JP2012526516A - 落下固定子（ｆａｌｌｉｎｇｓｔａｔｏｒ）を有する発電機 - Google Patents

Abstract

内側面および外側面を有する回転可能な圧力容器を含む発電機が提供される。電磁石が圧力容器の内側面に設置される。バイアス構造体は、圧力容器内で独立して回転するように構成され、かつ圧力容器の長手方向に沿って少なくとも部分的に延在する。バイアス構造体は、圧力容器の外周内にあり、かつ圧力容器の中心軸に実質的に平行、かつ一致することができる回転軸を有する。バイアス構造体は、圧力容器の中心軸から離れた半径上に重力中心を有する。電機子コイルは、バイアス構造体の外側部分に設置され、かつ電磁石に電流が印加されると、電磁石および複数の電機子コイルの相対運動が電機子コイルの電流を誘起するよう配置されたている。移送機構は、電機子コイルに接続された第１導電体から圧力容器の外部へ電流を移動させるよう構成されている。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２００９年５月７日出願の米国特許仮出願第６１／１７６，３２５号、及び２０１０年５月６日出願の米国特許出願第１２／７７５，００２号の優先権を主張し、その開示内容全体はここに参照として明確に組み込まれている。

本願の主題は、発電手段に関し、限定されないが、より具体的には、水力発電のシステムおよび方法に関する。

近年、環境への炭酸ガス放出効果に関する懸念とともに、化石燃料の価格の上昇により、代替の、再利用可能な形の発電の開発に対する関心が高まっている。この今までにない緊急事態にもかかわらず、現在まで米国の発電量に対してごくわずかな割合しか代替エネルギー源によってもたらされていない。再生可能なエネルギー源の実施の普及が妨げられている１つの理由は、それらが大容量の発電、または従来の発電設備内での実施には実用的ではないためである。しかし、風および潮などの代替エネルギー源は、電気の持続的な供給源として望ましく、きれいで、再生可能な解決方法としての潜在力がある。

風力エネルギーなどの他の代替エネルギー源の利用と比較して水力発電の電力を利用することは、多くの利点がある。海水は空気の約８５０倍高密度であるため、同じ体積流量の移動海水は、８５０倍以上の運動エネルギーを含む。さらに風の流れとは異なり、主な海流は、一方向に安定し、かつ適度に不変である。これらの利点にもかかわらず、安定した干満のない海流からエネルギーを取り出すために設計されたシステムについての飛躍的な技術は比較的少ない。

現在、風、川、潮、および干満のない海流を含む流体の自然の流れを含む再生可能エネルギー源からのエネルギー生産の提供に使用されるいくつかの手法がある。これら解決法の多くは、通常回転ブレード構造の形の機械的なエネルギーの利用、およびギアボックスを使用してこのエネルギーを発電機の回転に変換することに集中している。しかし、既知の方法は、特に水中での利用の際の耐久性不足を含む、回転ブレード構造およびシャフトの相互作用に関する欠点に悩まされている。例えば、水力電気の利用を試みる現在の設計は、多くを風力タービン技術から取り入れている。回転プロペラ状ブレードセットを有するこれらのオーシャンタービンは、密封されたシャフトを介して移動する海水から発電機ローターへ運動エネルギーを移動させなければならない。発電機ケースの内部が、周囲の水と比較して低い圧力の気体で満たされている場合、シャフトの密封は、完全になされていなければならない。密封は、最終的には磨滅され、海水が発電機ケース内に漏れることがある。水中の電力発電機の整備にかかる追加的な費用を考慮すると、この欠陥により既知の水力発電の解決法は、安定した干満のない海流などの、より有用な領域内において実用的ではない。

タービン設計による追加的な課題は、ブレード直径が必然的に大きくなるということである。事実上全ての海流において、流速は、深さに伴い変化するため、大きいブレードセットでは、ブレードの異なる領域によって起こる異なる流速に基づき、タービンハブによって負担される著しいトルクが存在する。これはさらにシャフト密封の耐久性を低くしている。

また頻発する経費として、水力発電システムの多くに関連する費用が発生する。機械的、磁気的、および電気的システムの耐久性は、商業的に実用的な海洋エネルギーシステムにとって重要である。この一つの原因は、整備処理において、発電機ユニットを海面に運び、かつ修理施設へ移送する必要があるということである。風力タービン設計から取り入れられた現在の設計は、通常動翼からのトルクを、効果的に電気を生成するために必要な高回転速度に変換するギアボックスを含んでいる。これらのギアボックスは、定期的に潤滑油を塗る必要があり、かつ比較的複雑なため、より整備が必要であり、かつより故障の影響を受けやすい。

最後に、全ての電気発電機は、廃熱を生じる。この大部分は、導電体の電気抵抗によるものである。したがって、全ての発電機は、効率を著しく低下させずに熱を除去するための手段を有していなければならない。海洋発電機（ocean generators）のいくつかの現在の設計は、内部の圧力が周囲の海水の静圧に等しくなることを確実にするために、オイルを使用している。このオイルは、発電機の構成品からの熱を吸収し、したがって熱除去のための経路を作る機能として作用する。しかし、オイルの比較的高い粘性は、非常に高いウィンデージ損失の原因となり、したがって実質的に発電機の効率が低下する。

本主題は、様々な態様の構造および動作特徴を通して現在の設計に見られる課題に対するものである。本主題の実施形態によると、２つの独立した回転可能な構造の間の相対運動を提供するために、バイアス構造体を利用することができ、これにより定期的なまたは通常の整備が必要な既知のブレード構造および／またはギアボックスの必要がなくなる。また多くの既知のシステムとは異なり、本主題の実施形態は、電力発生工程からの熱を消散する特定の流体を利用することができ、効率を増すことができる。本発明の実施形態はまた、発電機の回転中に選択的に電磁石の電源を切ることができ、それにより熱の発生および発電機に電力を供給するのに必要なエネルギー量を減らすことができる。

実施形態は、回転可能な円筒の圧力容器と、圧力容器の内表面に設置された複数の電磁石と、圧力容器とは独立に、圧力容器内で回転するよう構成されたバイアス構造体とを有する発電機を含むことができる。バイアス構造体は、圧力容器の長手方向に少なくとも部分的に沿って延在することができ、かつ圧力容器の中心軸に実質的に平行、かつ一致する回転軸を有する。バイアス構造体は、圧力容器の中心軸から離れた半径に重力中心を有することができる。発電機はまたバイアス構造体の外側部分に設置された複数の電機子コイルを含むことができ、電機子コイルは、電磁石に電流が印加された場合に、電磁石および複数の電機子コイルの相対運動が電機子コイルの電流を誘起するように配置されている。発電機はまた、電機子コイルに接続された第１導電体から圧力容器の外部へ電流を移動させるよう構成された移送機構を含むことができる。

実施形態は、回転可能な圧力容器と、圧力容器の内表面に設置された複数の第１磁石と、前記圧力容器の長手方向に少なくとも部分的に沿って延在するバイアス構造体と、を有する発電機を含むことができる。バイアス構造体は、圧力容器の円周内部に回転軸と、圧力容器の中心軸から離れた半径にある重力中心とを有することができる。発電機はまたバイアス構造体に設置された複数の電機子コイルを含むことができ、電機子コイルは、第１磁石および複数の電機子コイルの相対運動が電機子コイルの電流を誘起するよう配置されている。実施形態は、バイアス構造体の回転軸が実質的に圧力容器の中心軸に一致するような配置を含むことができる。

実施形態は、圧力容器から独立して回転するよう構成された回転可能なシャフトを有するバイアス構造体を含むことができる。シャフトは、圧力容器の中心軸に平行、かつ一致させることができる。実施形態は、中空内部を有するシャフトと、シャフトの中空内部に位置する第１導電体と、を含むことができ、第１導電体は、電機子コイルに接続されている。

実施形態は、電磁石の第１磁石を含むことができる。第１磁石に電流が印加される場合、第１磁石および複数の電機子コイルの相対運動は、電機子コイルの電流を誘起する。実施形態は、第１磁石に接続された制御システムを含むことができる。制御システムは、圧力容器の回転中に第１磁石に電流を選択的に印加するように構成されることができる。制御システムは、選択された第１磁石が電機子コイルに対して有効範囲外にある場合、および／またはバイアス構造体に対する選択された第１磁石の位置に応じて、選択された第１磁石への電流の供給を止めるように構成されることができる。

実施形態は、ローター周囲に設置された永久磁石を有するローターと、永久磁石に対向して設置された始動電機子と、始動電機子コイルおよび第１磁石の間の電気回路を完成させる第３導電体とを有する始動機構を含むことができる。永久磁石および始動電機子コイルは、互いに対向し、永久磁石および始動電機子コイルの相対的な回転が、始動電機子コイルの電流を生成するような距離に配置されることができる。実施形態は、始動電機子コイルおよび第１磁石の間の整流器を有する、始動電機子コイルおよび第１磁石の間の電気回路を含むことができる。

実施形態は、圧力容器の内表面および外表面を貫通し、これを通じて機械的なエネルギーが送られる開口部を有しない圧力容器を含むことができる。実施形態は、電機子コイルに接続された第１導電体から圧力容器の外部へ電流を移動させるよう構成された移送機構を含むことができる。実施形態は、移送機構および第１磁石のコイルの間の電気回路を完成させる第２導電体を含むことができる。

実施形態は、第１磁石および電機子コイルの電磁気相互作用によって生じた回転力を相殺するために重力を使用して作動回転方向を維持するよう構成されたバイアス構造体を含むことができる。実施形態は、圧力容器が回転する場合に、バイアス構造体に働く重力がバイアス構造体および圧力容器の相対的な回転に寄与するよう構成されたバイアス構造体を含むことができる。

実施形態は、圧力容器の外側のハウジングを含むことができる。ハウジングは、圧力容器の外表面の少なくとも一部分に対して周囲の流体を通すように構成されることができる。実施形態は、少なくとも１つの加速された入口流を円筒の圧力容器の一側に生じさせ、かつ圧力容器の他側に、低圧力領域を伴うに少なくとも１つの拡散流領域を生じさせるように構成されたハウジングを含むことができる。

実施形態は、圧力容器の内部に充填した熱伝導性流体を含むことができる。熱伝導性流体は、水素などの高い熱伝導性および低分子重量の流体とすることができる。

実施形態は、少なくとも一時的に移送機構を通じて圧力容器の外部から供給された電流によって電力を与えられるよう構成された電磁石であり、少なくともいくつかの複数の第１磁石を含むことができる。

本発明のさらなる態様によると、方法は、圧力容器およびバイアス構造体を含む発電機を提供するステップと、圧力容器の外側面を流動流体にさらすことにより発電するステップと、を含むことができる。実施形態は、外部電源または内部の始動機構を介して、ここに記載されたように配置された電磁石に初期電流を提供するステップを含むことができる。例えば、バイアス構造体の初期の動作角を確立するために、選択された電磁石に初期電流を提供するステップを用いることができる。実施形態は、バイアス構造体の動作角を保持するために、電磁石に印加された電流を制御するステップを含むことができる。

本主題のさらなる態様、利点、および特徴は、以下の実施形態の詳細な説明を読み、理解することにより当業者に明らかになるだろう。

例示的な図面を参照すると、添付の図面において、同様の要素には、類似の符号が付されている。

本発明の実施形態による例示的な装置の等尺の切断図である。 本発明の実施形態による例示的な装置の断面図である。 本発明の実施形態による例示的な装置の断面図である。 本発明の実施形態による例示的な移送機構を示す。 本発明の実施形態による例示的な移送機構を示す。 本発明の実施形態による例示的な始動機構の等角切断図である。 本発明の実施形態による例示的な装置の断面図である。 本発明の実施形態による例示的な外側ハウジングを示す。 本発明の実施形態による例示的な方法を示す。

以下の詳細な説明は、説明の簡略化および理解のため、例示的な実施形態を参照して提供される。出願人の本発明は、開示される実施形態に限定されず、かつここに示された説明、およびこれにより伝えられた当業者の理解の範囲内にある他の変化形を包含する。

図１は、本発明の態様による例示的な実施形態の切断図を示す。図１において、磁石１０１は、回転可能な円筒の圧力容器１００の内側面１０４に設置される。磁石１０１は、電磁石、永久磁石、または両者の組み合わせとすることができ、かつ内側面１０４の全体部にわたって、またはいくつかの部分に設置されることができる。ここで使用される「円筒の圧力容器」との語句は、外圧および／または外部の流体とは異なる内圧および／または内部の流体を維持することが可能な容器と通常理解されるべきである。この語句は、任意の特定な圧力維持構成またはパラメータに制限されるという意味ではなく、例えば、密封された容器およびそうでなければ容器内部および容器外部の圧力差および／または異なる流体を維持する容器を含むことができる。好ましくは、圧力容器は密封された容器である。同様に、「円筒の」との語句は、広い意味で使用され、中央軸周りに回転可能な３次元形に概して適用されると理解することができる。回転は、流体の流れによって「円筒」の外側面にトルクを加えることによって生じさせることができる。したがって、明らかになるように、圧力容器の外側面は、様々な形をとることができ、例えばトルクをもたらすように、流体の流れに対向する面を提供するために、断面は均一な円形ではない場合がある。例えば、外側面１０５は、外側面１０５を横切る流体の流れと相互作用する、ブレード、羽根、または他の形、凹凸等を含むことができる。

さらに図１を参照すると、圧力容器１００の円周内部に、例示的なバイアス構造体１０３がある。バイアス構造体１０３は、様々な材料から構成されることができ、かつ様々な形をとることができる。バイアス構造体１０３は、圧力容器１００の中心軸１０８から離れた半径上に重力中心１０７を有して示されている。実施形態において、バイアス構造体１０３は、中空とすることができるシャフトを備えることができる。示されるように、バイアス構造体１０３は、圧力容器とは独立に、圧力容器１００内で回転するよう構成されている。図１において、バイアス構造体１０３の回転軸は、圧力容器１００の中心軸１０８に実質的に平行、かつ一致して配置される。しかし、実施形態は、バイアス構造体１０３の回転軸が圧力容器１００の円周内の他の位置にある変化形を含むことができる。

例示的な方法にて図２に示すように、バイアス構造体１０３は、例えば圧力容器１００の内部に位置する軸受けセット２０２に載置されるというようなことを含む様々な手段によって、圧力容器１００に対して吊り下げられることができる。

図１に戻ると、複数の電機子コイル１０２をバイアス構造体１０３に設置することができる。実施形態において、電機子コイル１０２は、バイアス構造体１０３の外側部分に全体的に設置されることができる。電機子コイル１０３および磁石１０１は、圧力容器１００およびバイアス構造体１０３の相対運動が電機子コイル１０２の電流を誘起するように配置され、かつ第１導電体１０６は、電機子コイル１０２に接続されることができる。実施形態において、第１導電体１０６は、バイアス構造体１０３の内部に配置されることができる。

さらに図２を参照すると、例示的な軸受け構造の断面図が示される。上記に示されるように、バイアス構造体１０３は、２つ以上の内側の軸受けセット２０２を使用することにより支持されることができる。これら内側の軸受け２０２は、圧力容器１００の内部に配置されることができる。この軸受け装置により、バイアス構造体１０３は圧力容器１００から独立して回転することができる。軸受けセット２０２がボール、スラスト、またはローラー軸受けを備える場合、軸受け組立体の外側レースは、圧力容器１００に強固に取り付けられる。圧力容器１００は、圧力容器１００の端部に配置された２つ以上の主軸受け２０１によって支持されることができる。したがって、圧力容器１００は、バイアス構造体１０３から独立して回転するように構成されることができる。説明されたような独立した回転を提供する他の軸受け構造を使用することもまた想定される。独立して回転可能な圧力容器１００内で、重力中心がオフセットした独立して回転可能なバイアス構造体１０３を使用することにより、バイアス構造体１０３のシャフトが圧力容器の外側に貫通することなく、電機子および磁石の相対的な回転運動が可能となる。耐久性を向上させ、かつ発電機の整備を減らすことにより、水中の水力発電の発電機において特に有利となる可能性がある。

図３を参照すると、動作中の例示的な発電機の横断面図、および部分的な概略図が示されている。磁石１０１は、電磁石として示され、かつ圧力容器１００の内側面１０４の周囲に設置されて電機子コイル１０２に電流を誘起するのに必要な磁場を提供する。

実施形態において、外部トルク３０５が圧力容器１００に加えられた場合、圧力容器１００がＡの方向へ回転し、かつバイアス構造体１０３が例えば示されるようなぶら下がった状態（dead hang）から実質的に９０°の角度等の位置に保持されるように、発電機を構成することができる。位置は、例えば４５°〜９０°、４５°〜１３５°、６０°〜９０°、６０°〜１２０°、８０°〜９０°、または８０°〜１００°などが許容範囲である。例えば、さらに下記に記述するように、バイアス構造体の回転が、最大トルクベクトルを越えた、つまり、重力トルクがゼロのぶら下がった状態から重力中心が９０°回転した後でさえも、バイアス構造体１０３が、Ｂ方向への回転によって範囲内の許容位置へ戻ることができるように、電磁力３０７を減らすために制御システム３０２を使用することができる。

圧力容器の内側面１０３の周囲に設置された電磁石１０１の動きは、圧力容器１００がＡの方向へ回転する場合に電機子コイル１０２に電流、この場合交流電流を生成するために必要な運動を提供する。回転する圧力容器１００およびバイアス構造体１０３の相対運動は、バイアス構造体１０３の質量中心、例えば、圧力容器円筒軸１０８から半径方向にいくらか離れて位置する質量中心１０７に働く重力３０６によって提供される。実施形態において、重力によって作られるモーメントアームが電磁石１０１および電機子コイル１０２の相対運動によって作られる電磁気の抵抗力３０７にほとんど等しくなる場合に、実質的な定常状態を得ることができる。回転速度等の変動にかかわらず、バイアス構造体１０３を圧力容器１００内の実質的に安定した回転位置にさらに維持するために、必要に応じてコイルに流れる電流を変化させることにより電磁石１０１によって作られる電磁場の強度を調整するように制御システム３０２が構成されることができる。上述のように、これはバイアス構造体１０３を許容回転位置、および／または位置の範囲内に維持するために使用されることができる。

バイアス構造体１０３が電磁気の抵抗力３０７によって実質的に９０°に向けられて配置されている場合、重力３０６によって作られるモーメントアームは、通常一番大きい。したがって、バイアス構造体１０３が９０°近くに向けられる場合、与えられた回転速度に対して最も大きい電流が電磁石１０１に提供され、その結果与えられた回転速度に対して最も大きい誘導電流が流れる。通常、重力は、外部に加えられたトルク３０５から電機子コイル１０２にて生成された電気エネルギーへ電力を移動させる原因となる。図３に示すように、電機子コイル１０２を離れると電流は交互に流れ、ブリッジ整流回路３０１によって直流に変換される。

続けて図３を参照すると、バイアス構造体１０３を通過する選択電磁石３０３が励起される一方で、バイアス構造体１０３から遠ざかる他の電磁石３０４は励起されなくなる。これは、電磁石１０１と、バイアス構造体１０３および／または圧力容器１００の位置を検出するよう構成されたセンサとに接続されたコンピュータシステムを含む制御システム３０２を使用することにより達成されることができる。制御システム３０２は、電磁石１０１への電流を制御するように構成されることができる。これは、バイアス構造体１０３を既に通過した電磁石３０４への電流の流れを止める、バイアス構造体１０３の電機子コイル１０２を通過する電磁石３０３に電流を流す、および／または全ての電磁石３０３または選択された１つに供給する電流の量を調整する、制御システム３０２を含むことができる。このように、電機子コイル１０２の有効な範囲にない電磁石１０１に使用される電流を減らし、圧力容器１００の回転速度の変化を補い、かつ圧力容器１００内部の熱を制御および／または生成を少なくすることにより、発電機はより効果的に電気の生成を行うことができる。

例示的な実施形態において、ブリッジ整流回路３０１は、電機子コイル１０２に生成された交流電流を直流に変換する。第１導電体１０６は、直流をバイアス構造体１０３のシャフトなどのバイアス構造体１０３の中心およびバイアス構造体１０３の端部に運ぶ。第１導電体１０６の端部の２つの例示的な装置は、（１）バイアス構造体１０３の一端部で終わるマイナスに帯電した導体およびバイアス構造体１０３の他端部で終わるプラスに帯電した導体と、（２）バイアス構造体１０３の同じ端部で終わる両方の導体と、を含む。

図４を参照すると、例示的な移送機構の態様が示されている。圧力容器１００の端部の例示的な移送機構４０１は、電機子コイル１０２から流れてくる電流を、第１導体１０６を介して導電体４０２へ移動させる。第１導体１０６は、グラファイトブラシコネクタ等のバイアス構造体の内部コネクタ４２６，４２８に取り付けられることができる。内部コネクタ４２６，４２８は、例えば圧力容器の密封されたハブ内の移動コネクタ４１６，４１８との接触をそれぞれ維持しながら周囲を回転することにより電気的に接続されることができる。移動コネクタ４１６，４１８は、グラファイトブラシコネクタ等の外部コネクタ４０６，４０８との接触を維持しながら例えば回転により電気的に接続されることができる。外部コネクタ４０６，４０８は、圧力容器１００の支持に使用される主軸受けハウジング４０４に取り付けられた導電体４０２に電気的に接続されることができる。そして電流は、導電体４０２によって外部環境へ運ばれることができる。

したがって、示された例において、バイアス構造体は、軸受け２０２と協働して回転し、かつ移動コネクタ４１６，４１８へ電流を移動させる一方、圧力容器は軸受け２０１と協働して回転し、かつ外部コネクタ４０６，４０８へ電流を移動させる。これは、圧力容器１００の外側面を貫通するバイアス構造体１０３のシャフトおよび関連する電機子コイル１０２なしで達成されることができ、それにより圧力容器１００の外部環境からの完全性は著しく向上する。

図５を参照すると、例示的な移送機構の他の態様が示される。図５に示すように、必要に応じて電磁石コイルに電流を流すために、電機子コイル１０２からの電流の一部を電磁石１０１に流す第２導電体５０１を使用することができる。制御システム３０２は、電磁石１０１へ提供する電流の量を調整するために利用されることができる。実施形態はまた少なくともいくつかの電磁石に、第２導電体５０１に類似した導電体を介して、移送機構を通じて圧力容器の外部から運ばれた電流によって、少なくとも部分的におよび／または一時的に電力を与えることができる構成を含むことができる。外部からの供給電流は、内部の電力発生手段が所望の水準の電流を電磁石へ提供するのに不十分である期間に、初期のおよび／または補足の電力を電磁石に提供するといったことに役に立つ。例えば回転圧力容器の方向へ所望の動作角にバイアス構造体を回転させるための電磁石およびバイアス構造体の間の十分な電磁気の引力を提供するために、立ち上げ運転中、選択された電磁石は、外部電力を受け入れる。

図６を参照すると、例示的な始動機構６００の態様が示されている。全周の固定子６０２などの固定子は、バイアス構造体１０３に強固に取り付けられることができ、かつバイアス構造体１０３および電機子コイル１０２組立体と共に回転する。永久磁石６０１は、全周の固定子６０２の外側の範囲に設置されることができる。対応する始動電機子コイル６０３は、永久磁石６０１に対向する圧力容器の内側面１０４に設置されることができる。永久磁石６０１および始動電機子コイル６０３は、２つの間の相対運動が始動電機子コイル６０３に電流を誘起するように配置されることができる。始動電機子コイル６０３は、第３導電体６０４を使用してブリッジ整流回路６０６に電気的に接続されることができ、かつ第４導体６０５を使用して電磁石１０１に電気的に接続される。

運転中に、圧力容器１００を回転させ、かつ始動電機子コイル６０３および永久磁石６０１の相対運動を生成させる外部トルク３０５が圧力容器１００に加えられる場合、交流電流が始動電機子コイル６０３内で作られる。この交流電流は、第３導電体６０４を通じて交流電流を直流に変換するブリッジ整流回路６０６に送られることができる。直流は、第４導電体６０５を通じて電磁石１０１へ流れて磁場を作る。実施形態において、機械がフル電力で運転している場合に、始動機構６００は、電磁石１０１に電力を与えるために十分な電気を生成することができる。始動は、完全停止から回転をつける場合のみに電力を提供することを要求されるため、始動組立体は、圧力容器１００内部において非常に小さい割合しか占めない。

図７を参照すると、例示的な実施形態および関連する熱移送機構についてのさらなる詳細が提供される。図７に示すように、バイアス構造体１０３および電機子コイル１０２の重力３０６は、励起された電磁石３０３および電機子コイル１０２の相互作用によって作られた抵抗性の電磁気力３０７によって相殺され、バイアス構造体１０３は角度θに吊るされる。電磁石３０３は、電機子コイル１０２の有効範囲に近づくと選択的に励磁され、かつ電機子コイル１０２を越えて回転すると励磁されなくなる。バイアス構造体を角度θ、または他の所定の角度範囲に保持するために、電磁石３０３に供給される電流を制御することができる。

全ての発電システムが著しい量の廃熱を生成するため、熱除去機構は、重要な態様である。本発明の実施形態によると、冷却流体が通過することができる圧力容器の壁１０４および１０５には接触面がなく、いくつかの従来の冷却技術の使用を不可能にする場合がある。したがって、実施形態は、固体によって占められておらず、熱伝導性の内部流体７０１によって占められる圧力容器１００内部の空間を含むことができる。内部流体７０１は、発電機による熱を吸収することができ、かつ熱７０２を圧力容器の表面１０４および１０５へ移動させ、そこで熱は外部環境へ伝わり、かつ放射され、圧力容器１００を囲む周囲の流体７０３によって運び去られる。本実施形態における内部流体７０１は、水素などの高い熱伝導性および低い分子重量を有する。バイアス構造体１０３および電磁石１０１の間の空間内のせん断により引き起こされるポンプ作用により流体を循環させることができる。

図８を参照すると、実施形態による例示的な外側ハウジングが示されている。図８において、圧力容器１００および例示的な外側ハウジング８０３の横断面図が示されている。実施形態において、外側ハウジング８０３は、圧力容器の外側面１０５の一部分に対して周囲の流体７０３を流すように構成されることができる。例えば、外側ハウジング８０３は、上部８０４、下部８０５、および後部８０６を含むことができる。上部８０４および下部８０５は、圧力容器１００から離れて部分的に延在し、図８に示すように周囲の流体の流れ方向８０７に対向する方向に入口８１０を形成する誘導部を有する。外側面１０５の形状に応じて、上部８０４および圧力容器１００は、外部流体７０３が外側面１０５に作用し、かつ外側ハウジング８０３を通る流れを生じさせるように、適切な距離だけ離すことができる。実施形態において、外側面１０５は、活性領域８２０にある場合に海流８０７によって押されるように構成されたブレードを含むことができる。外側ハウジング８０３は、入口８１０が流れを不活性領域８３０から離れたハウジングに向かわせるように構成されることができ、それにより圧力容器１００の有効な回転、例えば図８において反時計回り、に対する抵抗を減少させる。下部８０５は、表面に接触することなく部分的に上部８０４に向かって延在することができる。この形状は、加速された入口の流れ８０１を強めることに使用されることができる。

後部８０６は、圧力容器１００の下流側に配置されることができ、かつ圧力容器から流体の流れ８０７方向に離れて延在する。後部８０６は、上部８０４および下部８０５の後縁と共に少なくとも１つの排出部を形成するように構成されることができる。図８に示すように、流れ方向に広がる断面を有する排出チャネル８０２を形成することができる。このような排出チャネル８０２は、低い圧力領域Ｐ_ｄ１およびＰ_ｄ２に関連した拡散流領域を提供することができる。外側ハウジング８０３の断面の形状は、また羽根形状の外形を表し、羽根形状の後縁領域に位置する排出チャネル８０２の出口を有する。したがって、これらの領域の外部流体の流速が増すことにより、減少した圧力領域Ｐ_Ｓ１およびＰ_Ｓ２が、排出チャネル８０２の出口領域に形成される。単体または組み合わせて使用される、排出チャネルおよび断面形状の記載された構成は、外側ハウジングを通る流れの強化、特に圧力容器１００の活性領域８２０に対する有効な流れの強化に対して使用することができ、流体の流れ内での運転の際に発電機の効率が向上する。

本発明の態様によると、方法は、図１に示し、上述したような発電機を提供するステップと、圧力容器の外側面をダム、川、または外洋海流などの様々な源により提供された流動流体にさらすことにより電力を生成するステップと、を含むことができる。

図９に示すように、例示的な方法は、発電機の配置などのステップのＳ９０００から始まり、かつ他の準備がなされる。一旦、外洋海流の深みなどに発電機が配置されると、方法はＳ９１００に進む。Ｓ９１００の間、発電機の外部圧力容器は、外側面を横切る流体の流れに相互作用するブレード、羽根、または他の形、凸凹等により圧力容器に加えられたトルクに基づいて回転することができる。方法は、Ｓ９２００に継続される。Ｓ９２００の間、発電機のバイアス構造体は、バイアス構造体の回転により動作角に配置されることができる。例えば、電磁石が圧力容器の内側面に使用される場合、回転する圧力容器および吊るされたバイアス構造体の間に電磁気の引力を生じさせるために、電流が電磁石に供給される。バイアス構造体が圧力容器の回転方向に回転すると、バイアス構造体への重力によりバイアス構造体に作用する反モーメントが増加する。したがって、バイアス構造体は、重力反モーメントが電磁石によって加えられる回転力に達する場合の動作角で実質的に安定する。ここに記載されたように、初期電流は外部電源および／または内部の始動機構を介して電磁石へ供給される。方法は、Ｓ９３００に継続される。

Ｓ９３００において、バイアス構造体の角度を調整することができる。このような調整は、圧力容器の回転速度および／またはバイアス構造体の検知された角度などのパラメータを監視し、かつ回転速度および／または動作角などの所定の、または所望のパラメータと比較することにより例えばリアルタイムに、自動的に制御されることができる。例示的な方法は、ぶら下がった位置から例えば８０°〜１００°、４５°〜９０°等の所定の、または所望の動作角または範囲にバイアス構造体を修正および／または保持するために、選択された電磁石に加えられる電流を自動制御するステップを含むことができる。このような特徴は、バイアス構造体に加えられる正味のトルクを変化させる可能性のある圧力容器の回転速度等の変化などの要因に対処する上で有利なことがある。前述のステップ中に、圧力容器がバイアス構造体に対して回転し、電気が生成される。方法は、方法が終了するＳ９４００に継続される。

例示的な実施形態を参照して本発明は説明されたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形がなされ、かつこれらの要素に等価なものが代用されることが可能であることが当業者には理解されるだろう。さらに、本質的な範囲を逸脱することなく特定の環境または材料に適合させるために、本発明の内容に対して多くの改良をなすことが可能である。したがって本発明は、本発明を実行するために検討された最良または唯一のモードとして開示された特定の実施形態に制限されず、本発明は、添付の特許請求の範囲内の全ての実施形態を含むことを意図している。また図面および説明において、本発明の例示的な実施形態が開示され、特定の語句が用いられているが、特に明記しない限り、制限するためではなく一般的および説明的な意味のみに使用され、したがって本発明の範囲は、そのように制限されない。さらに第１、第２等の語句の使用は、順番または重要度を意味せず、むしろ１つの要素を他の要素と区別するために第１、第２等は使用される。さらに、冠詞の使用は、量を制限する意味はなく、むしろ参照された項目が少なくとも１つ存在するという意味である。

１００ 圧力容器
１０１ 磁石
１０２ 電機子コイル
１０３ バイアス構造体
１０４ 内側面
１０５ 外側面
１０６ 第１導電体
１０７ 質量中心
１０８ 中心軸
２０２ 軸受け
３０１ ブリッジ整流回路
３０２ 制御システム
３０３ 電磁石
３０５ 外部トルク
３０６ 重力
３０７ 抵抗力
４０１ 移送機構
４０２ 導電体
４０６，４０８ 外部コネクタ
４１６，４１８ 移動コネクタ
４２６，４２８ 内部コネクタ
６００ 始動機構
６０１ 永久磁石
６０２ 固定子
６０３ 始動電機子コイル
６０４ 第３導電体
６０５ 第４導体
６０６ ブリッジ整流回路
８０２ 排出チャネル
８０３ 外側ハウジング
８０４ 上部
８０５ 下部
８０６ 後部
８１０ 入口

Claims (19)

1. 回転可能な円筒の圧力容器であって、内側面および外側面を有する圧力容器と、
   前記圧力容器の前記内側面に設置された複数の電磁石と、
   前記圧力容器とは独立に、前記圧力容器内で回転するよう構成され、かつ前記圧力容器の長手方向に少なくとも部分的に沿って延在するバイアス構造体であって、前記圧力容器の中心軸に実質的に平行かつ一致した回転軸と、前記圧力容器の前記中心軸から離れた半径上に前記バイアス構造体の重力中心とを有するバイアス構造体と、
   前記バイアス構造体の外側部分に設置された複数の電機子コイルであって、前記電磁石に電流が印加されると、前記電磁石および前記複数の電機子コイルの相対運動が、前記電機子コイルの電流を誘起するように配置された複数の電機子コイルと、
   前記電機子コイルに接続された第１導電体から前記圧力容器の外部へ電流を移動させるよう構成された移送機構と、
   を備える発電機。
2. 回転可能な圧力容器であって、内側面および外側面を有する圧力容器と、
   前記圧力容器の前記内側面に設置された複数の第１磁石と、
   前記圧力容器の長手方向に少なくとも部分的に沿って延在するバイアス構造体であって、前記圧力容器の円周内部に回転軸を有し、前記バイアス構造体の重力中心は前記圧力容器の中心軸から離れた半径上にある、バイアス構造体と、
   前記バイアス構造体に設置され、かつ前記第１磁石および前記複数の電機子コイルの相対運動が前記電機子コイルの電流を誘起するように配置された複数の電機子コイルと、
   を備える発電機。
3. 前記バイアス構造体の前記回転軸が実質的に前記圧力容器の前記中心軸と一致するよう配置された、請求項２に記載の発電機。
4. 前記バイアス構造体が前記圧力容器から独立して回転するよう構成された回転可能なシャフトをさらに備え、前記シャフトは、前記圧力容器の前記中心軸に平行かつ一致している、請求項２に記載の発電機。
5. 前記第１磁石は、電磁石であり、かつ前記第１磁石に電流が印加されると、前記第１磁石および前記複数の電機子コイルの前記相対運動が前記電機子コイルの電流を誘起する、請求項２に記載の発電機。
6. 前記圧力容器が前記内側面および前記外側面を貫通し、これを通じて機械的なエネルギーが送られる開口部を有しない、請求項２に記載の発電機。
7. 前記第１磁石が電磁石であり、前記発電機は、
   前記第１磁石に接続された制御システムであって、前記圧力容器の回転中に選択的に前記第１磁石に電流を印加するよう構成された制御システム
   をさらに備える請求項２に記載の発電機。
8. 前記制御システムは、
   前記選択された第１磁石が前記電機子コイルに対して有効範囲外にある場合、および
   前記バイアス構造体に対する前記選択された第１磁石の位置、
   の少なくとも一方に基づいて、前記複数の第１磁石の選択された第１磁石への電流の供給を止めるよう構成された、請求項７に記載の発電機。
9. 前記シャフトが、中空内部と、前記シャフトの前記中空内部に位置する第１導電体とを有し、前記第１導電体は前記電機子コイルに接続されている、請求項４に記載の発電機。
10. 前記電機子コイルに接続された第１導電体から前記圧力容器の外部へ電流を移動させるよう構成された移送機構をさらに備える、請求項２に記載の発電機。
11. 前記移送機構および前記第１磁石のコイルの間の電気回路を完成させる第２導電体をさらに備える、請求項１０に記載の発電機。
12. 前記圧力容器の内部に充填された熱伝導性流体をさらに備える、請求項２に記載の発電機。
13. 前記第１磁石が電磁石であり、前記発電機は、
    ローター周囲に設置された永久磁石を有するローターと、
    前記永久磁石に対向して設置された始動電機子コイルと、
    前記始動電機子コイルおよび前記第１磁石の間の電気回路を完成させる第３導電体と、
    を備える始動機構をさらに備え、
    前記永久磁石および前記始動電機子コイルは、前記永久磁石および前記始動電機子コイルの相対的な回転が、前記始動電機子コイルの電流を生成するような距離に互いに対向して配置されている、請求項２に記載の発電機。
14. 前記始動電機子コイルおよび前記第１磁石の間の前記電気回路が、前記始動電機子コイルおよび前記第１磁石の間に整流器を備えている請求項１３に記載の発電機。
15. 前記バイアス構造体は、前記第１磁石および前記電機子コイルの間の電磁気相互作用によって作られる回転力を相殺するために、重力を使用して作動回転方向を維持するよう構成されている請求項２に記載の発電機。
16. 前記バイアス構造体は、前記圧力容器が回転する場合に前記バイアス構造体に働く重力が前記バイアス構造体および前記圧力容器の相対的な回転に寄与するよう構成されている、請求項２に記載の発電機。
17. 少なくともいくつかの前記複数の第１磁石は電磁石であり、かつ移送機構を通じて前記圧力容器の外部から供給される電流によって少なくとも一時的に電力を与えられるよう構成されている、請求項２に記載の発電機。
18. 加圧された回転可能な圧力容器と、前記圧力容器内にあり、かつ前記圧力容器の長手方向に少なくとも部分的に沿って延在するバイアス構造体と、を含む発電機による発電方法であって、該方法は、
    前記発電機を水中に少なくとも部分的に沈めるステップと、
    前記圧力容器を前記バイアス構造体に対して回転させるステップと、
    前記圧力容器内に設置された電磁石に電流を提供するステップと、
    前記電流を調整することにより前記バイアス構造体の動作角を制御するステップと、
    を備える、方法。
19. 前記圧力容器内に設置された電磁石に電流を提供する前記ステップが、外部電源から前記圧力容器へ少なくとも部分的に初期電流を提供するステップと、内部電源から前記圧力容器へ少なくとも部分的に動作電流を提供するステップとを含む、請求項１８に記載の方法。