JP2019510920A - 発電機 - Google Patents
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Abstract
Description
化石燃料の燃焼または核エネルギーに基づくものなど再生不能エネルギーには欠点があるために、太陽熱発電および風力などのいわゆる再生可能エネルギーの開発に多大な労力がなされてきた。
本発明の第1の態様は、長尺形状を有し、第1の端部と第2の端部とを有する第1の部分を備える発電機に関する。たとえば、第1の部分は、標柱、柱、またはポール状に形成され得る。第1の端部は、第1の端部に対応して、すなわち、第1の端部が基部に向けてまたはこれに対向するように向けられ第2の端部が基部よりさらに離れた状態で、基部に取付けられるために配置されている。しかしながら、第1の端部は必ずしも基部に取付けられているわけではなく、多くの実施形態では、第1の端部は実質的に基部と間隔を置いて配置されている。
本発明の他の態様は、発電機を風速に同調させるための方法に関する。本方法は、流体、たとえば大気中に位置するように構成された標柱、柱、またはポールの形状の第1の部分を備える発電機に応用可能であるが、水中など他の可能性もある。流体は、通常風である実質的に静止した層流を有し得る。たとえばEP−2602483−A1またはWO−2014/135551−A1に記載されているように、第1の部分は、流体が移動すると、第1の部分上に第1の部分の振動運動を生成する揚力が発生する態様で第1の部分が流体に渦を発生させるように構成されている。発電機はまた、たとえば特定の高さまで第1の部分の長手方向軸と平行に第1の部分内で少なくとも部分的に延在する第2の部分を備える。
図1は、本発明の1つの考えられる実施形態に係る発電機を概略的に示す図である。発電機は、第1の端部11(図1Aに示すように配置された場合、第1の部分の底部)と第2の端部12(図1Aに示すように配置された場合、第1の部分の上部)とを有する、垂直に配置されたポール(すなわち、垂直に配置された長手方向軸2000を有する)の形状の第1の部分1を備える。第1の部分は円形断面を有し、この断面は、発電機を風の方向と独立して同じように動作させるという点でしばしば利点がある。第1の部分1は、第1の端部11、すなわち、基部に向けられた第1の端部に対応して基部1000に取付けられている。より詳細に、第1の部分1は、基部に挿入された弾性ロッド5を介して基部1000に取付けられている。「弾性」という用語は、比較的剛性のロッドを使用する可能性を除外するわけではなく、単に、基部に対する第1の部分1の振動運動、すなわち、第1の部分がまず一方の側に傾斜して次に他方の側に傾斜する振動運動などを可能にするために横方向に屈曲/傾斜する能力を十分に有しているべきであるということを示唆する。本実施形態において、基部は第2の部分2の底部を含む。第2の部分2は、地面、建物または他の任意の好適な支持部に好適な態様で固定し得る。
振動しているポールが曲げゼロの中立位置を通過するときの運動エネルギーは、双方の場合において、その質量およびその速度の二乗に左右される。変位が最大になる場合、蓄えられた位置エネルギーについてはそれほどでもない。図4Aに示す場合、位置エネルギーは唯一の弾性位置エネルギーであり、図4Bに示す場合、位置エネルギーは弾性特質および磁性特質の双方を有するが、磁性の起点の位置エネルギーは変位の二乗ではなく三乗とともに増加するという点で相違する。図6に示すように、大きな変位に関する減衰単調和運動(I)と比較すると、磁気反発による運動(II)の軌道は振動の振動数の増加を伴なうという問題がある。ほぼ全ての位置エネルギーが弾性ロッドによって蓄積される、変位が小さい状態では(グラフの右側)、双方の軌道はきわめて類似した大きさの期間を有する。
Claims (20)
- 発電機であって、
長尺形状を有し、第1の端部(11)と第2の端部(12)とを有する第1の部分(1)を備え、前記第1の部分は前記第1の端部(11)に対応して基部(1000)に取付けられるために配置されており、前記第1の部分は、流体内に位置するように構成され、前記流体が移動すると前記第1の部分(1)の振動運動を生成する揚力が前記第1の部分(1)に発生するように、前記第1の部分が前記流体に渦を生じるように構成されており、
前記発電機はさらに、前記第1の部分の前記振動運動を電気エネルギーに変換するためのサブシステム(3)を備え、
前記サブシステム(3)は、前記第1の部分(1)内に少なくとも部分的に収容されていることを特徴とする、発電機。 - 前記サブシステム(3)は前記第1の部分(1)内に完全に収容されている、請求項1に記載の発電機。
- 前記第2の端部(2)は前記第1の端部の上方で距離Hの位置にあり、前記サブシステム(3)は前記第1の端部の上方で0.05Hより大きな距離、好ましくは前記第1の端部の上方で0.1Hより大きな距離、さらに好ましくは、前記第1の端部の上方で0.3Hより大きなまたは0.4Hより大きな距離などの、0.2Hより大きな距離の位置にあり、必要に応じて、前記第2の端部の下方で0.2Hより大きなまたは距離0.3Hより大きな距離などの、前記第2の端部の下方より少なくとも0.1Hの距離の位置にある、請求項1または2に記載の発電機。
- 前記端部から軸方向に延在する第2の部分(2)をさらに備え、前記サブシステム(3)は少なくとも1つの第1のサブシステム要素および少なくとも1つの第2のサブシステム要素(32)を含み、前記第1のサブシステム要素(31)および前記第2のサブシステム要素(32)は、前記第1のサブシステム要素(31)の前記第2のサブシステム(32)に対する運動によって電力を生成するために配置されており、前記第1のサブシステム要素(31)は前記第1の部分(1)に取付けられ前記第2のサブシステム要素(32)は前記第2の部分(2)に取付けられて、前記第1の部分(1)の前記振動運動によって前記第1のサブシステム要素(31)の前記第2のサブシステム要素(32)に対する振動運動を生成する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発電機。
- 前記第1のサブシステム要素(31)と前記第2のサブシステム要素(32)とのうちの少なくとも一方は少なくとも1つの磁石(311、312)を含み、前記第1のサブシステム要素(31)と前記第2のサブシステム要素(32)とのうちの少なくとも他方は少なくとも1つのコイル(321、322、323)を含み、前記少なくとも1つのコイルは、前記少なくとも1つの磁石と前記少なくとも1つのコイルとの間の相対変位によって、前記第1のサブシステム要素(31)の前記第2のサブシステム要素(32)に対する前記振動運動によって前記少なくとも1つのコイルに起電力が生成されるように配置されている、請求項4に記載の発電機。
- 前記少なくとも1つのコイルは、共通の平面に配置され前記第2の部分の軸を取り囲む2つのコイル(321、322)を含み、前記コイルのうちの一方(321)は前記コイルのうちの他方(322)の外側に位置し、前記2つのコイルは、電流が時計回り方向に前記コイルのうちの一方を循環すると電流が前記コイルのうちの他方を通って反時計回り方向に流れるように、および逆の場合も同様になるように直列に接続されている、請求項5に記載の発電機。
- 前記サブシステムは、前記第1の部分(1)の長手方向軸(2000)に垂直な平面に配置された少なくとも1つの環状磁石または少なくとも1つの環状コイル(323)を含み、前記環状磁石または前記環状コイルは前記長手方向軸に対して非対称的に位置決めされている、前記請求項のいずれか1項に記載の発電機。
- 発電機であって、
第1の端部(11)および第2の端部(12)を有する第1の部分(1)を備え、前記第1の部分は、流体内に位置するように構成され、前記流体が移動すると前記第1の部分(1)の振動運動を生成する揚力が前記第1の部分(1)に発生するように、前記第1の部分が前記流体に渦を生じるように構成されており、前記振動運動は振幅を有し、
前記発電機はさらに、前記第1の部分(1)内で少なくとも部分的に配置された第2の部分(2)を備え、
前記発電機は、前記第1の部分(1)と前記第2の部分(2)との間に磁気反発力を生成する磁場を発生させる手段(41、311;42、312)を備え、前記磁気反発力は、前記第1の部分(1)の前記振動運動とともに変動し、前記第1の部分(1)の前記振動運動の前記振幅が増加すると増加する最大値を有する、発電機。 - 前記磁場を生成する手段は、前記第1の部分(1)と関連付けられた少なくとも1つの第1の磁石(311、312)と前記第2の部分(2)と関連付けられた少なくとも1つの第2の磁石(41、42)とを含み、
前記少なくとも1つの第1の磁石(311、312)および前記少なくとも1つの第2の磁石(41、42)は、互いに反発し合うような態様で、および、前記第1の部分が振動運動を行なうと前記少なくとも1つの第1の磁石(311、312)と前記少なくとも1つの第2の磁石(41、42)との間の距離が前記振動運動に従って変動するような態様で配置されている、請求項8に記載の発電機。 - 前記少なくとも1つの第1の磁石は少なくとも2つの正反対の部分を含み、前記少なくとも1つの第2の磁石は、前記少なくとも1つの第1の磁石の少なくとも2つの正反対の部分に対向する少なくとも2つの正反対の部分を含み、前記少なくとも1つの第1の磁石および/または前記少なくとも1つの第2の磁石は少なくとも1つのリングとして任意に構成されている、請求項9に記載の発電機。
- 前記第1の部分(1)は、前記振動運動の前記振幅が少なくとも速度の特定の範囲内で前記流体の速度とともに増加するように配置されており、前記少なくとも1つの第1の磁石と前記少なくとも1つの第2の磁石との間の前記反発力は前記第1の磁石と前記第2の磁石との間の距離の二乗に反比例し、前記流体の速度が増加すると、前記振動運動の前記振幅は増加する傾向にあり、それによって、前記磁石は各振動周期のうちの最も接近する部分の間により接近し、各振動周期において前記少なくとも1つの第1の磁石と前記少なくとも1つの第2の磁石との間で生成される最大反発力はそれに応じて増加し、前記反発力の増加によって前記第1の部分の共振振動数が増加し、前記発電機の構造が、前記流体の速度が増加すると前記第1の部分の前記共振振動数の自動的な増加に寄与する、および逆の場合も同様である、請求項9または10に記載の発電機。
- 前記第2の端部(2)は前記第1の端部(11)の上方で距離Hの位置にあり、前記磁場を生成する手段(41、311;42、312)は、前記第1の端部の上方で0.05Hより大きな距離、好ましくは前記第1の端部の上方で0.1Hより大きな距離、さらに好ましくは、前記第1の端部の上方で0.3Hより大きな距離などの0.2Hより大きな距離、必要に応じて、前記第2の端部の下方で0.2Hより大きなまたは0.3Hより大きな距離などの前記第2の端部(12)の下方で少なくとも0.1Hの距離の位置にある、請求項8〜11のいずれか1項に記載の発電機。
- 前記第1の部分は、前記第1の部分の前記振動運動によって繰り返し変形または変位されるように配置された取付け要素(5)を介して前記基部に取付けられており、前記取付け要素(5)は前記第1の部分内へと延在しており、前記第2の部分(5)は前記第1の部分内へと延在しており、前記第2の部分(2)は前記第1の部分(1)内で少なくとも部分的に前記取付け要素(5)を取り囲む、請求項4〜6または8〜12のいずれか1項に記載の発電機。
- 前記第1の部分は、前記基部(1000)から前記第1の部分(1)内に延在するロッド部材(5)を介して前記基部に取付けられており、前記第2の部分(2)は、前記ロッド部材(5)を軸方向に越えた位置まで前記第1の部分(1)内へと延在する、請求項4〜6または8〜12のいずれか1項に記載の発電機。
- 発電機であって、
長尺形状を有し、第1の端部(11)と第2の端部(12)とを有する第1の部分(1)を備え、前記第1の部分は前記第1の端部(11)に対応して基部(1000)に取付けられるために配置されており、前記第1の部分は流体内に位置するように構成され、前記流体が移動すると前記第1の部分(1)の振動運動を生成する揚力が前記第1の部分(1)に発生するように、前記第1の部分が前記流体に渦を生じるように構成されており、
前記発電機はさらに、前記第1の部分の前記振動運動を電気エネルギーに変換するためのサブシステム(3)を備え、
前記第1の部分は前記第1の端部と前記第2の端部との間の高さ(H)を有し、
前記第1の部分は直径を有する実質的に円形の断面を有し、
前記直径は前記第1の端部から前記第2の端部に向かって、前記第1の端部から前記第2の端部に向かう前記第1の端部の前記高さの少なくとも70%、好ましくは少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%に沿って増加し、
前記第1の端部よりも前記第2の端部に近い位置から、前記第1の部分の前記直径は前記第1の端部から前記第2の端部への方向に減少し始め、前記第1の部分の長手方向の断面は、前記位置において外側に向かう凸部(121)を特徴として有し、前記凸部の後に前記凸部と前記第2の端部(12)との間の凹部(122)が続くことを特徴とする、発電機。 - 前記第1の部分(1)と前記第2の部分(2)との間に磁気反発力を生成する磁場を生成する手段の一部を形成する少なくとも1つの磁石(311、312)は、前記第1の部分の前記振動運動を電気エネルギーに変換するための前記サブシステム(3)の一部も形成する、請求項1〜7のいずれか1項に記載のおよび請求項8〜12のいずれか1項に記載の発電機。
- 前記第1の部分(1)は、前記第1の端部(11)と前記第2の端部(12)との間の前記第1の部分の少なくとも主要部分に沿って、前記第1の端部と前記第2の端部との間の前記第1の部分の好ましくは少なくとも60%に沿って、より好ましくは少なくとも70%に沿って、さらに好ましくは少なくとも80%に沿って、前記第1の端部(11)からの距離とともに増加する直径を有する、前記請求項のいずれか1項に記載の発電機。
- 前記第1の部分(1)は前記第1の端部(11)と前記第2の端部(12)との間で前記第1の部分(1)に沿って変動する直径を有し、前記直径の最大値は前記第1の端部と前記第2の端部との間の距離の20%以下である、前記請求項のいずれか1項に記載の発電機。
- 発電機を風速と同調させるための方法であって、前記発電機は、
第1の部分(1)を含み、前記第1の部分(1)は、流体内に位置するように構成され、前記流体が移動すると前記第1の部分(1)の振動運動を生成する揚力が前記第1の部分(1)に発生するように、前記第1の部分が前記流体に渦を生じるように構成されており、
前記発電機はさらに、前記第1の部分内で少なくとも部分的に延在する第2の部分(2)を含み、
前記方法は、前記少なくとも1つの第1の磁石(311、312)および前記少なくとも1つの第2の磁石(41、42)が互いに反発するように、前記第1の部分の上に少なくとも1つの第1の磁石(311、312)を、前記第2の部分(2)の上に少なくとも1つの第2の磁石(41、42)を配置するステップを備える、方法。 - 発電機における複数の磁石の使用であって、前記発電機は第1の部分(1)と第2の部分(2)とを備え、前記第1の部分(1)は流体内に位置するように構成され、前記流体が移動すると前記第1の部分(1)の振動運動を生成する揚力が前記第1の部分(1)に生じるように、前記第1の部分が前記流体に渦を発生させるように構成されており、前記第2の部分(2)は前記第1の部分内で少なくとも部分的に延在しており、
前記第1の部分(1)の固有振動数を風速に自動的に適合させるための、使用。
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