902)를 포함한다. 각각의 바이메탈 코일(2904)은 전기 유도 권선(2903)과 자기 유도 권선(2905)을 포함한다. 도 2 내지 도 3 및 도 5 내지 도 11에 도시된 바이메탈 코일의 실시예들은 유익하게 도 29에 도시된 시스템(2900)의 실시예들에 채택될 수 있다. 일부 실시예들은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구 조물과 종래의 코일을 포함할 수 있다. 다른 실시예들은 바이메탈 코일과 종래의 자석 구조물을 포함할 수 있다.
시스템(2900)은 또한 자석 지지부(2908) 및 다수의 영구 자석(2910, 2912, 2914)을 포함하는 고정자(2906)을 포함한다. 다수의 자석들 중 제 1 자석(2910)은 자석 지지부(2908)의 중앙 부분(2916)에 결합된다. 제 1 자석(2910)은 극(2918, 2920)들이 회전자(2902)의 내부 원주(2922)의 양측부들을 마주하도록 배향된다. 다수의 자석들 중 제 2 자석(2912)은 자석 지지부(2908)의 제 1 외측 부분(2924)에 결합된다. 제 2 자석(2912)은 제 2 자석(2912)의 극(2926)이 제 1 자석(2910)의 같은 극(2918)을 마주하도록 배향된다. 예시된 바와 같이, 같은 극(2918, 2926)들은 각각 제 1 및 제 2 자석(2910, 2912)의 남극이다. 다수의 자석들 중 제 3 자석(2914)은 자석 지지부(2908)의 제 2 외측 부분(2928)에 결합된다. 제 3 자석(2914)은 제 3 자석(2914)의 극(2930)이 제 1 자석(2910)의 같은 극(2920)을 마주하도록 배향된다. 예시된 바와 같이, 같은 극(2920, 2930)은 제 1 및 제 3 자석(2910, 2914)의 북극이다. 영구 자석(2910, 2912, 2914)들은 다수의 압축 자기장이 발생되도록 위치된다. 예시된 실시예에서, 회전자(2902)는 기계적 전달 시스템(2934)에 결합된다. 일부 실시예에서, 자석 지지부(2908)는 회전자의 부분일 수 있으며, 바이메탈 코일(2904)은 고정자의 부분일 수 있다.
예시된 바와 같이, 시스템(2900)은 전력 그리드(2952)에 코일(2904)을 결합하기 위한 커플링(2950)을 포함한다. 코일(2904)들과 커플링(2950) 사이의 전기 연결부(2954)의 상세는 명료성을 위하여 생략된다. 예를 들어 전기 유도 권선(2303) 에 결합되는 버스 시스템은 코일(2904)들과 커플링(2950) 사이의 전기 연결부(2954)로서 채택될 수 있다. 커플링(2950)은 제어 및/또는 컨디셔닝 모듈(도시되지 않음)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(2900)은 발전기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기계적 전달 시스템(2934)에 의해 회전자(2902)에 적용되는 힘은 고정자(2906)에 대해 회전자(2902)를 회전시킬 수 있다. 회전자(2902)가 점선(B-B)에 의해 도시된 축선(2932)을 따라서 고정자(2906)에 대해 회전함으로써, 3상 교류 전류가 시스템(2900)에 의해 발생될 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(2900)은 모터로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 코일(2904)에 인가되는 전기 신호는 고정자(2906)에 대해 회전자(2902)를 회전시킬 수 있다. 회전자(2902)가 점선(B-B)에 의해 도시된 축선(2392)을 따라서 고정자(2906)에 대해 회전함으로써, 회전자(2902)에 의해 기계적 전달 시스템(2934)에 힘이 적용된다. 일부 실시예에서, 시스템(2900)은 모터 또는 발전기로서 선택적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(2900)은 유익하게 필요한 전압 레벨, 필요한 전압 범위 및/또는 필요한 주파수에서 동작하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 시스템(2900)은 50/60㎐의 교류 전압(AC)에서 110 내지 120 볼트, 50/60㎐의 AC에서 220 내지 240 볼트, 50/60㎐의 AC에서 10㎸, 또는 50/60㎐의 AC에서 100㎸를 생산하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(2900)은 교류 및/또는 직류 전류를 생산하도록 구성될 수 있다.
도 31은 이중 도체 또는 바이메탈 코일(700) 및 높은 변화도의 압축 자기장 을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(202)을 채택하는 시스템(3100)의 실시예의 측단면도를 도시한다. 편의를 위하여, 시스템(3100)은 도 7 내지 도 9에 도시된 바이메탈 코일(700)과 도 17에 도시된 자석 구조물(202)에 대해 기술된다. 바이메탈 코일 및 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물의 다른 실시예들이 시스템(3100)의 실시예에 채택될 수 있다.
도 31은 도시를 용이하게 위해 반드시 축척으로 도시되지 않았다. 바이메탈 코일(700)은 상부면(704)을 구비한 절연재의 층(702)을 포함한다. 절연재의 층(702)은 예를 들어 통합 회로기판, 기판 또는 절연 박막 또는 시트를 포함할 수 있다. 상업적으로 이용 가능한 절연재는 상표 Mylar®하에서 시판되고 있다. 전기 유도 트레이스(706)는 절연재의 층(702)의 상부면(704) 상에 형성된다. 전기 유도 트레이스(706)는 예를 들어 구리, 알루미늄, 금, 및 은, 및 합금과 같은 임의의 전기 유도 물질로 구성될 수 있다. 도 2의 전기 유도 권선(204)에 대해 상기된 물질들이 채택될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은, 기판들 상에 트레이스를 형성하기 위한 널리 공지된 기술이 채택될 수 있다. 절연재의 층(702)은 자석 구조물(202)이 이동할 수 있는 개구(708)를 가진다. 현수 시스템(714)의 상부 부분(712)은 자석 구조물(202) 및 절연재의 층(702)의 상부면(704)에 결합된다. 절연재의 층(702)은 하부면(716)을 가진다. 자기 유도 트레이스(718)는 절연재의 층(702)의 하부면(716) 상에 형성된다. 자기 유도 트레이스(718)는 예를 들어 니켈, 니켈/철 합금, 니켈/주석 합금, 니켈/은 합금과 같은 임의의 자기 유도 물질로 구성될 수 있다. 도 2의 자기 유도 권선(206)에 대해 상 기된 물질이 채택될 수 있다. RFID 디바이스 및 안테나와 관련하여 사용되는 것들과 같은, 기판들 상에 트레이스를 형성하기 위한 널리 공지된 기술이 채택될 수 있다. 현수 시스템(714)의 하부 부분(720)은 자석 구조물(202) 및 절연재의 층(702)의 하부면(716)에 결합된다. 현수 시스템(714)은 선택적인 기계적 전달 시스템(3102)에 결합된다.
일부 실시예에서, 시스템(3100)은 발전기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기계적 전달 시스템(3102)에 의해 현수 시스템(714)에 적용되는 기계적인 힘은 자석 구조물(202)을 바이메탈 코일(700)에 대해 선형으로 이동시킬 수 있으며, 이는 장치가 전류를 발전시키도록 한다. 일부 실시예에서, 시스템(3100)은 모터로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 시스템에서, 바이메탈 코일(700)에 인가되는 전기 신호는 자석 구조물(202)을 바이메탈 코일(700)에 대해 선형으로 이동시킬 수 있으며, 이는 현수 시스템(714)이 기계적 전달 시스템(3102)에 기계적인 힘을 적용하도록 한다. 일부 실시예에서, 시스템(3100)은 모터 또는 발전기로서 선택적으로 동작하도록 구성될 수 있다.
도 32는 이중 도체 및 바이메탈 코일(1100) 및 높은 변화도의 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(1604)을 채택하는 시스템(3200)의 실시예의 측단면도를 도시한다. 편의를 위해, 시스템(3200)은 도 11에 예시된 바이메탈 코일(1100)과 도 16에 예시된 자석 구조물(1604)에 대해 기술된다. 바이메탈 코일 및 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물의 다른 실시예가 시스템(3200)의 실시예에 채택될 수 있다.
도 32는 도시를 용이하게 위해 반드시 축척으로 도시되지 않았다. 바이메탈 코일(1100)은 다수의 절연층(1102)들을 포함한다. 전기 유도 물질의 트레이스(1106)들은 다수의 절연층(1102)들 중 선택된 표면(1130, 1132, 1134, 1136) 상에 형성된다. 자기 유도 물질의 트레이스(1118)들은 다수의 절연층(1102)들 중 선택된 표면(1138, 1140) 상에 형성된다. 현수 시스템(1114)은 절연재(1102)의 다수의 층들에 있는 개구(1108)에서 자석 구조물(1900)을 이동 가능하게 현수한다. 예시된 바와 같이, 바이메탈 코일(1100)은 절연재의 3개의 층(1102)들을 포함한다. 보다 적거나 추가의 층(1102)이 채택될 수 있다. 부가하여, 일부 실시예에서, 전기 유도 물질의 트레이스(1106)들과 자기 유도 물질의 트레이스(1118)들은 다른 패턴으로 절연재의 층(1102)들의 선택된 표면들 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 전기 유도 물질의 트레이스(1106)들과 자기 유도 물질의 트레이스(1118)들은 절연재의 층들의 교번적인 표면들 상에 형성될 수 있다. 또 다른 예에서, 전기 유도 물질의 트레이스(1106) 및 자기 유도 물질의 트레이스(1118)들은 절연재의 층(1102)의 동일한 표면 또는 절연재의 층의 각각의 표면 상에 형성될 수 있다. 절연재의 다양한 층(1102)들 상의 트레이스들은 서로 결합될 수 있다. 현수 시스템(1114)은 선택적인 기계적 전달 시스템(3202)에 결합될 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템(3200)은 발전기로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 기계적 전달 시스템(3202)에 의해 현수 시스템(1114)에 적용되는 기계적인 힘은 자석 구조물(1900)을 바이메탈 코일(1100)에 대해 선형으로 이동시킬 수 있으며, 이러한 것은 시스템이 전류를 발전시키도록 한다. 일부 실시예에 서, 시스템(3200)은 교류 및/또는 직류 전류를 발전키시도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 디바이스 시스템은 모터로서 동작하도록 구성될 수 있다. 이러한 시스템에서, 바이메탈 코일(1100)에 인가되는 전기 신호는 자석 구조물(1900)을 바이메탈 코일(1100)에 대해 선형으로 이동시킬 수 있으며, 이러한 것은 현수 시스템(1114)이 기계적 전달 시스템(3202)에 기계적인 힘을 적용하도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(3200)은 모터 또는 발전기로서 선택적으로 동작하도록 구성될 수 있다.
배터리 기술은 제한된 수의 예로 예시될 수 있는 바와 같이 바이메탈 코일 및/또는 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물이 채택되는 하나의 예시적인 응용물이다.
도 33은 케이스(102), 발전기(104), 제 1 에너지 저장 장치(106), 제어 모듈(108), 제 2 에너지 저장 장치(110), 및 접점 단자(112, 114)들을 포함하는 배터리(100)의 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 도시된 바와 같은 케이스(102)는 배터리(100), 제 1 에너지 저장 장치(106), 제어 모듈(108), 및 제 2 에너지 저장 장치(110)를 수용한다. 접점 단자(112, 114)들은 각각 배터리(100)의 상부(116) 및 하부(188)에서 케이스(102)에 장착된다.
케이스(102)는 자기 및/또는 전기 차폐물일 수 있는 외부 케이스 차폐물(120)을 포함할 수 있다. 케이스 차폐물(120)은 예를 들어 얇은 박의 층, 또한 박의 형태를 취할 수 있는 니켈, 니켈/철 합금, 니켈/주석 합금, 니켈/은 합금, 니켈/철/구리/몰리브덴 합금과 같은 자기 차폐 물질의 층을 포함할 수 있다. 이러한 박 층들은 예를 들어 0.002 내지 0.004 인치의 범위에 있는 두께를 가질 수 있다. 자기 차폐 물질은 MuMetal®, Hipernom®, HyMu 80®, 및 Permalloy®를 포함하는 몇 개의 상표하에서 상업적으로 시판되고 있다.
일부 실시예에서, 케이스(102)와 접점 단자(112, 114)들은 예를 들어, AA-전지, AAA-전지 배터리, C-전지 배터리, D-전지 배터리, 9-볼트 배터리, 시계 배터리, 페이스메이커(pacemaker) 배터리, 휴대 전화 배터리, 컴퓨터 배터리, 및 다른 표준 및 비표준 배터리 구성과 같은 종래의 배터리의 외부 구성을 취할 수 있다. 배터리(100)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.
발전기(104)는 운동 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 예시된 바와 같이, 발전기(104)는 바이메탈 코일(122), 자석 구조물(124), 및 현수 시스템(126)을 포함하는 선형 발전기이다. 예시된 바와 같이, 바이메탈 코일(122)은 전기 유도 권선(121)과 자기 유도 권선(123)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 현수 시스템(126)은 자석 구조물 캐리어 가이드(128), 자석 구조물(124)의 한쪽 단부(132)에 결합된 제 1 스프링(130), 제 1 스프링(130)의 다른 쪽 단부(136)에 결합된 제 1 반발 자석(134), 한쪽 단부에서 자석 구조물(124)에 결합되는 제 2 스프링(138), 및 제 2 스프링(138)의 다른 쪽 단부(144)에 결합되는 제 2 반발 자석(142)을 포함한다. 현수 시스템(126)은 배터리의 이동에 응답하여 코일(122)에 대해 축선(A-A)을 따라서 자석 구조물(124)의 이동을 용이하게 한다. 코일(122)에 대한 자석 구조물(124)의 이동은 코일(122)에서 전류를 발전시킨다. 현수 시스템(126)은 예를 들어 스테인리스강 스프링(304) 또는 스테인리스강 스프링(316)을 포함할 수 있다. 자석 구조물(124)은 예를 들어 네오디뮴-철-붕소 영구 자석과 같은 하나 이상의 희토 자석, 하나 이상의 세라믹 자석, 하나 이상의 플라스틱 자석, 또는 하나 이상의 다른 자석들을 포함할 수 있다. 반발 자석(132, 142)들은 예를 들어 하나 이상의 희토 자석, 하나 이상의 세라믹 자석, 하나 이상의 플라스틱 자석, 또는 하나 이상의 다른 자석들을 포함할 수 있다. 예시된 바와 같이, 캐리어 가이드(128)는 코일(122)의 하나 이상의 권선이 권취되는 권선 형태(146)를 포함한다. 일부 실시예에서, 별도의 권선 형태가 채택될 수 있다. 현수 시스템(126)은 코일(122)의 상부(150) 및 바닥(152)에 의해 한정된 영역(148)의 외측으로 자석 구조물(124)이 완전히 통과하는 것을 허용하도록 구성된다. 스프링(130, 138)들은 전형적으로 부하가 걸린 상태(loaded condition)로 구성된다.
제 1 에너지 저장 장치(106)는 발전기(104)에 의해 발전된 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 에너지 저장 장치(106)는 거의 조정되지 않거나 조정없이 발전기(104)에 의해 발전된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 다른 실시예에서, 전기 에너지는 다음의 예의 방식에 의해 기술되는 바와 같이 제 1 에너지 저장 장치(106)에 저장되기 전에 조정될 수 있다. 제 1 에너지 저장 장치(106)는 예를 들어 하나 이상의 초고용량 축전기를 포함할 수 있다. 예시를 용이하게 하기 위하여, 제 1 에너지 저장 장치(106)는 기능 블록으로서 도시되어 있다.
제어 모듈(108)은 배터리(100) 내에서 에너지의 전달을 제어한다. 제어 모 듈(108)은 전형적으로 예시된 바와 같이 브리지형 전파 정류기(109, full bridge rectifier)인 정류기를 포함한다. 예를 들어, 제어 모듈(108)은 발전기(104), 제 1 에너지 저장 장치(106), 제 2 에너지 저장 장치(110), 및 접점 단자(112, 114)들과 같은 배터리(100)의 다양한 부품들 사이에서 에너지의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(108)은 또한 발전기(104)로부터 제 1 에너지 저장 장치(106)로의 에너지의 전달을 제어할 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(108)은 제 2 에너지 저장 장치(110)로의 제 1 에너지 저장 장치(106)에 저장된 에너지의 전달을 제어한다. 예를 들어, 제어 모듈(108)은 제 1 에너지 저장 장치(106)로부터 제 2 에너지 저장 장치(110)로의 전류 흐름을 제한 할 수 있다. 또 다른 예에서, 제어 모듈(108)은 제 2 에너지 저장 장치(110)를 과충전하는 것을 피하도록 제 1 에너지 저장 장치(106)로부터 제 2 에너지 저장 장치(110)로의 에너지의 전달을 정지시킬 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(108)은 제 1 에너지 저장 장치(106)를 과충전하는 것을 피하도록 제 1 에너지 저장 장치(106)로의 에너지의 전달을 정지시키도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(108)은 제 1 에너지 저장 장치(106)로부터 접점 단자(112, 114)들로 에너지의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈은 발전기로부터 접점 단자(112, 114)들로의 에너지의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(108)은 또한 종래의 배터리 충전기(도시되지 않음), 또는 주위의 에너지 소스와 같은 외부 전기 에너지 소스로부터 제 1 에너지 저장 장치(106) 및/또는 제 2 에너지 저장 장치(110)의 충전을 검출, 제어, 허용, 접근, 조정 및/또는 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(108)은 전달 동안 에너지를 조정하도록 구성될 수 있다. 2개의 예시적인 실시예에서 제어 모듈(108)의 동작은 도 37 및 도 38의 기술에서 다음에 보다 상세하게 기술된다.
조합된 제어 시스템 또는 별도의 하위 시스템으로서 포함하는 제어 모듈(108)은 다양한 방식으로 실행될 수 있다. 제어 모듈(108)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(106)는 제어 모듈(108) 내에 통합될 수 있다.
제 2 에너지 저장 장치(110)는 제어 모듈(108)의 제어 하에서 제 1 에너지 저장 장치(106)로부터 전달된 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 제 2 에너지 저장 장치(110)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.
접점 단자(112, 114)들은 배터리(100)로 및/또는 배터리로부터 전기 에너지를 전달하기 위한 접근을 제공한다. 접점 단자(112, 114)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(112, 114)들은 제어 모듈(108)에 결합된다. 일부 실시예에서, 접점 단자(112, 114)들은 제어 모듈(108)에 직접 결합되는 대신 에 제 2 에너지 저장 장치(110)에 결합될 수 있다. 예시된 바와 같이, 접점 단자(112, 114)들은 종래의 C-전지 배터리의 접점 단자들과 유사한 물리적 구성을 가진다. 상기된 바와 같이, 다른 구성이 채택될 수 있다. 접점 단자(112, 114)들은 예를 들어 라디오, 휴대 전화, 또는 위치선정 시스템과 같은 외부 디바이스들에 배터리(100)가 용이하게 설치되고 제거되는 것을 허용하도록 구성된다. 접점 단자(112, 114)들은 자기 차폐물을 채택할 수 있다.
에너지는 배터리(100)의 이동의 결과로서 배터리(100)에 저장될 수 있다. 예를 들어, 자석 구조물(124)이 코일(122)에 대해 중립이고 배터리(100)가 하향하여 이동하면, 자석 구조물(124)은 배터리(100)의 하향 이동에 응답하여 코일(122)에 대해 위로 움직일 수 있다. 자석 구조물(124)의 상대 상향 이동은 코일(150)의 상부 위를 통과할 때 코일(122)에서 전류의 발전을 유도하게 된다. 자석 구조물(124)이 제 1 반발 자석(134)에 접근함으로써, 제 1 스프링(130)과 제 1 반발 자석(134)은 자석 구조물(124)에 하향력을 적용하게 된다. 하향력에 응답하여, 자석 구조물(124)은 코일(122)에 대해 아래로 이동하기 시작한다. 자석 구조물은 코일(150, 152)들 사이의 대략 중간 위치인 중립 위치(151)를 통과하고, 다시 코일(122)을 통과하여, 코일(152)의 바닥 아래를 지날 때 추가의 전류를 발전시킨다. 자석 구조물(124)이 제 2 반발 자석(142)에 접근할 때, 제 2 스프링(138) 및 제 2 반발 자석(142)은 자석 구조물(124)에 상향력을 적용하게 된다. 상향력이 충분히 강하면, 자석 구조물(124)은 다시 코일(122)을 통과하고, 추가의 전류를 발전시킨다. 상기 이동은 코일(122)에 대해 자석 구조물(124)을 계속 이동시키는 것에 대해 현수 시 스템(126)에서의 에너지가 불충분할 때까지 진자 전후진 형태로 계속할 수 있다.
일부 실시예에서, 현수 시스템(126)은 에너지의 예측된 소스로부터 발생된 전기 에너지를 증가시키도록 동조될 수 있다. 예를 들어, 배터리(100)가 빈번하게 에너지가 공지된 속도 또는 비율에서 개별적인 작업 또는 진행에 의해 공급되는 환경에 있게 되면, 현수 시스템(126)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(100)가 빈번하게 자동차에서의 혼잡 또는 비행기 또는 지상 차량으로부터의 불규칙한 이동에서 정지하고 진행하게 되면, 현수 시스템(126)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 디바이스(도 36 참조)를 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(126)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.
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(104)가 케이스(102)에 대해 상대 이동할 수 있는 현수 시스템과 같은 다른 현수 시스템이 채택될 수 있다. 예를 들어, 발전기(104)는 이동 축선에 그 자체를 정렬하도록 배터리 케이스(102)에서 회전하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 현수 시스템(126)은 자석 구조물(124)에 대해 코일(122)이 이동하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다.
도 34는 케이스(202), 발전기(204), 제 1 에너지 저장 장치(206), 제어 모듈(208), 제 2 에너지 저장 장치(210), 제 3 에너지 저장 장치(211), 및 접점 단자(212, 214)들을 포함하는 배터리(200)의 또 다른 실시예의 완전히 대립하는 단면도이다. 예시된 바와 같은 케이스(202)는 배터리(200)의 다른 부품의 예시를 용이하게 하도록 절개되었다. 케이스(202)는 발전기(204), 제 1 에너지 저장 장치(206), 제어 모듈(208), 제 2 에너지 저장 장치(210) 및 제 3 에너지 저장 장치(211)를 수용한다. 접점 단자(212, 214)들은 각각 배터리(200)의 상부(216) 및 바닥(218)에서 케이스(202)에 장착된다. 케이스(202)는 자기 및/또는 전기 차폐물일 수 있는 외부 케이스 차폐물(220)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 케이스(202)와 접점 단자(212, 214)들은 예를 들어, AA-전지 배터리, 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(200)의 실시예들은 도 33에서 예시된 실시예에 대해 상기된 바와 같은 필요한 전압 레벨을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전압 레벨은 코일(122)의 권선(예를 들어, 도 36에서의 코일(402)의 권선(410) 참조)에서의 턴의 수를 변화시키는 것에 의해 변경될 수 있다.
발전기(204)는 수용된 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 예시된 바와 같이, 발전기(204)는 코일(222), 자석 구조물(224), 및 현수 시스템(226)을 포함하는 선형 발전기이다. 발전기(204)는 예를 들어 도 33에 예시된 발전기(104)에 대해 상기된 바와 같이 동작할 수 있다.
제 1 에너지 저장 장치(206)는 발전기(204)에 의해 발생된 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 하나의 실시예에서, 제 1 에너지 저장 장치(206)는 조정이 거의 없이 또는 조정 없이 발전기(204)에 의해 발전된 전기 에너지를 저장할 수 있다. 제 1 에너지 저장 장치(206)는 예를 들어 하나 이상의 초고용량 축전기를 포함할 수 있다.
제어 모듈(208)은 발전기(204), 제 1 에너지 저장 장치(206), 제 2 에너지 저장 장치(210), 제 3 에너지 저장 장치(211), 및 접점 단자(212, 214)들과 같은 배터리(200)의 다양한 부품들 사이의 에너지의 전달을 제어한다. 예를 들어, 제어 모듈(208)은 제 2 에너지 저장 장치(210) 및 제 3 에너지 저장 장치(211)로의 제 1 에너지 저장 장치(206)에 저장된 에너지의 전달을 제어한다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(208)은 또한 발전기(204)로부터 제 1 에너지 저장 장치(206)로의 에너지의 전달을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈(208)은 제 1 에너지 저장 장치(206)로부터 제 2 에너지 저장 장치(210) 및 제 3 에너지 저장 장치(211)로의 전류 흐름을 제한할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 제어 모듈(208)은 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)를 과충전하는 것을 피하도록 제 1 에너지 저장 장치(206)로부터 제 2 에너지 저장 장치(210) 및 제 3 에너지 저장 장치(211)로의 에너지의 전달을 정지시킬 수 있다. 하나의 실시에에서, 제어 모듈(208)은 접점 단자(212, 214)들에 결합된 외부 전기 에너지 소스(도시되지 않음)로부터 제 1, 제 2, 및/또는 제 3 에너지 저장 장치(206, 210, 211)의 충전을 검출, 제어, 허용 및/또는 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
제어 모듈(208)은 다양한 방식으로 실행될 수 있다. 예를 들어, 제어 모듈은 도 33의 제어 모듈(108)의 기술에서 상기된 바와 같이 실행될 수 있다.
제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)들은 제어 모듈(208)의 제어 하에서 제 1 에너지 저장 장치(206)로부터 전달된 전기 에너지를 저장하도록 구성된다. 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)들은 예를 들어, 니켈-카드뮴 배터리, 니켈-금속 수소화물 배터리, 리튬 폴리머 배터리 또는 리튬 이온 배터리, 다른 에너지 저장 장치 또는 에너지 저장 장치들의 조합과 같은 종래의 재충전 가능한 배터리를 포함할 수 있다. 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치들은 예를 들어 별개로, 직렬, 또는 병렬로 제어 모듈(208)에 결합될 수 있다. 예시된 바와 같이, 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)들은 와셔 형상이며, 현수 시스템(226)은 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)의 중공의 중심(209, 213) 내로 연장한다. 예시된 바와 같이, 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)들은 제 1 및 제 2 접점 단자(212, 214)들 사이에 직렬로 그리고 제어 모듈(208)에 직렬로 연결된다. 일부 실시예들은 시드백 효과(Seebeck effect)의 이점을 취하도록 다른 물질을 채택할 수 있다.
접점 단자(212, 214)들은 배터리(200)로 그리고 배터리로부터 전기 에너지를 전달하기 위한 접근을 제공한다. 접점 단자(212, 214)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(212, 214)들은 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)에 결합된다. 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)들은 병렬 또는 직렬로 접점 단자들에 결합될 수 있다. 일부 실시예에서, 접점 단자(212, 214)들은 제 2 및 제 3 에너지 저장 장치(210, 211)들에 직접 결합되는 대신에 제어 모듈(208)에 결합될 수 있다. 예시된 바와 같이, 접점 단자(212, 214)들은 종래의 C-전지 배터리의 접점 단자들의 물리적 구성을 가진다. 상기된 바와 같이, 다른 구성들이 채택될 수 있다. 접점 단자(212, 214)들은 전형적으로 배터리(200)가 예를 들어 라디오, 휴대 전화, 또는 위치선정 시스템과 같은 외부 디바이스에 용이하게 설치되고 제거되도록 구성된다. 접점 단자(212, 214)들은 자기 차폐물을 채택할 수 있다.
에너지는 배터리(200)의 이동의 결과로서 배터리(200)에 저장될 수 있다. 예 를 들어, 에너지는 도 33에 대해 상기된 예와 유사한 방식으로 저장된 에너지로 변환될 수 있다.
상기된 바와 같이, 일부 실시예에서, 현수 시스템(226)은 운동 에너지의 예상된 소스로부터 발생된 전기 에너지를 최대화하도록 동조될 수 있다.
일부 실시예에서, 예를 들어, 회전 발전기와 같은 다른 발전기 구성이 채택될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어 이용 가능한 운동 에너지의 최대 이점을 취하도록 발전기(204)가 케이스(202)에 대해 이동할 수 있는 현수 시스템과과 같은 다른 현수 시스템이 채택될 수 있다. 예를 들어, 발전기(204)는 이동의 축선과 그 자체를 정렬하도록 배터리 케이스(202)에서 회전하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예에서, 현수 시스템(226)은 자석 구조물(224)에 대해 코일(222)이 이동하는 것을 허용하도록 구성될 수 있다.
도 35는 케이스(302), 발전기(304), 제 1 에너지 저장 장치(306), 제어 모듈(308), 제 2 에너지 저장 장치(310), 및 접점 단자(312, 314)들을 포함하는 배터리(300)의 또 다른 실시예의 측단면도이다. 배터리(300)는 도 33에 예시된 배터리(100)와 다른 구성을 가지지만, 배터리(300)의 동작은 전형적으로 도 33에 예시된 배터리(100)의 동작과 유사하다. 접점 단자(312, 314)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(312, 314)들은 플라스틱 커넥터와 같은 커넥터 내에 수용될 수 있다.
도 36은 예를 들어 도 33 내지 도 35를 통해 예시된 실시예에서 사용하는데 적합한 발전기(400)의 완전히 대립하는 단면도이다. 예를 들어 도 22 내지 도 32에 예시된 실시예들과 같은 다른 발전기 및/또는 디바이스는 도 33 내지 도 35에 예시된 실시예들에서 채택될 수 있다, 발전기는 코일(402), 압축 자기장(예를 들어 도 15 내지 도 21 참조)을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(404), 및 현수 시스템(406)을 포함한다. 현수 시스템(406)은 자석 구조물(404)이 어느 한 방향으로 코일(402)을 완전하게 통과하는 것을 허용하도록 구성된다. 예시된 바와 같이, 발전기(400)는 선형 발전기이다.
코일(402)은 원통형 권선 형태(408)와 하나 이상의 권선(410)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 권선 형태(408)는 현수 시스템(406)의 캐리어 가이드(409)와 통합된다. 예시된 바와 같이, 코일(402)은 단일 권선(410)을 포함한다. 권선(410)은 예를 들어 구리, 알루미늄, 금 및 은, 및 합금과 같은 임의의 전기 유도이며 실질적으로 비자기 유도 물질로 구성될 수 있다. 권선(410)은 전형적으로 절연재(411)로 덮여진다. 일부 실시예에서, 자기 유도 및/또는 비자기 유도 물질로 구성되는 추가의 권선들이 채택될 수 있다(도 2 내지 도 11 참조). 권선(410)은 예를 들어 실축 물질일 수 있거나, 또는 꼬인 와이어들로 구성될 수 있다. 물질의 시트들이 일부 실시예에서 채택될 수 있다. 예를 들어, 구리층 및 Mylar®층을 포함하는 시트는 권선 형태(408) 주위에 권취될 수 있다.
자석 구조물(404)은 원통형 자석 하우징(418) 내에 수용된 다수의 영구 자석(412, 414, 416)을 포함한다. 예시된 실시예가 3개의 영구 자석(412, 414, 416)들을 포함하지만, 발전기(400)의 다른 실시예는 2개의 영구 자석, 4개의 영구 자석 또는 수백개의 영구 자석들과 같이 다른 수의 영구 자석들을 포함할 수 있다. 영구 자석(412, 414, 416)들은 예시된 바와 같이 디스크 형상이지만, 다른 형상들이 채택될 수 있다. 예들 들어, 직사각형(예를 들어 정사각형), 구형, 또는 타원형 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 페이스들의 다양한 조합이 채택될 수 있다. 일부 실시예에서, 전자석이 채택될 수 있다. 자석 하우징(418)의 내측(420)과 영구 자석(412, 414, 416)들의 외측(422, 424, 426 )들은 나사가 형성되어서, 영구 자석(412, 414, 416)들은 자석 하우징(418) 내에서 서로에 대해 적소에 고정될 수 있다. 스페이서, 아교 접착, 또는 위치선정 메커니즘들의 조합과 같은 다른 위치선정 메커니즘들이 채택될 수 있다.
영구 자석(412, 414, 416)들은 서로로부터 이격되어 위치되어 유지되고, 인접한 영구 자석의 같은 극성의 극이 서로 마주하도록 배열된다. 예를 들어, 제 1 영구 자석(412)의 N극(428)은 제 2 영구 자석(414)의 N극(430)을 마주하고, 제 2 영구 자석(414)의 S극(432)은 제 3 영구 자석(416)의 S극(434)을 마주한다. 부가하여, 영구 자석(412, 414, 416)들은 압축 자기장(도 15 및 도 16의 설명 참조)을 형성하도록 서로 충분이 근접하여 유지된다. 일부 실시예에서, 영구 자석(412, 414, 416)들 사이의 공간(436, 438)들은 실질적으로 공기와 같은 가스를 포함하는 물질(437)이 충전된다. 일부 실시예에서, 물질(437)은 플루오르폴리머 수지 또는 플라스틱과 같은 실질적으로 비자성 및 실질적으로 비전도성 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 자석 구조물은 진공화되고 기밀하게 밀봉된다.
상기된 바와 같이, 자석 구조물(404)과 같은 자석 구조물에서 영구 자석들의 형상, 위치 및 세기는 압축 자기장을 발생시키는 것에 의하여 발전기(400)의 효율을 증가시킬 수 있다. 권선 형태(408)의 내경(448)의 길이(446)에 대한 제 1 영구 자석(412)의 상부(442)로부터 제 3 영구 자석(416)의 바닥(444)까지의 길이의 비는 코일(402)에 대하여 자석 구조물(404)의 이동에 응답하여 만들어진 전류에 영향을 준다. 가우스 미터(도시되지 않음)가 영구 자석(412, 414, 416)의 세기 및 위치선정 뿐만 아니라 영구자석의 수 및 길이(440)를 결정하도록 채택될 수 있다.
중량 및 전자기장의 외부 영향을 감소시키고 외부 전자기장으로부터의 영향을 감소시키는 것과 같은 다른 디자인 고려 사항이 마찬가지로 고려될 수 있다. 추가적인 디자인 고려 사항의 또 다른 예에서, 권선 형태(408)의 전체 길이(450)와 현수 시스템에서의 자석 구조물(404)의 이동 범위는 발전기(400)의 안정성에 영향을 줄 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 제 1 자석(412)과 제 3 자석(416)은 450 가우스의 세기를 가졌으며, 제 2 자석은 900 가우스의 세기를 가졌으며, 영구 자석(412, 414, 416)들은 2㎜만큼 분리되었다. 필요한 공간을 결정하는 인자는 B-자기장(magnetic B-field) 세기를 포함한다. 각각의 반발 자석(460, 462)은 각각 600 가우스의 세기를 가졌다. 또 다른 예시적인 예에서, 제 1 자석(412), 제 2 자석(414), 및 제 3 자석(416)들은 12,600 가우스의 세기를 가졌으며, 영구 자석(412, 414, 416)들은 4 내지 5㎜만큼 분리되었었다. 각각의 반발 자석(460, 462)은 9906 가우스의 세기를 가졌었다. 이러한 것은 대략 16,800 가우스의 세기를 구 비한 높은 변화도의 자기장을 초래하였다.
캐리어 가이드(409)의 내측(452)과 자석 하우징(418)의 외측(454)은 권선 형태(408)와 자석 하우징(418) 사이의 결합에 대한 잠재성을 감소시키도록 다른 물질로 만들어지거나 또는 코팅된다. 예를 들어, 캐리어 가이드(409)는 비점성 코팅제로 코팅될 수 있지만, 자석 하우징(418)은 ABS 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 예시적인 다른 물질들은 각각 상표 Teflon®및 Lexan®하에서 시판된다. 자석 하우징(418)은 또한 제 1 나사 단부 캡(456) 및 제 2 나사 단부 캡(458)을 포함한다.
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(412)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(412)의 S극(468)을 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(416)의 같은 극을 마주하도록 위치된다. 예시된 바와 같이, 제 2 반발 자석(462)의 N극(470)은 자석 구조물(404)의 제 3 영구 자석(416)의 N극(472)을 마주한다. 이러한 배열은 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는데 있어서 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 자 석(460)과 자석 구조물(404)의 제 1 캡(456)에 결합된다. 제 1 스프링(474)은 전형적으로 부하가 걸린 상태로 있는다. 제 2 스프링(476)은 제 2 반발 자석(462)과 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 결합되어, 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 결합되어, 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 도 33의 설명에서 보다 상세하게 기술된 바와 같은 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.
도 37은 배터리의 이동에 응답하여 도 33 내지 도 35의 실시예에 예시된 배터리(100, 200, 300)들과 같은 휴대용 에너지 저장 장치를 충전하는 방법(1500)의 실시예를 예시하는 고레벨의 흐름도이다. 편의를 위하여, 방법(1500)은 도 33에 도시된 배터리(100)에 대해 기술된다.
방법(1500)은 단계(1502)에서 시작하여 단계(1504)로 진행한다. 단계(1504)에서, 배터리(100)는 배터리(100)의 이동의 결과로서 에너지를 수용한다. 방법(1500)은 단계(1506)으로 진행한다. 단계(1506)에서, 배터리(100)는 에너지를 배터리(100) 내측의 코일에 대한 자석 구조물의 이동으로 변환한다. 코일을 통한 자석 구조물의 전후진 이동은 교류 전류 신호를 발생시킨다. 자석 구조물은 압축 자기장을 발생시키도록 구성될 수 있다(예를 들어 도 15 내지 도 21 및 도 36 참조). 코일은 전기 유도 및 자기 유도 권선들을 포함할 수 있다(도 2 내지 도 11 참조). 방법(1500)은 단계(1506)로부터 단계(1508)로 진행한다. 단계(1508)에서, 배터리(100)는 코일에 대한 자석 구조물의 이동에 의해 만들어진 교류 전류 신호를 정류한다. 방법은 단계(1510)로 진행한다. 단계(1510)에서, 배터리(100)는 정류된 교류 전류 신호로부터의 전기 에너지를 배터리(100) 내의 제 1 에너지 저장 장치에 저장한다. 방법(1500)은 단계(1510)로부터 단계(1512)로 진행한다. 단계(1512)에서, 배터리(100)는 배터리(100) 내의 제 2 에너지 저장 장치로의 제 1 에너지 저장 장치에 저장된 에너지의 전달을 제어한다. 방법(1500)은 단계(1512)로부터 방법(1500)이 중지하는 단계(1514)로 진행한다.
휴대용 에너지 저장 장치를 충전하는 방법의 실시예들은 도 37에 도시되지 않은 다른 작용을 실행할 수 있거나, 도 37에 도시된 모든 작용들을 모두 실행할 수 없거나, 도 37에 도시된 작용들을 조합할 수 있거나, 또는 다른 순서로 도 37의 작용을 실행할 수 있다. 예를 들어, 도 37에 도시된 방법(1500)의 실시예는 제 1 에너지 저장 장치로부터 제 2 에너지 저장 장치로 에너지를 전달하기 전에, 조건들 이가 제 2 에너지 저장 장치를 충전하는데 적절한지를 체크하도록 변경될 수 있다.
도 38은 배터리에 대한 부하 또는 충전 신호의 제시에 응답하여 도 33 내지 도 35의 실시예에 예시된 배터리(100, 200, 300)들과 같은 휴대용 에너지 저장 장치를 동작시키는 방법(1600)의 실시예를 예시하는 고레벨의 흐름도이다. 편의를 위하여, 방법(1600)은 도 33에 도시된 배터리(100)에 대해 기술된다.
방법(1600)은 단계(1602)에서 시작하여 단계(1604)로 진행한다. 단계(1604)에서 배터리(100)는 배터리(100)에 부하가 존재하는지를 결정한다. 이러한 것은 예를 들어 이산 회로 소자(discrete circuitry)를 사용하여 실행될 수 있다. 단계(1604)에서 부하가 배터리(100)에 존재하는 것으로 결정하였을 때, 방법은 단계(1604)로부터 단계(1606)로 진행한다. 단계(1604)에서 부하가 배터리(100)에 존재하지 않은 것으로 결정되었을 때, 방법(1600)은 단계(1604)로부터 단계(1620)로 진행한다.
단계(1606)에서, 배터리(100)는 발전기로부터 에너지를 조정하는지를 결정하고 부하에 조정된 에너지를 제공한다. 이러한 결정은 예를 들어 발전기에 의해 발생된 에너지가 부하를 구동하는데 충분한지를 결정하는 것에 의해 만들어질 수 있다. 예를 들어 부하 히스토리, 배터리(100)에 있는 에너지 저장 장치의 충전 및 재충전 사이클과 같은 다른 인자들이 마찬가지로 상기 결정에 고려될 수 있다. 이산 회로 소자 및/또는 록업(look-up) 테이블이 발전기로부터 조정된 에너지를 부하로 공급하는 것을 결정하도록 채택될 수 있다. 단계(1606)에서 발전기로부터 에너지를 조정하는 것이 결정되고 조정된 에너지를 부하로 제공하는 것으로 결정될 때, 방 법(1600)은 단계(1606)로부터 단계(1608)로 진행한다. 단계(1606)에서, 발전기로부터 조정된 에너지를 부하로 제공하지 않는 것으로 결정하였을 때, 방법(1600)은 단계(1606)로부터 단계(1610)로 진행한다. 단계(1608)에서, 배터리(100)는 발전기로부터 조정된 에너지를 부하로 전달한다. 방법(1600)은 단계(1608)로부터 단계(1604)로 진행한다.
단계(1610)에서, 배터리(100)는 제 1 에너지 저장 장치로부터 에너지를 부하로 전달할지를 결정한다. 이러한 결정은 예를 들어 제 1 에너지 저장 장치에 저장된 에너지가 부하를 구동하기에 충분한지를 결정하는 것에 의해 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부하 히스토리, 및 배터리(100)에 있는 에너지 저장 장치의 충전 및 재충전 사이클과 같은 다른 인자들이 마찬가지로 결정시에 고려될 수 있다. 이산 회로 소자 및/또는 록업 테이블들이 제 1 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 부하로 공급하는지를 결정하도록 채택될 수 있다. 단계(1610)에서 제 1 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 부하로 공급하는 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1610)로부터 단계(1612)로 진행한다. 단계(1610)에서, 제 1 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 부하로 전달하지 않는 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1610)로부터 단계(1612)로 진행한다. 단계(1612)에서, 배터리(100)는 제 1 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 부하로 전달한다. 방법(1600)은 단계(1612)로부터 단계(1604)로 진행한다.
단계(1614)에서, 배터리(100)는 제 2 에너지 저장 장치로부터 부하로 에너지를 전달할지를 결정한다. 이러한 결정은 예를 들어 제 2 에너지 저장 장치에 저장 된 에너지가 부하를 구동하는데 충분한지를 결정하는 것에 의해 만들어질 수 있다. 예를 들어, 부하 히스토리, 및 배터리(100)에 있는 에너지 저장 장치의 충전 및 재충전 사이클과 같은 다른 인자들이 마찬가지로 결정시에 고려될 수 있다. 이산 회로 소자 및/또는 록업 테이블들이 제 2 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 부하로 공급하는지를 결정하도록 채택될 수 있다. 단계(1610)에서, 제 2 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 부하로 공급하는 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1614)로부터 단계(1616)로 진행한다. 단계(1614)에서, 제 2 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 부하로 전달하지 않는 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1614)로부터 단계(1618)로 진행한다. 단계(1616)에서, 배터리(100)는 제 2 에너지 저장 장치에 저장된 에너지를 부하로 전달한다. 방법(1600)은 단계(1616)로부터 단계(1604)로 진행한다.
단계(1618)에서, 부하 조건들에 대한 에러 처리 및/또는 안전 처리가 실행된다. 예를 들어, 배터리(100)는 배터리가 재충되었을 때까지 배터리로부터 에너지의 전달을 무능화할 수 있다(발전기로부터의 에너지를 통하거나 또는 외부 에너지 소스로부터의 에너지를 통해). 방법(1600)은 단계(1618)로부터 단계(1604)로 진행한다.
단계(1620)에서, 배터리(100)는 충전 신호가 배터리(100)에 제공되는지를 결정한다. 이러한 것은 예를 들어 이산 회로 소자를 사용하여 행해질 수 있다. 단계(1620)에서, 충전 신호가 배터리(100)에 제공되는 것으로 결정될 때, 방법은 단계(1620)로부터 단계(1622)로 진행한다. 단계(1620)에서, 충전 신호가 배터리(100) 에 제공되지 않은 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1620)로부터 단계(1604)로 진행한다.
단계(1622)에서, 배터리(100)는 제 1 에너지 저장 장치를 충전하도록 결정한다. 이러한 결정은 예를 들어 충전 신호의 특징, 전기 에너지 저장 장치들에 저장된 에너지, 배터리(100)에 있는 에너지 저장 장치의 충전 및 재충전 사이클과 같은 다른 인자들에 기초하여 결정될 수 있다. 이산 회로 소자 및/또는 록업(look-up) 테이블이 충전 신호에서의 에너지를 사용하여 제 1 에너지 저장 장치를 충전하는지를 결정하도록 채택될 수 있다. 단계(1622)에서, 제 1 에너지 저장 장치를 충전하는 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1622)로부터 단계(1624)로 진행한다. 단계(1622)에서 제 1 에너지 저장 장치를 충전하지 않는 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1622)로부터 단계(1626)로 진행한다. 단계(1624)에서, 배터리(100)는 제 1 에너지 저장 장치를 충전하도록 수신된 충전 신호로부터의 에너지를 사용한다. 방법(1600)은 단계(1624)로부터 단계(1604)로 진행한다.
단계(1626)에서, 배터리(100)는 제 2 에너지 저장 장치를 충전하는지 결정한다. 이러한 결정은 예를 들어 예를 들어 충전 신호의 특징, 에너지 저장 장치에 저장된 에너지, 및 배터리(100)에 있는 에너지 저장 장치의 충전 및 재충전 사이클과 같은 인자들에 기초하여 만들어질 수 있다. 이산 회로 소자 및/또는 록업 테이블이 충전 신호에서의 에너지를 사용하여 제 2 에너지 저장 장치를 충전하는지를 결정하도록 채택될 수 있다. 단계(1626)에서, 제 2 에너지 저장 장치를 충전하는 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1626)로부터 단계(1628)로 진행한다. 단계(1626)에 서 제 2 에너지 저장 장치를 충전하지 않는 것으로 결정될 때, 방법(1600)은 단계(1626)로부터 단계(1630)로 진행한다. 단계(1628)에서, 배터리(100)는 제 2 에너지 저장 장치를 충전하도록 수신된 충전 신호로부터의 에너지를 사용한다.
단계(1630)에서, 부하 에러 처리가 실행된다. 예를 들어, 배터리(100)는 에너지 저장 장치의 충전을 임시로 무능화할 수 있다. 방법(1600)은 단계(1630)로부터 단계(1604)로 진행한다.
휴대용 에너지 저장 장치를 동작시키는 방법의 실시예들은 도 38에 도시되지 않은 다른 작용들을 실행할 수 있거나, 도 38에 도시된 모든 작용들을 모두 실행할 수 없거나, 도 38에 도시된 작용들을 조합할 수 있거나, 또는 도 38에 도시된 작용들을 다른 순서로 실행할 수 있다. 예를 들어, 도 38에 도시된 방법(1600)의 실시예는 하나 이상의 에너지 저장 장치로부터 에너지를 부하에 제공하도록 변경될 수 있다. 또 다른 예에서, 도 38에 예시된 방법(1600)의 실시예는 에너지 저장 장치를 동시에 충전하고 부하에 에너지를 제공하도록 변경될 수 있다.
또 다른 예시적인 적용에 있어서, 바이메탈 코일, 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물, 및/또는 본 발명의 다른 양태가 유익하게 물 또는 해파와 같은 유체 파동을 전기 에너지로 변환하도록 채택될 수 있다. 이러한 것은 잠재적인 환경 친화적이고 재사용 가능한 에너지원이다. 예를 들어, 플로트(float)의 관성 질량 및 선형 발전기에 대한 링크가 최소화되는 하나 이상의 플로트 구동 선형 발전기를 포함하는, 해파의 이동을 전기 에너지를 변환하기 위한 Kelly의 미국특허 제6,864,592호에 개시된 것과 같은 장치는 본 발명에 따라서 변경될 수 있다. 발전 기의 이동 부품은 플로트 자체 및 임의의 중간 링크의 중량과 함께 플로트에 작용하는 중량(gravitational weight)이 실질적으로 플로트의 전체 부력의 절반과 실질적으로 동일한 크기로 된다. 고요한 상태에서, 플로트는 물속에 절반, 물 밖에 절반이 있게 된다. 파도의 상승 동안 파도의 존재로, 플로트에 의해 변위되는 물의 질량의 실질적으로 절반과 같은 상향 추진이 발전기에 부과된다. 파도의 낙하로, 조립체의 조합된 중량과 같은 중력에 기인하는 하향 추진이 발전기에 부과된다. 그러므로, 선형 발전기는 파도가 지나가는 동안 실질적으로 일정한 상향 및 하향 추진을 겪으며, 이러한 두 위상 동안 일정한 전력의 발전이 달성된다. Kelly의 장치는 그 효율을 증가시키기 위해 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 바이메탈 코일 및/또는 자석 구조물을 통합하도록 유익하게 변경되게 된다.
또 다른 특허는 해파를 전기 에너지로 변환하는 참조에 의해 본원에 통합되는 Woodbridge의 미국특허 제6,791,205호이다. 이러한 특허는 너울(ocean swell)로부터 전력을 생성하는 해양 부표의 밑에 견고하게 부착되는 왕복형 발전기를 개시한다. 발전기 코일은 해수면 밑에 안정한 위치에서 유지하는 한편, 자기장 하우징은 해수면 상의 너울과 파도와의 상호 작용에 응답하여 부표의 상하 이동으로 왕복한다. 발전기 코일에 부착된 댐핑 플레이트들은 발전기 코일의 이동을 방지하고, 그러므로 자석 하우징의 이동에 대해 발전기 코일을 안정한 위치에서 유지한다. 자석 하우징은 발전기 코일을 통해 자기장의 초점을 맞추고, 자석 하우징과 발전기 코일 사이의 상대 이동은 코일에서 전동력을 생성한다. 또 다른 예에서, Woodbridge의 장치는 그 효율을 증가시키도록 본 발명에 따라서 유익하게 변경되게 된다.
도 39에 도시된 바와 같은 일부 실시예에서, 발전기(200)는 화물 컨테이너(350)에 채택된다. 화물 컨테이너의 경비는 고조되는 우려이다. 전력을 이용할 수 있었으면, 폭발의 감마 검출, 휴먼 카고(human cargo)의 적외선 검출, 또는 다른 감시가 실행된다. 화물 컨테이너(350) 내 또는 상에서 발전기(200 또는 300)를 지지하는 것에 의하여, 에너지는 파도의 작용으로 인하여 선박(360)의 이동으로부터 선형 발전기에 의해 발생될 수 있으며, 이러한 에너지는 다양한 감시 또는 검출 시스템을 구동하도록 사용될 수 있다. 발전기(200 또는 300)는 예를 들어 요동 이동, 또는 상하 이동을 포착하도록 배열될 수 있다.
또 다른 예에서, 도 40은 상기된 형태의 다수의 발전기(402)를 포함하는 전기 에너지 전력 설비(400)에 대한 파도의 하나의 예를 도시한다. 설비(400)는 발전기(402)에 결합되는 패들 또는 링크(412)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 발전기(402)는 상기된 것과 동일한 선형 발전기이며, 패들(412)들은 발전기(200)의 바닥(214) 또는 발전기(300)의 바닥(338)에 결합된다. 발전기(402)들은 파도에 의해 움직이고 발전기(402)들의 코일 또는 자석들이 파도에 응답하여 움직이도록 배열된다. 일부 실시예에서, 발전기(402)들은 링크의 사용없이 물 위의 플로트에 지지된다.
설비(400)는 발전기(402)의 권선 또는 코일드에 결합된 하나 이상의 정류 회로 또는 회로 소자(404)를 추가로 포함한다. 정류 회로(404)는 발전기(402)로의 권선 또는 코일에서 발생된 AC 전류를 DC 전류로 변환한다. 발전기의 권선 또는 코일 은 바이메탈 코일을 포함할 수 있다.
도 40의 실시예에서, 설비(400)는 권선 또는 코일에 의해 발생된 전력을 축적 또는 저장하기 위하여 정류 회로(404)에 결합되는 전력 저장 장치(406)를 추가로 포함한다. 전력 저장 장치(406)는 하나 이상의 배터리, 캐패시터, 배터리와 캐패시터의 조합, 또는 다른 형태의 전력 저장 장치이거나 포함할 수 있다. 전력 저장 장치는 배터리, 캐패시터, 또는 다른 에너지 저장 장치에 적절한 전류 및 전압을 제공하도록 충전 조정기를 포함할 수 있다.
도 40의 실시예에서, 설비(400)는, 전력 저장 장치(406)에 결합되고 전기 분배 시스템 또는 그리드에 교류 전류를 공급하도록 구성되는 인버터(408)를 추가로 포함한다. 예시된 실시예에서, 인버터는 변압기(410)를 통해 그리드에 결합된다. 파도를 전력(AC 또는 DC)으로 변환하기 위하여 하나 이상의 발전기를 포함하는 다른 실시예가 가능하다.
생물학적 이동 시스템, 와류 전력 수확(parasitic power harvesting), 자체 구동 경비 및 지적 수집 장치와 같은 자체 구동 장치와 같은 다른 응용물이 가능하다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 본 명세서에 개시된 바와 같은 발전기는 걸음으로부터 전력을 발생시키도록 신발에 포함된다. 그 전력은 임의의 다양한 전기 장치에 공급하도록 사용될 수 있다.
신발에 장착된 장치는 예를 들어 뒤꿈치가 지면을 칠 때마다, 충격이 자석에 대한 코일의 이동을 유발하도록 상기된 바와 같이 신발 뒤꿈치에 또는 뒤꿈치 상에 장착된 발전기를 포함한다. 신발에 장착된 장치는 또한 발전기의 코일에 결합된 정 류 회로(예를 들어 전파 정류기), 및 정류 회로의 출력부에 결합되는 캐패시터 또는 배터리와 같은 전력 저장 장치를 포함한다. 전압 조정기는 저장 장치에 적절한 전류 및 전압을 제공하도록 포함될 수 있다.
예를 들어, 도 41은 도 22 내지 도 32에 관련하여 상기된 형태의 발전기(502)를 포함하는 생물학적 이동 장치(500)의 하나의 예를 도시한다. 발전기(502)는 일부 실시예에서 신발의 뒤꿈치에 또는 사람의 어떤 다른 곳에 장착되어서, 걷는 작용은 발전기(502)의 코일에 대해 자석을 이동시킨다.
장치(500)는 발전기(502)의 권선 또는 코일에 결합된 정류 회로 또는 정류 회로 소자(504)를 추가로 포함한다. 정류 회로 소자(504)는 발전기(502)의 권선 또는 코일에서 발생된 AC 전류를 DC 전류로 변환한다.
도 41의 실시예에서, 장치(500)는 권선 또는 코일에 의해 발생된 전력을 축적하고 저장하기 위하여 정류 회로 소자(504)에 결합되는 전력 저장 장치(506)를 추가로 포함한다. 전력 저장 장치(506)는 하나 이상의 배터리, 캐패시터, 배터리와 캐패시터의 조합, 또는 다른 형태의 전력 저장 장치이거나 포함할 수 있다.
도 41의 실시예에서, 장치(500)는, 전력 저장 장치(506)에 결합되고 사람에 의해 소유되는 전기 장치에 안정한 출력 전압을 제공하도록 구성되는 전압 조정기(508)를 추가로 포함한다. 다른 실시예도 가능하다.
도 42는 전기 에너지로의 이용 가능한 에너지의 변환을 용이하게 하도록 짐벌식인 시스템(100)의 실시예를 도시한다. 시스템(100)은 예를 들어 도 22 내지 도 32에 도시되고 필요한 위치에서 발전기(102)의 위치 선정을 용이하게 하는 지지 구 조물(104)에 의해 지지되는 하나 이상의 발전기들과 같은 발전기(102)를 포함한다. 일부 실시예에서, 지지 구조물(104)은 회전 이동 기술을 채택할 수 있다.
도 43은 지지 구조물(108)에 결합된 다수의 발전기(102, 104, 06)들을 포함하는 시스템(100)을 도시한다. 제 1 발전기(102)는 X-축선(110)을 따라서 배향되도록 지지 구조물(108)에 결합된다. 제 2 발전기(104)는 Y-축선(112)을 따라서 배향되도록 지지 구조물(108)에 결합된다. 제 3 발전기(106)는 Z-축선(114)을 따라서 배향되도록 지지 구조물(108)에 결합된다.
도 44는 도 33 내지 도 35에 예시된 배터리 실시예들 중 하나와 같은 배터리(102), 도 22 내지 도 32에 예시된 발전기들 중 하나와 같은 발전기(104)의 실시예, 태양 에너지 수집기(106), 및 안테나 시스템(110)과 정류기(112)를 포함하는 무선 주파수 에너지 수집기(108)를 포함하는 의류(100)를 도시한다. 의류(100)는 또한 다양한 부품들을 서로 결합하는 버스 시스템(114)과, 버스 시스템(114)을 배터리(102)에 결합하는 커플링(116)을 포함한다. 커플링(116)은 발전기(104), 태양 에너지 수집기(106) 및/또는 무선 주파수 에너지 수집기(108)로부터 수신된 전기 에너지를 조정 또는 함께 부가하거나, 또는 발전기(104)와 같은 의류의 하나 이상의 다른 부품들에 연결하기 위해 배터리에 대한 연결부(118)를 스위칭하도록 구성될 수 있다. 커플링(116)은 외부 부하 및/또는 에너지 소스에 대한 연결을 허용하도록 구성될 수 있다. 예시된 바와 같이, 의류(100)는 셔츠이지만, 다른 실시예는 다른 의류를 포함할 수 있다. 배터리(102), 발전기(104), 태양 에너지 수집기(106), 무선 주파수 에너지 수집기(108), 버스 시스템(114), 커플링(116) 및 연 결부(118)는 의류에 통합되고, 의류 또는 상기의 조합들에 제거 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 안테나 시스템(110)과 버스 시스템(114)은 셔츠의 직물에 통합될 수 있는 한편, 배터리(102)는 셔츠에 결합할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 단추(122) 또한 태양 에너지 수집기(106)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들은 예시된 모든 부품들을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 실시예는 배터리(102)와 안테나 시스템(110)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 배터리에 있는 제어 모듈(도 34에 있는 제어 모듈(208) 참조)은 버스 시스템(114)을 경유하여 배터리(102)에 의해 수용된 에너지의 배터리(102)에서의 저장을 제어할 수 있다.
도 45는 실시예에 따른 시스템(100)의 실시예의 측단면도이다. 시스템(100)은 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물(104)을 포함하는 회전자(102)와, 전기 유도 요소(110) 및 자기 유도 요소(112)를 포함하는 하나 이상의 바이메탈 코일(108)을 구비하는 고정자(106)를 포함한다. 도 46은 선 46-46을 따라서 취한 도 45의 회전자(102)의 평단면도이다. 자석 구조물(104)은 같은 극들이 압축 자기장을 발생시키도록 서로 마주하여 이격 유지되는 다수의 자석(114)들을 포함한다.
비록 코일, 자석 구조물, 장치, 발전기/모터, 배터리, 제어 모듈, 에너지 저장 장치에 대한 특정 실시예 및 예들과, 에너지를 발생시키고 저장하는 방법이 예시의 목적을 위하여 기술되었을지라도, 다양한 등가의 변형예들이 당업자에게 예측될 수 있는 바와 같이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 만들어질 수 있다. 상기된 다양한 실시예들은 추가의 실시예들을 제공하도록 조합될 수 있다.
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.

Claims (62)

  1. 케이스;
    상기 케이스 내에 수용되고, 배터리에 의해 수용된 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성되는 제 1 발전기;
    상기 케이스 내에 수용되는 제 1 에너지 저장 장치;
    상기 케이스 내에 수용되는 제 2 에너지 저장 장치;
    상기 케이스 내에 수용되고, 상기 제 1 및 제 2 에너지 저장 장치에 결합되며, 상기 제 1 에너지 저장 장치로부터 상기 제 2 에너지 저장 장치로의 전기 에너지의 전달을 제어하도록 구성된 제어 모듈; 및
    다수의 접점 단자들을 포함하는 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 에너지 저장 장치는 초고용량 축전기를 포함하고, 상기 제 2 에너지 저장 장치는 리튬 전지를 포함하는 배터리.
  3. 제 1 항에 있어서, 제 3 에너지 저장 장치를 추가로 포함하는 배터리.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 에너지 저장 장치는 상기 제 2 에너지 저장 장치와 직렬로 결합되는 배터리.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제 3 에너지 저장 장치는 상기 제 1 에너지 저장 장치와 병렬로 결합되는 배터리.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 접점 단자들을 수용하는 커넥터를 추가로 포함하는 배터리.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스와 상기 접점 단자들은 C-전지 배터리의 구성을 가지는 배터리.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 발전기는,
    코일; 및
    자석 구조물을 포함하는 배터리.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 자석 구조물은 압축 자기장을 발생시키도록 구성되는 배터리.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 코일은,
    전기 유도 요소; 및
    자기 유도 요소를 포함하는 배터리.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 자석 구조물은 압축 자기장을 발생시키도록 구성되는 배터리.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 접점 단자들은 상기 제어 모듈에 전기적으로 결합되는 배터리.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 제 2 에너지 저장 장치와 상기 접점 단자들 사이의 에너지의 전달을 제어하도록 추가로 구성되는 배터리.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 에너지 저장 장치와 상기 접점 단자들 사이의 에너지의 전달은 상기 접점 단자들로부터 상기 제 2 에너지 저장 장치로의 에너지의 전달을 포함하는 배터리.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 에너지 저장 장치와 상기 접점 단자들 사이의 에너지의 전달은 상기 접점 단자들로부터 상기 제 1 에너지 저장 장치로의 에너지의 전달을 포함하는 배터리.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 모듈은 상기 제 1 에너지 저장 장치와 상기 접점 단자들 사이의 에너지의 전달을 제어하도록 구성되는 배터리.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 발전기에 결합되는 현수 시스템을 추가로 포함하는 배터리.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 현수 시스템은 예측된 패턴의 이동의 전기 에너지로의 변환을 최적화하도록 동조되는 배터리.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 발전기는 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 변환하도록 구성되는 배터리.
  20. 제 1 항에 있어서, 상기 발전기는 와류 방식으로 수용된 에너지를 변환하도록 구성되는 배터리.
  21. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스는 자기 차폐물을 포함하는 배터리.
  22. 케이스;
    상기 케이스 내에 수용된 코일;
    상기 케이스 내에 수용되고, 압축 자기장을 발생시키도록 구성된 자석 구조물;
    상기 케이스 내에 수용된 제 1 에너지 저장 장치;
    상기 케이스에 결합된 다수의 접점 단자들; 및
    상기 케이스 내에 수용되고, 상기 코일과 상기 제 1 에너지 저장 장치에 결합되는 제어 모듈을 포함하는 배터리.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 자석 구조물은 다수의 희토 자석들에서 이웃한 자석들의 같은 극성의 극이 서로 마주하도록 구성된 다수의 이격된 희토 자석들을 포함하는 배터리.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 다수의 자석들에서 자석들은 서로에 대해 적소에서 유지되는 배터리.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 다수의 자석들에서 2개의 자석들 사이의 공간은 실질적으로 비자성 물질이 충전되는 배터리.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 비자성 물질은 공기를 포함하는 배터리.
  27. 제 25 항에 있어서, 상기 비자성 물질은 플루오르폴리머 수지를 포함하는 배터리.
  28. 제 22 항에 있어서, 상기 케이스는 진공화되고 기밀하게 밀봉되는 배터리.
  29. 제 22 항에 있어서, 상기 자석 구조물에 결합되는 현수 시스템을 추가로 포함하는 배터리.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 현수 시스템은 예측된 패턴의 이동의 전기 에너지로의 변환을 최적화하도록 동조되는 배터리.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 코일은,
    전기 유도 요소; 및
    자기 유도 요소를 포함하는 배터리.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 자기 유도 요소는 상기 전기 유도 요소에 자속의 초점을 맞추도록 구성되는 배터리.
  33. 케이스;
    상기 케이스 내에 수용되고, 전기 유도 요소와 자기 유도 요소를 가지는 코일;
    자석 구조물;
    상기 케이스 내에 수용된 제 1 에너지 저장 장치;
    상기 케이스에 결합된 다수의 접점 단자들; 및
    상기 케이스 내에 수용되고, 상기 코일과 상기 제 1 에너지 저장 장치에 결 합되는 제어 모듈을 포함하는 배터리.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 자기 유도 요소는 상기 전기 유도 요소에 자속의 초점을 맞추도록 구성되는 배터리.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 전기 유도 요소는 다중 권선에서의 전기 유도 권선을 포함하고, 상기 자기 유도 요소는 상기 다중 권선에서의 자기 유도 권선을 포함하는 배터리.
  36. 제 33 항에 있어서, 상기 전기 유도 요소는 전기 유도 권선을 포함하고, 상기 자기 유도 요소는 자기 유도 권선을 포함하는 배터리.
  37. 제 33 항에 있어서, 상기 전기 유도 요소는 제 1 절연 기판 상에 형성된 전기 유도 트레이스를 포함하는 배터리.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 자기 유도 요소는 상기 제 1 절연 기판 상에 형성된 자기 유도 트레이스를 포함하는 배터리.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 전기 유도 트레이스는 상기 제 1 절연 기판의 제 1 표면 상에 형성되고, 상기 자기 유도 트레이스는 상기 제 1 절연 기판의 상기 제 1 표면 상에 형성되는 배터리.
  40. 제 33 항에 있어서, 다수의 절연 기판들을 추가로 포함하며,
    상기 전기 유도 요소는 상기 다수의 기판들에서 선택된 기판들 상에 형성된 다수의 전기 유도 트레이스들을 포함하고;
    상기 자기 유도 요소는 상기 다수의 기판들에서 선택된 기판들 상에 형성된 다수의 자기 유도 트레이스들을 포함하는 배터리.
  41. 제 33 항에 있어서, 상기 자석 구조물은 압축 자기장을 발생시키도록 구성되는 배터리.
  42. 제 33 항에 있어서, 상기 다수의 접점 단자들 중 하나의 접점 단자는 외부 배터리의 접점 단자와 전기적으로 결합되는 배터리.
  43. 케이스;
    배터리의 이동을 전류로 변환하기 위한 수단;
    상기 케이스 내에 수용되는 제 1 에너지 저장 수단;
    상기 케이스 내에 수용되는 제 2 에너지 저장 수단;
    상기 전류로 변환하기 위한 수단으로부터 상기 케이스 내에 수용된 제 1 에너지 저장 수단으로 에너지의 전달을 제어하기 위한 수단; 및
    상기 제 1 에너지 저장 수단에 저장된 에너지에 접근하기 위한 수단을 포함하는 배터리.
  44. 제 43 항에 있어서, 상기 케이스 내에 수용되는 제 3 에너지 저장 수단을 추가로 포함하는 배터리.
  45. 제 43 항에 있어서, 상기 전류 변환 수단은,
    전류를 유도하기 위한 수단; 및
    자기장을 발생시키기 위한 수단을 포함하는 배터리.
  46. 제 45 항에 있어서, 상기 자기장을 발생시키기 위한 수단은 압축 자기장을 발생시키도록 구성되는 배터리.
  47. 제 46 항에 있어서, 자속을 유도하기 위한 수단을 추가로 포함하는 배터리.
  48. 제 45 항에 있어서, 자속을 유도하기 위한 수단을 추가로 포함하는 배터리.
  49. 제 45 항에 있어서, 상기 자기장을 발생시키기 위한 수단에 대한 상기 전류를 유도하기 위한 수단의 상대 이동을 용이하게 하기 위한 수단을 추가로 포함하는 배터리.
  50. 배터리를 이동시키는 단계;
    상기 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계; 및
    상기 배터리 내에 수용된 다수의 에너지 저장 장치로의 에너지의 전달을 제어하는 단계를 포함하는 배터리 작동 방법.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 에너지의 전달을 제어하는 단계는 상기 다수의 에너지 저장 장치에서 제 1 에너지 저장 장치에 있는 전류로부터 에너지를 저장하는 단계와, 상기 제 1 에너지 저장 장치로부터 상기 다수의 에너지 저장 장치들에서 제 2 에너지 저장 장치로의 에너지의 전달을 제어하는 단계를 포함하는 배터리 작동 방법.
  52. 제 50 항에 있어서, 상기 에너지의 전달을 제어하는 단계는 전류를 정류하는 단계를 포함하는 배터리 작동 방법.
  53. 제 50 항에 있어서, 상기 배터리로부터 부하로의 에너지의 전달을 제어하는 단계를 추가로 포함하는 배터리 작동 방법.
  54. 제 50 항에 있어서, 상기 배터리에 전류를 제공하는 단계; 및
    제공된 전류로부터 상기 배터리에서 에너지의 저장을 제어하는 단계를 추가 로 포함하는 배터리 작동 방법.
  55. 제 50 항에 있어서, 상기 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 압축 자기장을 발생시키는 단계를 포함하는 배터리 작동 방법.
  56. 제 55 항에 있어서, 상기 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 전기 유도 권선에 상기 압축 자기장의 초점을 맞추는 단계를 추가로 포함하는 배터리 작동 방법.
  57. 제 55 항에 있어서, 상기 압축 자기장을 발생시키는 단계는 같은 극이 주위 거리보다 근접한 거리에서 서로 마주하도록 2개의 자석을 유지하는 단계를 포함하는 배터리 작동 방법.
  58. 제 50 항에 있어서, 상기 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 전기 유도 요소에 자속의 초점을 맞추는 단계를 포함하는 배터리 작동 방법.
  59. 제 58 항에 있어서, 상기 전도성 요소에 자속의 초점을 맞추는 단계는 상기 자속의 초점을 맞추도록 상기 전기 유도 요소에 대해 자기 유도 요소를 위치시키는 단계를 포함하는 배터리 작동 방법.
  60. 제 50 항에 있어서, 상기 배터리의 이동을 통해 수용된 에너지를 전류로 변환하는 단계는 에너지를 전기 유도 권선과 자기장 사이의 상대 이동으로 변환하는 단계를 포함하는 배터리 작동 방법.
  61. 제 60 항에 있어서, 상기 상대 이동은 대체로 선형인 배터리 작동 방법.
  62. 제 60 항에 있어서, 상기 상대 이동은 대체로 회전인 배터리 작동 방법.
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