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特表2024-547024パラメトリック共振可変インダクタンスのためのシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-26
(54)【発明の名称】パラメトリック共振可変インダクタンスのためのシステム
(51)【国際特許分類】
H02K 19/20 20060101AFI20241219BHJP
【ＦＩ】
H02K19/20
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024536391
(86)(22)【出願日】2022-12-13
(85)【翻訳文提出日】2024-07-26
(86)【国際出願番号】 IB2022062161
(87)【国際公開番号】W WO2023111860
(87)【国際公開日】2023-06-22
(31)【優先権主張番号】63/290,764
(32)【優先日】2021-12-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】524228834
【氏名又は名称】エラン リサーチ － ９４５６－４４２４ ケベック インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＥＬＡＮ ＲＥＳＥＡＲＣＨ － ９４５６－４４２４ ＱＵＥＢＥＣ ＩＮＣ．
【住所又は居所原語表記】２３１ Ｓｔ－Ｃｈａｒｌｅｓ Ｓｕｄ， Ｓｕｉｔｅ ３４３， Ｇｒａｎｂｙ， Ｑｕｅｂｅｃ Ｊ２Ｇ ９Ｍ６， ＣＡＮＡＤＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】グアイ，ブノワ
(72)【発明者】
【氏名】マロ，ジェローム－オリヴィエ
【テーマコード（参考）】
5H619
【Ｆターム（参考）】
5H619AA01
5H619BB02
5H619BB15
5H619BB24
5H619PP02
5H619PP04
5H619PP11
5H619PP33
(57)【要約】
本開示は、インダクタンスを変化させるアセンブリに関する。アセンブリは、磁気的に対向する少なくとも１対の磁極を生成するように構成されたステータを備える。少なくとも１対の磁極の一方の磁極から少なくとも１対の磁極の残りの磁極まで延在する線が第１の方向を画定する。また、アセンブリは、ステータに隣接するロータを備える。ロータは、第１の有効透磁率をもつ第１の材料から形成されたロータ本体を含む。ロータ本体は、ロータの回転軸と平行に延在する複数の凹部を画定する。回転軸は、第１の方向に沿って延在する。また、ロータは、第２の材料から形成された複数のバーを含む。複数のバーは、複数の凹部内にそれぞれ配置される。第２の材料は、第２の有効透磁率をもつ。回転軸を中心とするロータの回転は、アセンブリのインダクタンスの周期的な交替を引き起こす。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
インダクタンスを変化させるアセンブリであって、磁気的に対向する少なくとも１対の磁極を生成するように構成されたステータであって、前記少なくとも１対の磁極の一方の磁極から前記少なくとも１対の磁極の残りの磁極まで延在する線が第１の方向を画定する、ステータと、
前記ステータに隣接するロータと、
を備え、
前記ロータは、
第１の有効透磁率をもつ第１の材料から形成されたロータ本体であって、前記ロータ本体が前記ロータの回転軸と平行に延在する複数の凹部を画定し、前記回転軸が前記第１の方向に沿って延在する、ロータ本体と、
第２の有効透磁率をもつ第２の材料から形成された複数のバーであって、前記複数の凹部内にそれぞれ配置される、複数のバーと、
を含み、
前記ロータは、前記回転軸を中心とする前記ロータの回転が前記アセンブリのインダクタンスの周期的な交替を引き起こすように、前記ステータに対して配置される、
アセンブリ。
【請求項2】
前記複数のバーは、前記ロータの外面の一部を形成する、請求項１に記載のアセンブリ。
【請求項3】
前記複数のバーは、前記回転軸と実質的に平行に延在し、これにより、前記複数のバーのうちの所定のバーは、前記少なくとも１対の磁極の磁気的に対向する磁極に同時且つ周期的に対向する、請求項１または２に記載のアセンブリ。
【請求項4】
前記第１の有効透磁率は、前記第２の有効透磁率の少なくとも１０分の１である、請求項１～３のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項5】
前記第１の材料は、非強磁性材料である、請求項１～４のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項6】
前記ステータは、少なくとも１つのワイヤコイルを備え、前記少なくとも１対の磁極は、前記少なくとも１つのコイルによって生成される、請求項１～５のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項7】
前記少なくとも１つのワイヤコイルは、１対の磁極を生成する単一のワイヤコイルである、請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項8】
前記少なくとも１つのワイヤコイルは、複数のワイヤコイルを含み、前記複数のワイヤコイルは、直列に接続され、
前記複数のワイヤコイルの各々は、磁気的に対向する１対の磁極を生成する、
請求項６に記載のアセンブリ。
【請求項9】
前記複数のワイヤコイルは、前記回転軸を中心とする前記ロータの回転時に、前記複数のバーのうちの１つのバーに同時に対向し、前記複数のワイヤコイルは、前記複数のバーのうちの対応するバーにそれぞれ対向する、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項10】
前記アセンブリは、キャパシタに電気的に接続され、これにより、電気回路が形成され、前記回転軸を中心とする前記ロータの回転速度は、前記アセンブリのインダクタンスの交替における周波数が前記電気回路の固有振動数の２倍になるように設定される、
請求項１～９のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項11】
前記ロータの回転を提供するために前記ロータに動作可能に結合されたアクチュエータをさらに備える、請求項１～１０のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項12】
前記第１の材料は、木材、プラスチック、アルミニウム、および真鍮からなる材料群から選択される、請求項１～１１のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項13】
前記第２の材料は、フェライトおよびパーマロイからなる材料群から選択される、請求項１～１２のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項14】
前記ステータは、前記第１の方向に沿って延在する中空の円筒形状を有し、磁気的に対向する前記少なくとも１対の磁極は、前記ステータの内面に生成され、
前記ロータは、前記ステータ内で回転する、
請求項１～１３のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項15】
前記ロータ本体は、前記第１の方向に沿って延在する円筒形状を有し、前記ステータ内の中心に位置する、請求項１～１４のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項16】
前記複数の凹部は、前記ロータ本体の丸みを帯びた外面の長さの少なくとも大部分に沿って実質的に延在し、前記複数の凹部は、互いに対して等距離に画定されている、
請求項１５に記載のアセンブリ。
【請求項17】
前記ロータは、磁気的に対向する前記少なくとも１対の磁極が、前記回転軸を中心とした前記ロータの回転時に前記ロータ本体および前記複数のバーと磁気的に相互作用するように、前記ステータに十分に接近して配置される、請求項１～１６のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項18】
インダクタンスを変化させるアセンブリであって、使用時に、磁気的に対向する１対の磁極を生成するように構成された少なくとも１つのワイヤコイルと、
可変透磁率要素であって、
第１の有効透磁率をもつ第１の材料から形成された第１の部分、および
第２の有効透磁率をもつ第２の材料から形成された第２の部分
を含む可変透磁率要素と、
を備え、
前記可変透磁率要素は、アクチュエータに動作可能に接続され、前記アクチュエータは、前記可変透磁率要素を作動させたときに、前記少なくとも１つのワイヤコイルの前で前記第１の材料および前記第２の材料を周期的に交互に配置させ、これにより、磁気的に対向する前記１対の磁極は、前記第１の材料および前記第２の材料の一方に同時に対向して、前記少なくとも１つのワイヤコイルのインダクタンスを周期的に変化させる、
アセンブリ。
【請求項19】
前記第１の有効透磁率は、前記第２の有効透磁率の少なくとも１０分の１である、請求項１８に記載のアセンブリ。
【請求項20】
前記第２の材料は、強磁性材料である、請求項１８または１９に記載のアセンブリ。
【請求項21】
前記少なくとも１つのワイヤコイルは、直列に接続された複数のワイヤコイルを含み、前記複数のワイヤコイルは、前記可変透磁率要素を移動させたときに、前記複数のワイヤコイルが前記可変透磁率要素の前記第２の部分の複数の部分に同時に対向するように配置される、
請求項１８～２０のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項22】
前記少なくとも１つのワイヤコイルは、キャパシタに電気的に接続され、これにより、電気回路が形成され、前記少なくとも１つのワイヤコイルの前での前記第１の材料および前記第２の材料の交互配置における周波数は、前記電気回路の固有振動数の２倍である、請求項１８～２１のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項23】
前記第１の材料は、木材、プラスチック、アルミニウム、および真鍮からなる材料群から選択される、請求項１８～２２のいずれか１項に記載のアセンブリ。
【請求項24】
前記第２の材料は、フェライトおよびパーマロイからなる材料群から選択される、請求項１８～２３のいずれか１項に記載のアセンブリ。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
［関連出願の相互参照］
本出願は、「ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＡＲＡＭＥＴＲＩＣ ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＶＡＲＹＩＮＧ ＩＮＤＵＣＴＡＮＣＥ」と題する２０２１年１２月１７日出願の米国特許出願第６３／２９０，７６４号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、「ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＰＡＲＡＭＥＴＲＩＣ ＲＥＳＯＮＡＮＴ ＶＡＲＹＩＮＧ ＩＮＤＵＣＴＡＮＣＥ」と題する２０２１年１２月１７日出願の米国特許出願第６３／２９０，７６４号の優先権を主張し、その全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、可変インダクタンスを有する電気部品の分野に関し、より詳細には、パラメトリック共振インダクタに関する。
【背景技術】
【0003】
多くの技術において、モータ、リニアアクチュエータ、ソレノイドおよび誘導コイルなどのインダクティブデバイスは、運転、変換、および／または誘導作用、あるいは磁気の引力またはその反発を実行するために磁界の発生に依存している。既知のアプローチでは、このようなインダクティブデバイスおよびこれと協働して動作する他のデバイスは、必ずしも磁界エネルギーを回収および／または再利用しない。実際、多くの技術において、磁界は減少させるべき厄介なものとして扱われている。
【0004】
しかしながら、いくつかの初期の提案された研究では、電気振動系における振動の励起は、磁界エネルギーの誘導を介して行うことができると提案されている（Ｏｎ Ｔｈｅ Ｐａｒａｍｅｔｒｉｃ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ Ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓ，Ｌ．Ｉ Ｍａｎｄｅｌｓｔａｍ，Ｎ．Ｄ．Ｐａｐａｌｅｘｉ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，１９３４）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
その結果、磁界エネルギーを再利用するためのシステムおよび電気部品アセンブリが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様において、インダクタンスを変化させるアセンブリが提供される。このアセンブリは、磁気的に対向する少なくとも１対の磁極を生成するように構成されたステータを備える。少なくとも１対の磁極の一方の磁極から少なくとも１対の磁極の残りの磁極まで延在する線が第１の方向を画定する。また、アセンブリは、ステータに隣接するロータを備える。ロータは、第１の有効透磁率をもつ第１の材料から形成されたロータ本体を含む。ロータ本体は、ロータの回転軸と平行に延在する複数の凹部を画定する。回転軸は、第１の方向に沿って延在する。また、ロータは、第２の材料から形成された複数のバーを含む。複数のバーは、複数の凹部内にそれぞれ配置される。第２の材料は、第２の有効透磁率をもつ。ロータは、回転軸を中心とするロータの回転がアセンブリのインダクタンスの周期的な交替（ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ）を引き起こすように、ステータに対して配置される。
【0007】
少なくとも１つの実施形態において、複数のバーは、ロータの外面の一部を形成する。
【0008】
少なくとも１つの実施形態において、複数のバーは、回転軸と実質的に平行に延在する。これにより、複数のバーのうちの所与のバーが、少なくとも１対の磁極の磁気的に対向する磁極に同時且つ周期的に対向する。
【0009】
少なくとも１つの実施形態において、第１の有効透磁率は、第２の有効透磁率の少なくとも１０分の１である。
【0010】
少なくとも１つの実施形態において、第１の材料は、非強磁性材料である。
【0011】
少なくとも１つの実施形態において、第２の材料は、強磁性材料である。
【0012】
少なくとも１つの実施形態において、ステータは、少なくとも１つのワイヤコイルを備える。少なくとも１対の磁極は、少なくとも１つのコイルによって生成される。
【0013】
少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つのワイヤコイルは、１対の磁極を生成する単一のワイヤコイルである。
【0014】
少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つのワイヤコイルは、複数のワイヤコイルを含む。複数のワイヤコイルは、直列に接続される。複数のワイヤコイルの各々は、磁気的に対向する１対の磁極を生成する。
【0015】
少なくとも１つの実施形態において、複数のコイルは、回転軸を中心とするロータの回転時に、複数のバーのうちの１つのバーに同時に対向する。コイルの各々は、複数のバーのうちの対応する１つのバーに対向する。
【0016】
少なくとも１つの実施形態において、アセンブリは、キャパシタに電気的に接続される。これにより、電気回路が形成される。回転軸を中心とするロータの回転の速度は、アセンブリのインダクタンスの交替における周波数が電気回路の固有振動数の２倍になるように設定される。
【0017】
少なくとも１つの実施形態において、アセンブリは、ロータの回転を提供するためにロータに動作可能に結合されたアクチュエータをさらに備える。
【0018】
少なくとも１つの実施形態において、第１の材料は、木材、プラスチック、アルミニウム、および真鍮からなる材料群から選択される。
【0019】
少なくとも１つの実施形態において、第２の材料は、フェライトおよびパーマロイからなる材料群から選択される。
【0020】
少なくとも１つの実施形態において、ステータは、第１の方向に沿って延在する中空の円筒形状を有する。磁気的に対向する少なくとも１対の磁極は、ステータの内面上に生成される。ロータは、ステータ内で回転する。
【0021】
少なくとも１つの実施形態において、ロータ本体は、第１の方向に沿って延在する円筒形状を有する。これは、ステータ内の中心に配置される。
【0022】
少なくとも１つの実施形態において、複数の凹部は、ロータ本体の丸みを帯びた外面の長さの少なくとも大部分に沿って実質的に延在する。複数の凹部は、互いに対して等距離に画定されている。
【0023】
少なくとも１つの実施形態において、ロータは、磁気的に対向する少なくとも１対の磁極が、回転軸を中心としたロータの回転時にロータ本体および複数のバーと磁気的に相互作用するように、ステータに十分に接近して配置される。
【0024】
本開示の別の態様において、インダクタンスを変化させるアセンブリが提供される。このアセンブリは、使用時に、磁気的に対向する１対の磁極を生成するように構成された少なくとも１つのワイヤコイルと、第１の有効透磁率をもつ第１の材料から形成された第１の部分、および第２の有効透磁率をもつ第２の材料から形成された第２の部分を含む可変透磁率要素と、を備える。可変透磁率要素は、アクチュエータに動作可能に接続される。アクチュエータは、可変透磁率要素を作動させたときに、少なくとも１つのワイヤコイルの前で第１の材料および第２の材料を周期的に交互に配置させる。これにより、磁気的に対向する磁極は、第１の材料および第２の材料の一方に同時に対向して、少なくとも１つのワイヤコイルのインダクタンスを周期的に変化させることができる。
【0025】
少なくとも１つの実施形態において、第１の有効透磁率は、第２の有効透磁率の少なくとも１０分の１である。
【0026】
少なくとも１つの実施形態において、第２の材料は、強磁性材料である。
【0027】
少なくとも１つの実施形態において、第１の材料は、非強磁性材料である。
【0028】
少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つのワイヤコイルは、直列に接続された複数のワイヤコイルを含み、複数のコイルは、可変透磁率要素を移動させたときに、複数のコイルが可変透磁率要素の第２の部分の複数の部分に同時に対向するように配置されている。
【0029】
少なくとも１つの実施形態において、少なくとも１つのワイヤコイルは、キャパシタに電気的に接続される。これにより、電気回路が形成される。少なくとも１つのワイヤコイルの前での第１の材料および第２の材料の交互配置における周波数は、電気回路の固有振動数の２倍である。
【0030】
少なくとも１つの実施形態において、第１の材料は、木材、プラスチック、アルミニウム、および真鍮からなる材料群から選択される。
【0031】
少なくとも１つの実施形態において、第２の材料は、フェライトおよびパーマロイからなる材料群から選択される。
【0032】
本技術の実施態様の各々は、上述した目的および／または態様の少なくとも１つを有するが、必ずしもそれらすべてを有するものではない。上述した目的を達成しようとした結果生じた本技術のいくつかの態様は、この目的を満足しない場合があり、且つ／または本明細書で特に述べられていない他の目的を満足する場合があることを留意されたい。
【0033】
本技術の実施態様の追加的および／または代替的な特徴、態様、および利点は、以下の説明、添付の図面、および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0034】
本開示の特徴および利点は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明から明確になるであろう。
【図1】本技術の一実施形態による、インダクタンスを変化させるアセンブリの模式図である。
【図3A】本技術の別の実施形態による、インダクタンスを変化させるアセンブリのロータの斜視図である。
【図4】本技術の別の実施形態による、インダクタンスを変化させるアセンブリのステータの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0035】
添付の図面および対応する説明全体を通して、同様の特徴は同様の参照符号によって識別されることを留意されたい。さらに、図面および対応する説明は、例示のみを目的としており、そのような開示は、特許請求の範囲を限定することを意図していないことにも留意されたい。
【0036】
以下、開示された技術の様々な代表的な実施形態について、代表的な実施形態が示された添付の図面を参照しながら、より詳細に説明する。しかしながら、ここで開示されている技術は、多くの異なる形態で具体化される可能性があり、本明細書に記載されている代表的な実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの代表的な実施形態は、開示が徹底的かつ完全なものとなり、当業者に本技術の範囲を十分に伝えることができるように提供される。図面において、層および領域のサイズおよび相対的なサイズは、明確にするために誇張されている場合がある。同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を指す。また、特に定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、記載される実施形態が属する技術分野における当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。
【0037】
本開示は、インダクタンスを変化させるアセンブリを紹介する。第１の実施形態において、アセンブリは、使用時に、磁気的に対向する１対の磁極を生成するように構成された少なくとも１つのワイヤコイルを含む。また、アセンブリは、第１の有効透磁率および第２の有効透磁率をそれぞれもつ第１の部分および第２の部分を有する可変透磁率要素を含む。可変透磁率要素は、少なくとも１つのワイヤコイルの前で第１の部分および第２の部分が周期的に交互に配置されるように作動されて、少なくとも１つのワイヤコイルのインダクタンスを周期的に変化させる。一実施形態において、アセンブリは、キャパシタに直列に接続される。これにより、固有振動数をもつ共振電気回路が形成される。可変透磁率要素は、少なくとも１つのワイヤコイルの前での第１の部分および第２の部分の交互配置における周波数が電気回路の固有振動数の２倍であるように作動される。場合によっては、交互配置が固有振動数の２倍であることによって、電気回路において共振電力増幅が引き起こされる。電気回路は、電力を供給するための負荷にさらに接続されてもよい。
【0038】
同じまたは別の実施形態において、アセンブリは、磁気的に対向する少なくとも１対の磁極を生成するように構成されたステータと、ロータ本体を含むロータと、ロータ本体上に配置された複数のバーと、を含んでもよい。バーは、ロータ本体の有効透磁率とは異なる有効透磁率をもつ。磁気的に対向する少なくとも１対の磁極の前でのロータの回転時には、アセンブリのインダクタンスは、周期的に変化する。一実施形態において、アセンブリは、キャパシタに直列に電気的に接続される。これにより、共振電気回路が形成される。本実施形態において、アセンブリのインダクタンスの交替における周波数は、電気回路の固有振動数の２倍になるように設定されてもよい。これにより、電気回路において共振電力増幅が引き起こされる。電気回路は、電力を供給するための負荷にさらに接続されてもよい。アセンブリの例示的な実施形態に関する詳細については後述する。
【0039】
一般的には、本開示は、平均インダクタンス値の周りで振動するインダクタンスを有するアセンブリを導入する。このアセンブリは、振動における周波数の微調整を可能にするように構成される。振動における周波数は、電気回路に共振を発生させるように設定されてもよい。これにより、電気回路において共振電力増幅が引き起こされる。
【0040】
添付の図面を参照すると、図１は、インダクタンスを変化させるアセンブリ１０の模式図である。アセンブリ１０は、Ｕ字形状のコア１２０の周囲に巻かれたワイヤコイル１１０を含む。より具体的には、ワイヤコイル１１０は、Ｕ字形状のコア１２０の中央部分１２６の周囲に巻かれている。中央部分１２６は、Ｕ字形状のコア１２０の第１の端部１２２と第２の端部１２４との間に延在する。ワイヤコイル１１０は、銅から形成されてもよい。
【0041】
Ｕ字形状のコア１２０は、磁界を所与の方向に向けられるような形状を有する。コア１２０の代替的な形状は、代替的な実施形態において提供されるが、この態様は限定されるものではない。Ｕ字形状のコア１２０は、例えばパーマロイまたはミューメタル（Ｎｉ－Ｆｅ）から形成されてもよいが、これらに限定されるものではない。本開示において、Ｕ字形状のコア１２０を形成する材料の有効透磁率はμｒ０と示されている。
【0042】
ワイヤコイル１１０に電流が流れると、ワイヤコイル１１０によって磁界が発生する。これは、図１で３つの磁界線で示されている。ここで、磁気的に対向する１対の磁極は、Ｕ字形状のコア１２０の両端部に形成される。図１に示す実施例において、第１の端部１２２に北磁極が生成され、第２の端部１２４に南磁極が生成される。Ｕ字形状のコア１２０の第１の端部１２２および第２の端部１２４における磁極の極性は、ワイヤコイル１１０内の電流の方向に依存する。
【0043】
アセンブリ１０は、Ｕ字形状のコア１２０の第１の端部１２２および第２の端部１２４の前に配置された可変透磁率要素２００をさらに含む。可変透磁率要素２００は、第１の有効透磁率をもつ第１の材料から形成された第１の部分２１０と、第２の有効透磁率をもつ第２の材料から形成された第２の部分２２０と、を含む。可変透磁率要素２００の実施例については後述する。本開示において、第１の材料の有効透磁率はμｒ１と示されており、第２の材料の有効透磁率はμｒ２と示されている。本実施形態において、第１の材料および第２の材料は、第１の材料および第２の材料の一方が他方よりも著しく高い有効透磁率をもつように選択される。例えば、第１の材料および第２の材料は、μｒ２≧１０μｒ１となるように選択されてもよい。本実施形態において、第１の材料は、非強磁性材料であり、第２の材料は、強磁性材料である。
【0044】
可変透磁率要素２００は、アクチュエータ（図示せず）に動作可能に接続され、可変透磁率要素２００を作動させたときに、Ｕ字形状のコア１２０の第１の端部１２２および第２の端部１２４の前での第１の材料および第２の材料の同時且つ周期的な交互配置を生じさせる。本開示において、この交互配置における周波数は、ｆ１と示されている。例えば、図１に示す可変透磁率要素２００の位置では、第１の端部１２２および第２の端部１２４の両方の前に第２の部分２２０がある。換言すると、ワイヤコイル１１０によって生成された磁気的に対向する磁極は、可変透磁率要素２００の第１の材料または第２の材料のいずれかの前に両方同時に存在する。
【0045】
ワイヤコイル１１０の磁気的に対向する磁極の前に配置された材料が周期的に変化すると、アセンブリ１０によって生成された磁界が周期的に変化する。より具体的には、磁界は、可変透磁率要素２００に対して磁力を発揮する。これは、可変透磁率要素２００の作動によって対抗される。磁力は次式で表すことができる。
ここで、Ｂは磁界、Ｍは可変透磁率要素２００に誘導される磁気モーメントを表す。第１の端部１２２および第２の端部１２４の前での第１の材料および第２の材料の周期的な交互配置によって、アセンブリ１０のインダクタンスの周期的な変化が引き起こされる。
【数1】
【0046】
より具体的には、アセンブリのインダクタンスは、周波数ｆ１において高インダクタンス値Ｌｍａｘと低インダクタンス値Ｌｍｉｎとの間で周期的に変化する。高インダクタンス値と低インダクタンス値は次式で表すことができる。
ここで、μ０は自由空間の透磁率、Ｎはワイヤコイル１１０の巻数、Ａ０はワイヤコイル１１０の断面積、Ａ１は第１の部分２１０の断面積、Ａ２は第２の部分２２０の断面積、ｌ０はＵ字形状のコア１２０の長さ、ｌ１は第１の部分２１０の長さ、ｌ２は第２の部分２２０の長さを表す。図１に示す実施例において、ｌ０、ｌ１、およびｌ２は等しい。
【数2】
【0047】
一部の実施形態において、アセンブリ１０は、ワイヤコイル１１０に類似し、且つ直列に接続された複数のワイヤコイルを含むことができる。ワイヤコイルの各々は、磁気的に対向する１対の磁極を生成する。そのような実施形態において、ワイヤコイル１１０は、可変透磁率要素２００の第１の部分２１０および第２の部分２２０の一方が生成された磁極のすべての前に同時且つ交互にあるように配置される。磁気的に対向する磁極の対を複数含むインダクタンスを変化させるアセンブリの例示的な実施形態については後述する。
【0048】
図２は、静電容量Ｃを有するキャパシタ２０に電気的に接続され、それによって共振電気回路５０が形成されるアセンブリ１０の図である。電気回路５０において抵抗率Ｒを有する構成要素３０は、共振電気回路５０の内部固有抵抗率（すなわち、アセンブリ１０、キャパシタ２０、および電気回路５０の構成要素を接続する電線の抵抗率）を表す。実際、アセンブリ１０はインダクタンスＬ（ｔ）を有し、共振電気回路５０は固有振動数ｆ０で共振する。固有振動数ｆ０は、アセンブリ１０の抵抗率Ｒ、静電容量Ｃ、および平均インダクタンスＬａｖの値に少なくとも部分的に依存する。本実施形態において、Ｌａｖ＝（Ｌｍａｘ＋Ｌｍｉｎ）／２である。また、アセンブリ１０に収集されるエネルギーは次式で表すことができる。
ここで、ｉ（ｔ）は回路５０に流れる電流を表す。
【数3】
【0049】
使用時に、可変透磁率要素２００の作動は、ワイヤコイル１１０によって生成された磁界を変化させる。電気回路５０に発電装置がない場合でも、統計的変動による回路５０内のランダムな電荷は、可変透磁率要素２００を作動させたときにワイヤコイル１１０の前に配置された可変透磁率によって周期的に変化するのに十分高い相対的な大きさを有する磁界を生成する可能性がある。そのため、可変透磁率要素２００の作動エネルギーは、アセンブリ１０を介して磁気エネルギーに変換され、その後、静電エネルギーの形態でキャパシタ２０によって蓄積されてもよい。
【0050】
本実施形態において、キャパシタＣは、可変透磁率要素２００の作動開始時に一般に電荷が空である。換言すると、キャパシタによって蓄積された電荷Ｑ（ｔ）はヌル（ｎｕｌｌ）であり、Ｑ（ｔ＝０）＝０である。代替的な実施形態において、キャパシタは、可変透磁率要素２００の作動前に充電されてもよく、この場合、Ｑ（ｔ＝０）＝Ｑ０＞０である。
【0051】
本実施形態において、第１の端部１２２および第２の端部１２４の前での第１の材料および第２の材料の交互配置における周波数ｆ１（すなわち、アセンブリ１０のインダクタンスＬ（ｔ）の変化における周波数）は、ｆ１＝２ｆ０であるように、電気回路の固有振動数５０の２倍に設定される。
【0052】
図３Ａおよび図３Ｂは、アセンブリ１０など、インダクタンスを変化させるアセンブリのロータ３００の斜視図である。本実施形態において、ロータ３００は、第１の有効透磁率をもつ第１の材料から形成されたロータ本体３１０を含む。第１の材料は、例えば、木材、プラスチック、アルミニウム、または真鍮から形成されてもよいが、これらに限定されるものではない。広義には、本実施形態において、第１の材料は、非強磁性で、１に近い有効比透磁率をもつ剛性の高い材料であってもよい。ロータ本体３１０は、本実施形態において第１の材料の一体的な単一のピースから形成されるが、代替的な実施形態において異なる複数のピースから形成されてもよい。例えば、ロータ本体３１０は、射出成形技術を用いて形成されてもよい。
【0053】
本実施形態において、ロータ３００は、回転軸３０２に沿って画定された主方向に沿って延在する円筒形状を有する。使用時に、ロータ３００は、アクチュエータ（例えばモータ）によって作動されて回転軸３０２を中心に回転する。ロータ本体３１０は、その中で、ロータ本体の長さＨ１の少なくとも大部分において、ロータ本体３１０の丸みを帯びた外面に延在する複数の凹部３２０を画定する。凹部３２０は、回転軸３０２と平行に延在する実質的に長方形の形状を画定する。本実施形態において、凹部３２０は、丸みを帯びた外面３０４上で互いに対して等距離に画定されている。より具体的には、丸みを帯びた外面３０４に沿って回転軸３０２に直交する連続する２つの凹部３２０の間の距離は、互いに等しい。
【0054】
また、図３Ｂに最も良く示すように、ロータ３００は、第２の有効透磁率をもつ第２の材料から形成された複数のバー３５０（図では１つのみを示す）を含む。バー３５０は、バー３５０が対応する凹部３２０内にそれぞれ配置されるように凹部３２０内に収容される。バー３５０は、固定部材、接着剤、またはバー３５０を凹部３２０内に維持するのに適した他の構成要素によって凹部内に維持されてもよい。
【0055】
第２の材料は、フェライトおよびパーマロイを含む材料群から選択される。広義には、本実施形態において、第２の材料は、永久磁化特性を有さない、強磁性で、１０００よりも高い有効透磁率をもつ剛性の高い材料であればどのようなものであってもよい。本実施形態において、バー３５０を形成する第２の材料は、強磁性材料であり、第２の有効透磁率は、ロータ本体３１０の第１の有効透磁率よりも少なくとも１０倍高い。代替的な実施形態において、ロータ３００は、固有の凹部３２０と、固有の凹部３２０内に配置された固有のバー３５０と、を有することができる。凹部３２０およびバー３５０の数は限定されるものではない。
【0056】
例えば、インダクタンスを変化させるアセンブリ１０の可変透磁率要素２００は、本技術の非現実的な実施形態においてロータ３００として実装されてもよい。
【0057】
図４は、本技術の一実施形態による、インダクタンスを変化させるアセンブリのステータ４００の斜視図である。ステータ４００は、磁気的に対向する少なくとも１対の磁極を生成するように構成される。そのために、本実施形態において、ステータ４００は、内部に電流が流れたときに、対応する磁気的に対向する少なくとも１対の磁極を生成する少なくとも１つのワイヤコイル４１０を含む。ワイヤコイル４１０は、銅から形成されてもよい。図４に示す例示的な実施形態において、ステータ４００は、６つのワイヤコイル４１０を含む（図では１つのみを示す）。ワイヤコイル４１０の各々は、動作中に磁気的に対向する１対の磁極を生成する。各対は、特に北磁極（図示せず）および南磁極４２４を形成する。６つのワイヤコイル４１０は、直列に接続される。ステータ４００は、例えば固有のワイヤコイル４１０を含む代替的な実施形態において、異なる数のワイヤコイル４１０を含んでもよい。
【0058】
例示的な実施形態において、ステータ４００は、主軸４０２に沿って画定された主方向に沿って延在する中空の円筒形状を有し、ステータ４００の長さＨ２は、主軸４０２に沿って画定される。また、ステータ４００は、その内面４３０上に、ワイヤコイル４１０を維持するように構成されたアセンブリ１０のＵ字形状のコア１２０（図５参照）と同様の形状であってもよい複数のインダクタンスコアを画定する。インダクタンスコア４０５の各々は、その主要部分の周囲に巻かれた対応するワイヤコイル４１０を有する。ワイヤコイル４１０は、内面４３０に沿って互いに対して等距離であり、主軸４０２に対して直交している。
【0059】
本実施形態において、ワイヤコイル４１０は巻かれており、インダクタンスコア４０５は、磁極の各対の一方の磁極から同じ対の他方の磁極まで延在する線が主軸４０２と平行に延在するような形状を有する。換言すると、磁気的に対向する各対の磁極間の距離は、ステータ４００の高さＨ２に沿っている（すなわち、主軸４０２によって画定された主方向に沿っている）。
【0060】
図５は、ロータ３００とステータ４００とを含む、インダクタンスを変化させるアセンブリ５００の模式図である。より具体的には、ロータ３００は、ロータ３００の回転軸３０２が主軸４０２と整列するようにステータ４００内に配置される。したがって、ロータ３００は、ステータ４００内の中心に配置され、使用時に、ステータ４００の主軸４０２を中心に回転する。アセンブリ５００は、回転軸３０２を中心とするロータ３００の回転を提供するために、ロータ３００に動作可能に結合されたアクチュエータ５５０をさらに含んでもよい。アクチュエータ５５０とロータ３００との間の動作的結合は、例えば、アクチュエータ５５０からロータ３００への結合力の伝達中の摩擦を低減するための磁気ベアリングを含むことができる、これに限定されるものではない。アクチュエータ５５０は、例えば、電気モータ、往復機関、プロペラ、またはそれに対する流体（空気や水など）の流れによって回転する任意のブレード配置であってもよい。ロータ３００の回転は、例えばアクチュエータ５５０を介して、アクチュエータ５５０に流れる周囲空気の自然対流によって引き起こされてもよい。代替的な実施形態において、ロータ３００の回転は、別の作動要素によって提供されてもよい。
【0061】
本実施形態において、ロータ３００に含まれるバー３５０の数は、ステータ４００によって生成された磁気的に対向する磁極の対の数に等しい。代替的な実施形態において、バー３５０の数は、磁気的に対向する磁極の対の数より多くてもよい。
【0062】
使用時に（すなわち、回転軸３０２を中心とするロータ３００の回転時に）、バー３５０の各々がステータ４００によって生成された磁気的に対向する磁極の各対の前に連続的且つ周期的に配置され、同じ対の両方の磁極がバー３５０の前に同時にあるように、バー３５０およびワイヤコイル４１０が配置される。換言すると、同じ１つのワイヤコイル４１０によって生成された磁気的に対向する磁極の同じ対の磁極は、同じ１つのバー３５０の前に同時且つ周期的に配置される。また、本実施形態において、回転軸３０２を中心とするロータ３００の回転時に、丸みを帯びた外面３０４および複数のバー３５０がワイヤコイル４１０および／またはステータ４００によって画定されたインダクタンスコアの第１および第２の端部に十分に接近して配置されて、磁気的に対向する磁極が一般にロータ本体３１０および複数のバー３５０と磁気的に相互作用するように、ロータ３００およびステータ４００の幾何学的寸法が設定される。例えば、所与のワイヤコイル４１０とロータ３００との間の、回転軸３０２に対して直交して測定された距離は、１ミリメートルである。広義には、ロータ３００は、回転軸３０２を中心とするロータ３００の回転時に、ワイヤコイル４１０のうちの１つによってロータ３００の最も近い部分（すなわち、ロータ本体３１０の一部にあるバー３５０のうちの１つ）に加えられる磁力の大きさが所定の閾値を上回るように、ステータ４００内に配置される。これにより、ワイヤコイル４１０とロータ３００との間の磁気相互作用が確保される。そのため、ロータ３００は、ステータ４００に隣接しているといえる。
【0063】
また、バー３５０およびワイヤコイル４１０は、使用時に、ステータ４００によって生成された磁気的に対向する磁極のすべての対が同時に１つのバー３５０に対向するように配置される。図１に示すアセンブリ１０について説明したように、同じ原理および計算が、インダクタンスを変化させるアセンブリ５００のインダクタンスＬ’（ｔ）にも適用される。これにより、Ｌ’（ｔ）は、高インダクタンス値Ｌ’ｍａｘと低インダクタンス値Ｌ’ｍｉｎとの間で周期的に変化するようになる。これは、次式で表すことができる。
ここで、μ０は自由空間の透磁率、μ’ｒ０はステータ４００を形成する材料の有効透磁率、μ’ｒ２はバー３５０を形成する材料の有効透磁率、μ’ｒ１はロータ本体３１０を形成する材料の有効透磁率、Ｎ’はワイヤコイル４１０の巻数、ｍはワイヤコイル４１０の数（すなわち、ステータ４００によって生成された磁気的に対向する磁極の対の数）、Ａ’０はワイヤコイル４１０の断面積、Ａ’１はロータ本体３１０の断面積、Ａ’２は所与のバー３５０の断面積、ｌ’０は主軸４０２に沿ったインダクタンスコア４０５の長さ、ｌ’１は主軸４０２に沿ったロータ本体３１０の長さ、ｌ’２は主軸４０２に沿ったバー３５０の長さを表す。
【数4】
【0064】
本実施形態において、インダクタンスコア４０５の有効透磁率およびバー３５０の有効透磁率は等しい（すなわち、μ’ｒ０＝μ’ｒ２）。また、インダクタンスコア４０５の断面積Ａ’０は、バー３５０の断面積Ａ’２に等しい。したがって、高インダクタンス値Ｌ’ｍａｘは次式で表すことができる。
【数5】
【0065】
このため、アセンブリ５００のインダクタンスは次式で表すことができる。
ここで、Ｌ’０はアセンブリ５００のインダクタンスの平均値を表し、ΔＬはΔＬ＝（Ｌｍａｘ－Ｌｍｉｎ）／２であるようにインダクタンスの変化における振幅を表し、ω１はω１＝２πｆ１を満たす。ここで、ｆ１はアセンブリ５００のインダクタンスの変化における周波数を表し、特にワイヤコイル４１０の数に依存する。本実施形態において、ｆ１＝ｍ’．ｆｒｏｔである。ここで、ｆｒｏｔ＝ωｒｏｔ／２πであり、ωｒｏｔは回転軸３０２を中心とするロータ３００の回転速度を表す。少なくとも一部の実施形態において、ｍ’はｍよりも大きい。
【数6】
【0066】
図６は、静電容量Ｃを有するキャパシタ２０に電気的に接続され、それによって共振電気回路６０が形成されるアセンブリ５００の電気回路図である。本実施形態において、構成要素３０は、共振電気回路６０の内部固有抵抗率（すなわち、アセンブリ５００、キャパシタ２０、および電気回路６０の構成要素を接続する電線の抵抗率）を表す。実際、アセンブリ５００はインダクタンスＬ’（ｔ）を有し、共振電気回路６０は固有振動数ｆ’０で共振する。固有振動数ｆ’０は、アセンブリ５００の抵抗率Ｒ、静電容量Ｃ、および平均インダクタンスＬ’０の値に少なくとも部分的に依存する。
【0067】
本実施形態において、固有振動数ｆ’０は次式で表すことができる。
【数7】
【0068】
アセンブリ５００のワイヤコイル４１０に収集されるエネルギーは次式で表すことができる。
ここで、ｉ（ｔ）は回路６０に流れる電流、φは任意の定位相を表す。
【数8】
【0069】
本実施形態において、ステータ３００の回転速度は、ｆ１＝２．ｆ’０であるように設定され、これにより、電気回路６０の共振と一致する。このため、アセンブリ５００が受け取る磁気エネルギーは、インダクタンスが変化しない場合に比べて、その振動中に
が増加したときに増加する。そのため、ロータ３００の作動エネルギーは、アセンブリ５００を介して磁気エネルギーに変換され、その後、静電エネルギーの形態でキャパシタ２０によって蓄積されてもよい。
【数9】
【0070】
本実施形態において、キャパシタＣは、可変透磁率要素２００の作動開始時に電荷が空である。換言すると、キャパシタによって蓄積された電荷Ｑ（ｔ）はヌルであり、Ｑ（ｔ＝０）＝０である。代替的な実施形態において、キャパシタは、ロータ３００の作動前に充電されてもよく、この場合、Ｑ（ｔ＝０）＝Ｑ０＞０である。
【0071】
図７の例示的な実施形態が示すように、電気回路６０は、電力が供給される負荷７００をさらに含む。負荷７００は、例えば、キャパシタ２０に並列に接続されてもよい。これにより、静電エネルギーは、キャパシタ２０から負荷７００に伝達される。このようにして、回路６０から負荷７００に電力が供給される。負荷７００は、例えば、自動車のエンジン、または電力が供給され得る他の負荷であってもよいが、これらに限定されるものではない。
【0072】
少なくとも一部の実施形態において、回転軸３０２を中心とするロータ３００の回転を提供するアクチュエータ５５０は、回路６０に電気的に接続される。これにより、アクチュエータ５５０の電力入力が電気回路６０自体によって部分的に提供される。例えば、回路６０は、風車に実装されてもよい。この場合、風の運動エネルギーがアクチュエータ５５０の入力エネルギーの少なくとも一部を提供する。これにより、回転軸３０２を中心とするロータ３００の回転が開始される。したがって、電流の共振振動が電気回路６０に生成され、キャパシタ２０によって収集された電気エネルギーが負荷７００（例えば風車のモータ）にさらに伝達されてもよい。このように、使用時に、風の運動エネルギーから受け取ったエネルギーは、アセンブリ５００のアクチュエータ５５０を動作するために使用されてもよく、且つ／またはその蓄積のために収集されてもよい。これにより、風車は、標準的な電力源なしで動作することができる。
【0073】
以上、特定の特徴および構造を参照して実施形態を説明したが、そのような開示から逸脱することなく、様々な修正および組み合わせが可能であることは明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、単に、特許請求の範囲で定義される上述した実施例または実施形態およびそれらの原理の例示としてみなされるものであり、本開示が包含する任意およびすべての修正、変形、組み合わせ、または均等物を含むことが企図されている。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】