JP6726740B2 - 水力発電エネルギーシステム - Google Patents

Description

〈関連出願の相互参照〉
本出願は、２０１５年１０月２２日出願の、「Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国特許仮出願第６２／２４４，８４６号の優先権を主張するものであり、これらの内容全体は、参照により本明細書に組み入れられる。

本開示は、一般に水力発電エネルギーシステム、水力発電タービン、及び関連構成要素及び方法に関する。

本明細書で使用する見出しは、構成のためのものに過ぎず、いかなる点においても説明する主題を制限するものと解釈されるべきではない。

水力発電エネルギーシステムは、移動する水域（例えば、川又は海流）又は他の流体源の流れから電気を生成するために水力発電タービンを使用することができる。例えば、潮力は、潮流により引き起こされる水の動き、すなわち潮による海面の上がり下がりを利用する。海が上がった後に下がると、流動つまり流れが生成される。例えば、川の一方向の流動も、電気を生成するために使用することができる流れを作り出す。さらに、例えばダムにより作り出された、差圧という形態も、水流エネルギーを他の有用なエネルギーへ変換可能な十分な水流や流速を作り出すことができる。

流体（例えば水）の流れの自然な動きに依る水力は、再生可能なエネルギー源に分類される。しかし、風及び太陽熱発電など、他の再生可能なエネルギー源とは異なり、水力は確実に予測可能である。水流は、この先何年も、きれいで、確実かつ予測可能な再生可能な電力源であり、その結果、既存のエネルギーグリッドとの統合が容易となる。更に、水（例えば、海水を含む）の基本的な物理的特性、即ち、その密度（空気の密度の８３２倍となりうる）及び非圧縮性のため、この媒質は、再生可能エネルギーを生成する他の再生可能なエネルギー源と比較して独自の「超高エネルギー密度」という可能性を保有する。この可能性は、世界中のたくさんの沿岸地域及び／又は使用可能な地域に存在する水の容積及び流量を要素として考えると、さらに増大される。

したがって、水力は、無公害の電気、水素製造、及び／又は他の有用なエネルギー形態を、効率的、長期的に供給することができ、石油、天然ガス、及び石炭への現在の世界の依存を低減する一助になり得る。化石燃料資源の消費を低減することは、世界の大気への温室効果ガスの放出を減少させる、次の一助となり得る。

水力発電タービンを用いた発電（流体の流れのエネルギーを変換する）は、一般的に知られている。そのようなタービンの例が、例えば、「Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」という名称の米国特許出願公開第２０１２／０２１１９９０号（特許文献１）で説明されている。この開示は、全体が参照により本明細書に組み入れられる。そのようなタービンは、水中で風車のような働きをすることができ、かつ、コスト及び生態学上の影響が比較的低い。様々な水力発電タービンにおいて、例えば、流体の流れは、軸の周りで回転するブレードと相互作用し、その回転は、それにより電気又は他のエネルギーの形態を生成するために利用される。

米国特許出願公開第２０１２／０２１１９９０号明細書

しかしながら、水力発電エネルギーシステムは、流体の流動（例えば、間欠的かつ乱流であることが多い移動する流れ）に伴う比較的強力な力の相互作用から生じるタービンの様々な構成部品に掛かる応力及び／又は歪みに関する様々な課題を提起する可能性がある。更に、設置場所でのそのような複雑なタービンを組み立てることに伴う課題も生じ得る。

したがって、相互作用する流体の流動に伴う強力な力、間欠的な力、乱流の力に耐えることができる堅牢な構成を有する水力発電スシテムを提供することが望まれる。また、多くの場合、設置場所は比較的遠かったり、通常の大型貨物輸送ではアクセスが困難だったりし、このような設置場所へ製造プラントから組立体を輸送するための費用を低減するために、システム設置場所において効果的に組み立て可能となるように設計された水力発電エネルギースシテムを提供することが望まれる。さらに、長期の信頼性、製造容易性を改善し、水中環境での動作に伴う問題を対処するために、水力発電エネルギーシステムの更なる改善が必要である。

本開示は、上述の問題の１つ又は２つ以上を解決し、及び／又は、上述の望ましい特徴の１つ又は２つ以上を達成する。他の特徴及び／又は利点が、以下の説明から明らかになるであろう。

本開示の様々な例示的な実施形態によれば、水力発電エネルギーシステムは、第１の複数の発電要素を備えるステータを含む。このシステムはまた、第２の複数の発電要素を備えるロータを含む。ロータは、ステータの外周面の外側に半径方向に配置され、かつ、回転軸周りにステータ周りに回転するように構成され得る。ロータは、ステータの軸長部分に沿って、延在し、厚みが変化する可撓性ベルト構造体であり得る。このシステムは、さらに、ステータ周りのロータの回転中にロータをステータに対して支持するように構成された少なくとも一つの流体軸受機構を更に含み得る。少なくとも一つの流体軸受機構は、木又は複合材料からなる軸受面を持つことができる。

本開示の様々な別な例示的な実施形態によれば、水力発電エネルギーシステムは第１の複数の発電要素を備えるステータを含む。このシステムはまた、第２の複数の発電要素を備えるロータを含む。ロータは、ステータの外周面の外側に半径方向に配置され、かつ、回転軸周りにステータ周りに回転するように構成され得る。ロータは、ロータの軸方向において径方向の厚みが変化する可撓性ベルト構造体であり得る。このシステムは、さらに、ロータに対し半径方向内側に延在する少なくとも一つのブレード部と、ロータに対し半径方向外側に延在する少なくとも一つのブレード部とを含む。少なくとも一つの半径方向外側に延在するブレード部は、基部から半径方向に延在し、基部はロータの軸方向に沿って延在し、その表面に固定されている。

本開示の様々な別な例示的な実施形態によれば、水力発電エネルギーシステムの製造方法は、コンクリート製ステータを組み立てることを含む。この方法はまた、組み立てたステータの半径方向外周面の周囲に、ロータを形成する複数の複合体アークを摺動（スライド）させることを含み、複合体アークの摺動では、ステータ上の複数の歯の上でアークを摺動させる。この方法は、さらには歯をコンクリート製ステータにボルト付けすることを含む。

更なる目的及び利点は、一部を以下の説明において述べるが、一部は説明から明らかになるか、本願が教示するものを実施することにより習得され得る。本開示の目的及び利点の少なくとも一部は、添付の特許請求の範囲で特に指摘した要素及び組み合わせによって実現され、達成され得る。

前述の概要も以下の詳細な説明も、例示的なものであってかつ説明のためのみになされるものであり、均等物を含む、本開示及び請求項を制限するものではない。本開示及び請求項は、最も広義の意味において、これらの例示的な態様及び実施形態の１つ又は２つ以上の特徴を有することなく実施することが可能である。

本明細書内に組み込まれて本明細書の一部を成す添付図面は、本開示の一部の例示的な実施形態を例示し、かつ、説明とともに、特定の原理を説明する役目をする。

本開示に従った水力発電エネルギーシステムの例示的実施形態の断面図であり、断面の上半分と下半分とを示す。 図１の水力発電エネルギーシステムの断面の下半分を示す。 図１の水力発電エネルギーシステムの発電要素の例示的実施形態の拡大した詳細図を示す。 図１の水力発電エネルギーシステムから電気を送るためのケーブルを収納する導管の例示的実施形態の拡大した詳細図を示す。 図１の水力発電エネルギーシステムの断面の下半分を示す。 図１の水力発電エネルギーシステムのステータリング組立体の例示的実施形態の拡大した詳細図を示す。 図１の水力発電エネルギーシステムの断面の下半分を示す。 図１の水力発電エネルギーシステムの流体軸受の例示的実施形態の拡大した詳細図を示す。

本開示の１ないし複数の例示的実施形態によれば、ロータに埋め込まれた磁石を使用することによって流体の流れのエネルギーを直接電気に変換することができる。ここでロータは、内側リム及び少なくとも１つの水中翼ブレードを含む。ロータは、ステータの外側表面の周りを回転するように支持されている。ステータには、巻線が巻回されたコアが埋め込まれていてもよい。流体の流れが、少なくとも一つのブレードに作用することによって、ロータの回転を引き起こし、次いでロータの磁石がステータの巻線を越えて移動する動きを引き起こし、コア内に電気を発生させる。

ロータは、例えば、ステータの半径方向外側に据付られた可撓性（フレキシブル）のベルトとして構成される。種々の例示的実施形態によれば、ロータはステータの軸長部分に沿って延在し、厚みが変化するものとすることができる。例えば、各実施形態において、ロータは弓形の外面断面形状を有し、ロータを越える流体の流れにおける非生産的な抗力を最小にする。

ここで使用する用語「可撓性（フレキシブル）」は、ロータベルトが破損することなく屈曲可能であることを意味する。このように、本開示の種々の例示的実施形態によれば、ロータは、破損せずに円筒ベルト状構造体の形状を取ることができる屈曲量を持つものとみなすことができる。

ロータとステータとの間には、流体軸受のセットが配置され固定され、これによりロータの回転中にこれら構成要素を分離し、且つ、流体の流れによって、ステータとの配列が軸方向に外れるような力がロータにかかったり、ロータがステータから外れたりするのを防止する。本開示の種々の例示的実施形態によれば、一つ又はそれ以上の流体軸受のセットは、木又は木製複合体からなる軸受面を持つことができる。

＜水力発電エネルギーシステムの構成＞
図１を参照して、本開示による水力発電エネルギーシステム100の一実施形態を示す。
水力発電エネルギーシステム100は、ステータ106の半径方向外側に配置されたロータ104 を含む。この配置において、一つ又はそれ以上のブレード（水中翼）101が半径方向内側及び／又は半径方向外側、すなわち回転軸Ｙに対して内側／外側、に延びることができる。例えば、実施形態の図１を参照すると、半径方向内側に延びるブレード部103と半径方向外側に延びるブレード部102とがある。両ブレード部102、103は流体の流れＦ（図１中に矢印で示す）内に配置され、それによってロータ104に、中心軸Ｙを中心とする、ステータ106周りの回転が引き起こされる。種々の実施形態では、複数のブレード101をロータ104の外周面の周りに、例えば外周に均一な間隔で、搭載することができる。

前述したように、例えば、「水力発電タービン、固定構造、及び関連する組み立て方法」と題する米国国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０３２９４８は、これらの内容全体が、参照により本明細書に組み入れられる。ステータ106外側にロータ104を搭載する際、例えば、ロータ104或いは、ブレード101の搭載領域間にあるロータ104の少なくともその一部は、大きな直径を越える程度の屈曲性（伸縮性）を持つ半剛体として構成されるようにできる。この場合、ロータ104はちょうどプーリにかぶさるベルトやロープのように（ただし、以下述べるように、軸受システムが回転した結果としてステータとの間に小距離空間ができること以外は）、ステータ106の外側表面に載せることができ、これによってロータ104が回転時にある程度屈曲／伸張できるようになる。種々の例示的実施形態では、例えば、ロータ104はケブラー（Kevlar：登録商標）や炭素繊維材料で形成することができ、ステータ106は注型コンクリートで形成することができる。

従って、図１の実施形態に示すロータ104では、内側に配置されたステータ106が実質的に閉じたループ構成でロータ104を支持できる（例えば重力効果に抗して）という効果が得られる。反対に、ロータがステータの内側に配置された構成では、ロータはステータの内面に隣接するロータ外面を維持するために、より剛性を持たせる必要がある。このように、図１に示す構成のロータ104は、ロータ支持に必要な要求が軽減される結果、重量を軽減し、材料を低減し、及び／又はより低価格の材料を使用できるという利点がある。

さらに、ロータ104の圧縮強度を向上するために、ロータ104は厚みを変化させてもよい。このような構成では、例えば、ロータ104の外側表面を流れる流体における非生産的な抗力を最小化することができる。例えば、図１の実施形態に示すように、ロータ104は、弓形の外側表面形状とすることができ、これによりロータ104表面を流れる流体の流れにおける非生産的抗力を最小にすることができる。つまり、ロータ104の外側表面形状は、その軸断面において、弓形（アーク）としてもよい。

また図１に示すように種々の実施形態において、エネルギーシステム100は、非生産的抗力の最小化を助長するために、さらにシステム100の第一端部108に迂回アーク107を有していてもよい。迂回アーク107は、例えば、迂回アーク107が各ブレード101の両側に固定されるように、ブレード101間に配置される。この場合、エネルギーシステム100の第一端部108に向かって流れる流体（例えば、システム100に向かう水）は、システム100の両側にそらされる。同様に、エネルギーシステム100の反対側の第二端部110に向かって流れる流体を迂回させるために、ステータ106の端部109を、丸みを持った断面形状にしてもよい。

エネルギーシステム100のブレード101は、ロータ104の前方リムに向かって（例えばスシテム100の第一端部108に沿って）取り付けてもよく、またブレード部は、実質的に反対方向に（例えばロータ104中心から半径方向（半径方向外側）に且つロータ104中心に向かって半径方向（半径方向内側）に）延在するものとしてもよい。図１に示すように、例えば、ロータ104は、半径方向内側に延びるブレード部103と半径方向外側に延びるブレード部102とが取り付けられたブレード101を備えていてもよい。ロータ104をステータ106の半径方向外側に配置することで、ブレード部102、103を半径方向内側及び外側に延在させるという配置が容易になり、しかもブレード101を、流れの最大アークをスウィープする位置に置くことができる。これにより、ブレード部102、103は、回転中心軸Ｙから離れるスウィープと回転中心軸Ｙに向かうスウィープとのそれぞれにおいて、流体の流れから流体エネルギーを回収することができる。これによりロータに作用する力がつりあい、それによりロータ104にかかる応力を低減し、ロータ104及びブレード101の両者について、使用材料を減らすことが可能となる。

種々の実施形態において、ブレード部102は、ブレード部103と一体化して単一のブレード（水中翼）101を形成してもよい。例えば、各ブレード部102、103は炭素繊維強化プラスチックのような複合材料から成型することにより、単一のブレード101を形成することができる。図１に示すように、種々の実施形態によれば、ブレード１０１の強度を増加するために、各ブレード101の半径方向外側に延びるブレード部102は、ブレード部102が弓形のロータ104の上に載るように台座のような形に成型してもよい。すなわち、ブレード部102は、ロータベルト104の裏側にあって、それに沿って軸方向に延在する表面115を有する基部113を有し、例えばボルト及び／又はエポキシ材料などでロータ104の表面112に沿ってロータ104に固定される。

さらに種々の実施形態では、２つのブレード部102、103のバランスを向上するために（それによってブレード部102、103によりロータ104が捻られるのを軽減）、半径方向内側に延びるブレード部103は、外側に延びるブレード部102より長くしてもよい。すなわち、半径方向外側に延びるブレード部102は、内側に延びるブレード部 103 よりもスウィープが大きいので、ブレード部 103の長さを伸ばして（ブレード部102よりも）、ブレード部102、103にかかる流体流れの力を均衡させる。

従って、図１に示すように、ステータ106がロータ104を支持し、ロータ104上のブレード101が均衡の取れた配置（例えば、半径方向内側と外側で）に構成されているので、ロータ104を作成するのに必要な材料（例えば、高価な複合材料）の量を減らすことができ、作成及び組み立てコストを低減できるとともに、エネルギーシステム100の据付を容易にすることができる。

次に図２−図４を参照すると、種々の実施形態において、ロータ104は、一つ又は２以上の発電磁石114を有していてもよく、発電磁石114はエネルギーシステム100に備えられたステータ106の一つ又は２以上の発電要素116に対応して配置される。図示していないが、種々の実施形態において、ステータ106は、ロータ104の発電要素に対応して配置される一つ又は２以上の発電磁石を有していてもよい。図３に示すように、発電要素116は、例えば、ロータ104上の発電磁石114の回転運動に反応して電気を発生するように構成された巻線を持つ少なくとも一つのコイル118を備えていてもよい。

さらに図３に示すように、ロータ104は、例えば発電用に一つ以上の磁石114を有していてもよく、それはステータ106の少なくとも一つのコイル118と空隙を持って、半径方向に並んで配列される。磁石114は、ロータ104の内周面120に機械的に取り付けられるか、内面120に近いロータ104の内部に配置されることができる。従って、ブレード101と相互作用する流体の流れにより、ステータ106外側表面の上でロータ104の回転が引き起こされる。そして、ロータ104内の磁石114の回転が、ステータ106内（例えば、ステータリング組立体125）に配置されたコイル118に電圧を誘起する。コイル118は、所望の電圧及び／又は電流となる電気を生成するように接続される。その結果生じた電気は、伝送導管122（例えばケーブル）を介して、例えば、地上配備の電力系統に接続された1又は２以上の電送線や導電体を介して、その後の用途或いは蓄電用に送られる。

種々の実施形態において、例えば、ステータコイル118から地上配備の電力系統まで各導管122を走らせるために、ステータ106のコンクリート製筒体を可撓性のプラスチックチューブ124のような通路を持つように注型してもよい。図２〜図４に示すように、各伝送導管122は、ステータコイル118からステータ106を通って走り、ステータ106の端部109の底部126でステータ106から出る。この方法で、導管122は、ステータ106を通るルートで、エネルギーシステム100の回転部分と流体流れＦとから隔離された状態が保たれる。さらに、プラスチックチューブ124により、ステータ106の剛体材料（例えば、コンクリート）とエネルギーシステム100が配置される流体との間の円滑な移行が可能となり、しかも各導管122の地上へのルート制御が可能となる。

図５及び図６に示すように、ステータ106の発電要素116は、例えば保護コーティング（例えば、システム100が展開される腐食性の環境からリングを保護するためのもの）に浸漬された銅製リングのようなステータリング組立体130内に収容されていてもよい。ステータリング組立体130はステータ160にボルト132で固定することができる。種々の実施形態によれば、ステータリング組立体130は、例えば、コンクリート製ステータ106に固定するために、予め組み立てられてもよく、ステータ組立体全体（ステータ106及びリング130）を、ボルト132挿入用のスロット（穴）133を囲む複合体内に成型してもよい。

次に図７及び図８を参照すると、種々の実施形態において、ステータ 106に対し半径方向に配列するロータ104に対し、１セット以上の流体軸受140を配置することができる。種々の実施形態では、ロータ104とステータ1 06との間の半径方向流体軸受として、例えば、Ｌｉｎｇｎｕｍ−Ｖｉｔａｅ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ ｏｆ Ｐｏｗｈａｔａｎ Ｖｉｒｇｉｎｉａにより市販されている木製やＶｅｓｃｏｎｉｔｅなどの複合材料からなる水潤滑軸受を使用することが考えられ、これらは、炭素繊維或いはステンレス鋼表面と擦れ合う。図７及び図８に示すように、これら実施形態では、例えば、ステータ106の外周面129に沿って配置される木（例えば、Ｌｉｇｎｕｍ−Ｖｉｔａｅ）や複合材の小片142を使用することが考えられ、小片142は、例えばロータ104の内周面120の炭素繊維（即ち、小片142は直接ロータ104の炭素繊維と擦れ合う）や内周面120に沿って位置するステンレス鋼材料144のような軸受面と擦れ合うように配置される。種々の実施形態において、図８に示すように、小片142は、ステータ106のコンクリート内のスロット134に押し込められる。この方法では、ロータ104とステータ106との間の流体（例えば、海水）により、エネルギーシステム100の半径方向荷重を収容する流体軸受効果（即ち、小片142の表面と軸受面との間で）が提供される。

同様に、種々の別の実施形態では、ステータ106に対するロータ104の軸方向の相対位置を保つために、１セット以上の流体軸受150を配置してもよい。半径方向（ラジアル）軸受と同様に、ロータ104とステータ106との間の軸方向の流体軸受として、例えば、木製（Ｌｉｎｇｎｕｍ−Ｖｉｔａｅ Ｎｏｒｔｈ Ａｍｅｒｉｃａ により市販されている木）や複合材料（例えば、Ｖｅｓｃｏｎｉｔｅ）からなる水潤滑軸受を使用することが考えられ、これらは炭素繊維或いはステンレス鋼表面などの軸受面と擦れ合う。図７及び図８に示すように、これら実施形態では、エネルギーシステム100の軸方向の力を含む、かみ合い歯152のパターンを使用することが考えられる。木（例えば、Ｌｉｎｇｎｕｍ−Ｖｉｔａｅ）或いは複合材料からなる歯152の列は、例えば、ロータ104の内周面120に形成されたスロット136内に達するように、ステータ106の外周面129に固定される（例えばボルト154で）。種々の実施形態において、歯152は、ロータ104の炭素繊維と直接擦れ合うことができる（即ちスロット136内で）。そして、種々の別の実施形態では、スロット136は、例えば歯152の側部の上でスライドするように構成されたステンレス鋼リング156などの付加的な軸受面と係合する構成としてもよい。この方法では、各スロット136内の流体（例えば海水）により、エネルギーシステム100の軸方向荷重を収容する流体軸受効果が提供される。

図７に最もよく示されているように、本開示の実施形態では、弓形ベルトの厚みが増大した領域におけるロータベルト104内に軸方向の流体軸受150を配置することが考えられる。軸受150をそのように配置することで（つまりベルト104の前と後の両方に置く代わりに）、例えば軸受150の強度を向上させることができ、エネルギーシステム100の軸方向配向を強化できる。例えばロータ104中央部分（ロータ104の厚みが最大）内に軸受150を置くことにより、システム100全体としての強度を高めることになる。

当業者であればわかるように、図７及び図８を参照して示し且つ説明した流体軸受140及び150のセットは例示であって、種々の配置や構成が可能であり、また公知の軸受機構に替えて或いは組み合わせて使用することも可能である。参照として本開示に組み入れたＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０３２９４８に記載されているように、ステータ106に対しロータ104を支持する軸受けとして、他のタイプ、構造、配置も可能である。

また当業者であれば、図１〜図８に示され、上述した発電エネルギーシステム100は単に例示にすぎないこと、本開示及び請求の範囲から逸脱することなく、ブレード101、ロータ104及びステータ106は、種々の構成、寸法、形状及び／又は配置を取りうることはわかるであろう。さらに、当業者であれば、本開示のエネルギーシステムは、流体流れの種々の且つ変化する方向について動作するように構成されていること（図面において流体流れＦを示す複数方向の矢印で示すように）、及び潮流の干満や、川の流れのように一方向からくる流れについても動作するように構成されていることはわかるであろう。例えば、２方向及び１方向の流れから潜在的なエネルギーを最適に回収するために、異なる環境（例えば海洋か河か）で使用されるシステムに応じてブレード101の形状を異ならせてもよい。

＜水力発電エネルギーシステムの組み立て方法＞
参照として組み入れたＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０３２９４８に記載されているように、ステータ106とロータ 104はプラントで製造することができ、製造プラントから設置場所へ、ブリッジ（不図示）及び／又は固定システム（不図示）によって輸送することができる。

種々の実施形態において、例えば、ロータ104は、ステータ106を形成するコンクリート製筒状体の外周面129の周りに、設置場所で組み立てられる複数の弓形部品（セグメント）で形成することができる。ブレード101は、ロータ104の前側リムに向けて取り付けられる（例えば、システム100の第一端部108に沿って）。種々の実施形態では、ブレード101は、ロータにボルトにより取り付けられことができるが、ブレード101をロータ104に取り付けるのに、螺子、リベット、釘或いはその他の連結機構を用いることができる。上述のように、種々の別の実施形態では、一つ以上のブレード101は、台座状の形を有し、半径方向外側に延びるブレード部102を備えてもよく、そのブレード部102を弓形のロータ104に載せる。これによりブレード101が、ロータ104に対し、より広範囲な力を伝えることができる。即ち、ブレード部102は、ロータベルト104の後側に、それに沿って軸方向に延在する表面115を持つ基部113を持つことができ、基部は、例えばボルト及び／又はエポキシ材料によって、ロータ104の表面112に沿ってロータ104に留められている。

従って、種々の実施形態によれば、例えばエネルギーシステム100のような水力発電エネルギーシステムを製造し、据え付ける方法は、例えば、予め作製された（即ち製造プラントにおいて）複数のロータ部品（不図示）を、ＰＣＴ／ＵＳ２０１５／０３２９４８に記載さているようにステータ106で組み立てることを含む。例えば、ロータセグメントは、実質的に弓形のセグメントであって、それらは共にステータ106の外周面129に合致し、エネルギーシステム100のロータ104を構成する。上述のように、ロータ104は、ステータ106を中心として、ステータ106の外周面129に対し半径方向に空隙を持って配置される可撓性ベルト構造とすることができる。ロータ104は、例えば、発電要素（即ち磁石114）を包含する複合材料から構成される。また、発生した電気をエネルギーシステム100から使用或いは蓄電用に運ぶために、ステータ106を通る送電導管を走らせてもよい（図２〜図４参照）。

種々の実施形態において、例えば、セグメント（即ち複合体アーク）は軸方向軸受システム150の歯152用の予め形成されたスロット136と共に作製されてもよい（図８参照）。この方法では、ステータ106の上にロータ104のベルト構造が配置されるので、セグメントは歯152の上を摺動することができる。ベルトがステータ106の周りに置かれたならば（即ちロータ104が形成されると）、歯152はステータ106のコンクリートにボルト154（例えば、平頭ボルト）で取り付けられ、軸方向軸受システム150がしっかり固定される。ボルト154を挿入しやすくするため、種々の実施形態では、ロータ104が点検口158を形成してもよく、またステータ106がソケット160を含むように成型してもよい。

当業者であればわかるように、本開示は、一般的に潮流によりエネルギーを発生する場合を説明したが、ここで開示されるエネルギーシステムや特徴は、限定されるものではないが、海洋や潮流環境、河川、その他水以外の流体など広範囲の流体流れの用途についても適用することができる。

実施形態を示す説明及び添付の図面は限定的なものではない。本開示及び均等物を含む特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の機構、組成、構造、電気及び作用における変更が可能である。いくつかの例では、開示を不明瞭にしないために、周知の構造や技術については詳細に示したり説明したりしていない。また一つの実施形態に関連して詳述した要素やそれに関する特徴については、実用的であれば、それらを特に示したり記述したりしていない他の実施形態についても含めることができる。例えば、ある要素が一つの実施形態において詳述されていて、次の実施形態では説明されていないとしても、その要素は当該次の実施形態に含めることができる。

ここで使用されている単数形の言葉は、それが一つであると明示的であるか疑いの余地なく一つである場合以外は、複数のものを指す場合もある。またここで使った「含む（include）」という言葉と文法的に同義の言葉は、限定しないことを意味するものであって、リストにある事項の記述は、それと置換しうる或いはそれに付加しうる他の事項を排除するものではない。

さらに、説明で用いた用語は、本開示を限定するものではない。例えば、「上流」、「下流」、「下側」、「〜の下」、「より低い」、「〜の上」、「上側」、「前方」、「〜の前」、「〜の後」などの空間的に相対的な用語は、特徴部分の配置（向き）を示すために、一つの要素或いは特徴と他の要素或いは特徴との関係を述べるために用いられたものである。これら空間的に相対的な用語は、図示される位置や向きのほかに、使用状態や動作状態における装置の異なる位置や向きを包含するためのものである。例えば、図中の装置が反転したならば、他の要素または特徴部の「下側」や「〜の下」と説明された要素は、他の要素又は特徴部の「上側」や「〜の上」となる。このように例示的な用語「下」は、上及び下の位置及び向きの両方を含むものである。装置は他の向き（９０度回転或いはそれ以外の向きなど）である場合にも、ここで使用されている空間的に相対的な記述は同様に解釈される。

この開示の観点で、さらに修正や変更を加えた実施形態は当業者には明らかであろう。例えば、装置は動作を明確にするために説明や図では省略した付加的な構成要素を含んでもよい。従って、この説明は、単に例示的なものと解釈すべきであり、かつ本開示を実施するための一般的な方法を当業者に教示する目的でなされたものである。

ここで示され説明された種々の実施形態は、例示と解釈されるものである。ここで図示され説明された要素及び材料、ならびにこれら要素と材料の配置等は、置換可能なものであり、部分や工程は反転することもあり得、また本教示事項の特徴のあるものは独立して利用することができ、全て、この説明の利益を得た後に当業者にとって明らかなものである。ここで説明した要素は、本開示の範囲を逸脱することなく変更することができる。

ここで述べた特定の実施例や実施形態は限定的なものではなく、構造、寸法、材料及び方法は、本開示の範囲を超えることなく修正することができる。本開示に従った他の実施形態は、ここに開示された発明を実施し明細書を考慮することで当業者には明らかであろう。明細書及び実施例は、単に例示的なものとみなされるものであって、均等物を含むその範囲全体の広さ全体にわたって権利があることを意図している。

Claims (12)

1. 第一の複数の発電要素を含むステータと、
   第二の複数の発電要素を含み、前記ステータの外周面の半径方向の外側に配置され、前記ステータの周りを、回転軸を中心に回転するように構成されたロータであって、弓型の外側断面形状を有し、前記ステータの周りを回転する際に屈曲するように構成されたロータと、
   前記ロータの第1の軸方向端部の近傍に固定された少なくとも一つのブレードと、を有し、
   前記ブレードは、前記ロータに対し半径方向内側に延在する第１のブレード部及び前記ロータに対し半径方向外側に延在する第２のブレード部と、を有し、
   前記第２のブレード部は、基部から放射状に延び、当該基部は前記ロータの表面に沿って軸方向に延在し、当該表面に固定されていることを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
2. 請求項１に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
   前記ロータが前記ステータの周りで回転している間、前記ステータに対し前記ロータを支持する、少なくとも一つの流体軸受機構をさらに備えることを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
3. 請求項２に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
   前記少なくとも一つの流体軸受機構は、少なくとも一つの半径方向流体軸受と少なくとも一つの軸方向流体軸受とを備える
   ことを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
4. 請求項３に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
   前記少なくとも一つの半径方向及び軸方向流体軸受は、それぞれ木又は複合材料からなる軸受面を有することを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
5. 請求項１に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
   軸断面における前記ロータの外側表面形状は、弓形であることを特徴とすることを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
6. 請求項１に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
   前記発電要素から地上配備の電力系統に電力を送る、少なくとも一つの伝送導管を備え、
   前記ステータは、伝送導管毎に、前記発電要素から前記電力系統へ前記導管を走らせる通路を有することを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
7. 請求項１に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
   前記第一の複数の発電要素はコイルを含み、前記第二の複数の発電要素は磁石を含むことを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
8. 請求項１に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
   前記第１のブレード部は、前記第２のブレード部よりも、半径方向に沿った長さが長いことを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
9. 請求項３に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
   前記ロータは、前記ステータの外周面に対向する内周面を有し、前記ステータは外周面にスロットが形成されており、
   前記少なくとも一つの流体軸受は、前記ステータの前記外周面のスロット内に配置された、木又は複合材料から成る小片と、前記ロータの内周面に配置されたステンレス鋼又は炭素繊維材料とを備え、前記ステンレス鋼又は炭素繊維材料は前記木又は複合材料から成る小片と対向していることを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
10. 請求項３に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
    前記ロータは、前記ステータの外周面に対向する内周面を有し、前記ロータは内周面にスロットが形成されており、
    前記少なくとも一つの流体軸受は、
    前記ステータの前記外周面に固定され、前記ロータの内周面に形成されたスロット内に達する、木又は複合材料から成る歯と、
    前記ロータの内周面の各スロット内に配置されたステンレス鋼又は炭素繊維材料とを備え、前記歯は、前記スロット内に達しており、前記ロータに対し前記ステータを軸方向で支えるように構成されていることを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
11. 請求項３に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
    前記少なくとも一つの軸方向流体軸受は、前記ロータの厚み最大部内に位置づけられていることを特徴とする水力発電エネルギーシステム。
12. 請求項１に記載の水力発電エネルギーシステムであって、
    前記ロータは、回転軸の方向に動く流体の流れによって、前記ステータに対し回転するように構成されていることを特徴とする水力発電エネルギーシステム。

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