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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024066261
(43)【公開日】2024-05-15
(54)【発明の名称】オルトラジアル誘導発電機
(51)【国際特許分類】
H02K 7/08 20060101AFI20240508BHJP
H02K 5/173 20060101ALI20240508BHJP
【ＦＩ】
H02K7/08 B
H02K5/173 B
H02K7/08 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022175736
(22)【出願日】2022-11-01
(71)【出願人】
【識別番号】522428841
【氏名又は名称】オリ・ソリューション・オサケユフティオ
【氏名又は名称原語表記】Ｏｒｉ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｏｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100145403
【弁理士】
【氏名又は名称】山尾 憲人
(74)【代理人】
【識別番号】100189555
【弁理士】
【氏名又は名称】徳山 英浩
(74)【代理人】
【識別番号】100125922
【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 章子
(72)【発明者】
【氏名】ヴァルデン，レイヨ
(72)【発明者】
【氏名】ヤルヴィネン，ヤルモ
(72)【発明者】
【氏名】ベルントソン，ヨアキム
(72)【発明者】
【氏名】メラー，ミカ
【テーマコード（参考）】
5H605
5H607
【Ｆターム（参考）】
5H605BB02
5H605BB14
5H605CC04
5H605EB02
5H605EB24
5H607BB02
5H607BB25
5H607GG02
5H607GG15
(57)【要約】 （修正有）
【課題】新規なオルトラジアル誘導発電機を提供する。
【解決手段】発電機（１０）は、ロータ（５０）と、ロータ（５０）の回転に応じてロータ（５０）の回転軸（Ｘ）の周りを回転するように配置された少なくとも１つの磁気ブリッジ要素（５１）と、移動する磁気ブリッジ要素（５１）の影響範囲において、インダクタンスユニット（６１）に対する磁気ブリッジ要素（５１）の相対的な移動に応じて起電力を誘導するための少なくとも１つのインダクタンスユニットと、ロータ（５０）を動作させるためにロータ（５０）へ流体流を搬送するための少なくとも１つの流路ユニット（４０）と、を備える。
【選択図】図１ａ
【解決手段】発電機（１０）は、ロータ（５０）と、ロータ（５０）の回転に応じてロータ（５０）の回転軸（Ｘ）の周りを回転するように配置された少なくとも１つの磁気ブリッジ要素（５１）と、移動する磁気ブリッジ要素（５１）の影響範囲において、インダクタンスユニット（６１）に対する磁気ブリッジ要素（５１）の相対的な移動に応じて起電力を誘導するための少なくとも１つのインダクタンスユニットと、ロータ（５０）を動作させるためにロータ（５０）へ流体流を搬送するための少なくとも１つの流路ユニット（４０）と、を備える。
【選択図】図１ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも１つのロータ（５０）と、
前記ロータ（５０）の回転に応答して、前記ロータ（５０）の回転軸（Ｘ）の周りを回転するように配置された少なくとも１つの磁気ブリッジ要素（５１）と、
少なくとも１つのインダクタンスユニット（６１）であって、前記インダクタンスユニット（６１）に対する前記磁気ブリッジ要素（５１）の相対的な移動に応じて起電力を誘導するために、移動する前記磁気ブリッジ要素（５１）の影響範囲（Ｇ２）にインダクタンスコイル（６１ａ）と磁気要素（６１ｂ）とを有する、少なくとも１つのインダクタンスユニット（６１）と、
前記ロータ（５０）を動作させるために前記ロータ（５０）に流体流を搬送するための少なくとも１つの流路ユニット（４０）と、を備え、
前記ロータ（５０）は、浮動軸受（floating bearing）方式で前記流路ユニット（４０）に対して相対的に回転するように配置されている、発電機（１０）。
前記ロータ（５０）の回転に応答して、前記ロータ（５０）の回転軸（Ｘ）の周りを回転するように配置された少なくとも１つの磁気ブリッジ要素（５１）と、
少なくとも１つのインダクタンスユニット（６１）であって、前記インダクタンスユニット（６１）に対する前記磁気ブリッジ要素（５１）の相対的な移動に応じて起電力を誘導するために、移動する前記磁気ブリッジ要素（５１）の影響範囲（Ｇ２）にインダクタンスコイル（６１ａ）と磁気要素（６１ｂ）とを有する、少なくとも１つのインダクタンスユニット（６１）と、
前記ロータ（５０）を動作させるために前記ロータ（５０）に流体流を搬送するための少なくとも１つの流路ユニット（４０）と、を備え、
前記ロータ（５０）は、浮動軸受（floating bearing）方式で前記流路ユニット（４０）に対して相対的に回転するように配置されている、発電機（１０）。
【請求項2】
少なくとも１つの前記磁気ブリッジ要素（５１）が前記ロータ（５０）に配置されている、請求項１に記載の発電機。
【請求項3】
前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）とは共通の軸方向（Ｘ）を有し、前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）とは、前記軸方向（Ｘ）に実質的に連続して配置されている、請求項１または２に記載の発電機。
【請求項4】
前記インダクタンスユニット（６１）は、前記発電機（１０）において静止している（stationary）、請求項３に記載の発電機。
【請求項5】
前記ロータ（５０）は、前記発電機（１０）が使用されていないときには前記流路ユニット（４０）上に載っており、前記発電機（１０）が動作しているときには前記流路ユニット（４０）に対して浮くように配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項6】
前記流路ユニット（４０）は、少なくとも１つの流路（４４）を備え、
少なくとも１つの前記流路（４４）は、少なくとも１つの流体流を前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間に搬送し、前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間に圧力効果を生じさせて、前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）の軸方向（Ｘ）において、前記ロータ（５０）を前記流路ユニット（４０）から離れるように押し出し、これにより、前記ロータ（５０）を前記流路ユニット（４０）に対して実質的に摩擦のない状態で回転可能にするために、前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間にギャップ（Ｇ１）が配置され、
前記流路ユニット（４０）は、前記ロータ（５０）を回転させるための少なくとも１つの流体流を前記ロータ（５０）に搬送する少なくとも１つの流路（４６）を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の発電機。
少なくとも１つの前記流路（４４）は、少なくとも１つの流体流を前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間に搬送し、前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間に圧力効果を生じさせて、前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）の軸方向（Ｘ）において、前記ロータ（５０）を前記流路ユニット（４０）から離れるように押し出し、これにより、前記ロータ（５０）を前記流路ユニット（４０）に対して実質的に摩擦のない状態で回転可能にするために、前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間にギャップ（Ｇ１）が配置され、
前記流路ユニット（４０）は、前記ロータ（５０）を回転させるための少なくとも１つの流体流を前記ロータ（５０）に搬送する少なくとも１つの流路（４６）を備える、請求項１から５のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項7】
前記流路ユニット（４０）が、少なくとも１つの第１入口流路（４３）および少なくとも１つの第２入口流路（４５）を備え、
少なくとも１つの前記第１入口流路（４３）は、少なくとも１つの流体流を搬送して前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間に前記圧力効果を生じさせる少なくとも１つの前記流路（４４）に流体流を搬送するように配置され、
少なくとも１つの前記第２入口流路（４５）は、前記ロータ（５０）を回転させるために、少なくとも１つの流体流を前記ロータ（５０）に搬送する少なくとも１つの前記流路（４６）に流体流を搬送するように配置されている、請求項６に記載の発電機。
少なくとも１つの前記第１入口流路（４３）は、少なくとも１つの流体流を搬送して前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間に前記圧力効果を生じさせる少なくとも１つの前記流路（４４）に流体流を搬送するように配置され、
少なくとも１つの前記第２入口流路（４５）は、前記ロータ（５０）を回転させるために、少なくとも１つの流体流を前記ロータ（５０）に搬送する少なくとも１つの前記流路（４６）に流体流を搬送するように配置されている、請求項６に記載の発電機。
【請求項8】
前記ロータ（５０）は、少なくとも部分的に前記流路ユニット（４０）を囲むように配置されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項9】
前記流路ユニット（４０）は、前記流路ユニット（４０）の軸方向（Ｘ）において、第１端部（４０ａ）と第２端部（４０ｂ）とを有し、
前記ロータ（５０）は、前記ロータ（５０）の軸方向（Ｘ）において、前記流路ユニット（４０）の方向を向いた第１端部（５０ａ）と前記流路ユニット（４０）から離れる方向を向いた第２端部（５０ｂ）とを有し、
前記ロータ（５０）の前記第１端部（５０ａ）には、前記流路ユニット（４０）の前記第２端部（４０ｂ）を受け入れるように配置された開口部（５４）が設けられており、前記ロータ（５０）は、前記流路ユニット（４０）および前記ロータ（５０）の軸方向（Ｘ）において、前記流路ユニット（４０）の前記第２端部（４０ｂ）に、前記流路ユニット（４０）を部分的に囲むように配置されている、請求項８に記載の発電機。
前記ロータ（５０）は、前記ロータ（５０）の軸方向（Ｘ）において、前記流路ユニット（４０）の方向を向いた第１端部（５０ａ）と前記流路ユニット（４０）から離れる方向を向いた第２端部（５０ｂ）とを有し、
前記ロータ（５０）の前記第１端部（５０ａ）には、前記流路ユニット（４０）の前記第２端部（４０ｂ）を受け入れるように配置された開口部（５４）が設けられており、前記ロータ（５０）は、前記流路ユニット（４０）および前記ロータ（５０）の軸方向（Ｘ）において、前記流路ユニット（４０）の前記第２端部（４０ｂ）に、前記流路ユニット（４０）を部分的に囲むように配置されている、請求項８に記載の発電機。
【請求項10】
前記流路ユニット（４０）は、前記ロータ（５０）に向かって開口しているチャンバ（４２）を備え、
前記ロータ（５０）は、前記開口部（５４）において、前記ロータ（５０）の前記第２端部（５０ｂ）から前記開口部（５４）に向かって延在する延在部（５５）を備え、
前記流路ユニット（４０）の前記チャンバ（４２）は、前記延在部（５５）が前記チャンバ（４２）内に挿入されると、前記ロータ（５０）の前記延在部（５５）を少なくとも部分的に収容するよう配置されている、請求項９に記載の発電機。
前記ロータ（５０）は、前記開口部（５４）において、前記ロータ（５０）の前記第２端部（５０ｂ）から前記開口部（５４）に向かって延在する延在部（５５）を備え、
前記流路ユニット（４０）の前記チャンバ（４２）は、前記延在部（５５）が前記チャンバ（４２）内に挿入されると、前記ロータ（５０）の前記延在部（５５）を少なくとも部分的に収容するよう配置されている、請求項９に記載の発電機。
【請求項11】
前記流路ユニット（４０）における前記チャンバ（４２）は、第１端部（４２ａ）と第２端部（４２ｂ）とを有し、
前記ロータ（５０）の前記延在部（５５）は、第１端部（５０ａ）と第２端部（５０ｂ）とを有し、
前記チャンバ（４２）の前記第１端部（４２ａ）と前記延在部（５５）の前記第１端部（５５ａ）とは、前記延在部（５５）が前記チャンバ（４２）内に挿入されると、互いに向き合うよう配置され、
少なくとも１つの流体流を搬送して前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間に圧力効果を生じさせる少なくとも１つの流路（４４）は、少なくとも１つの流体流の部分を、前記チャンバ（４２）の前記第１端部（４２ａ）に配置された少なくとも１つの前記流路（４４）の少なくとも１つの出口開口部（４４ｂ）を介して、前記チャンバ（４２）の前記第１端部（４２ａ）と前記延在部（５５）の前記第１端部（５５ａ）との間に搬送するよう配置されている、請求項１０に記載の発電機。
前記ロータ（５０）の前記延在部（５５）は、第１端部（５０ａ）と第２端部（５０ｂ）とを有し、
前記チャンバ（４２）の前記第１端部（４２ａ）と前記延在部（５５）の前記第１端部（５５ａ）とは、前記延在部（５５）が前記チャンバ（４２）内に挿入されると、互いに向き合うよう配置され、
少なくとも１つの流体流を搬送して前記流路ユニット（４０）と前記ロータ（５０）との間に圧力効果を生じさせる少なくとも１つの流路（４４）は、少なくとも１つの流体流の部分を、前記チャンバ（４２）の前記第１端部（４２ａ）に配置された少なくとも１つの前記流路（４４）の少なくとも１つの出口開口部（４４ｂ）を介して、前記チャンバ（４２）の前記第１端部（４２ａ）と前記延在部（５５）の前記第１端部（５５ａ）との間に搬送するよう配置されている、請求項１０に記載の発電機。
【請求項12】
前記ロータ（５０）を回転させるために少なくとも１つの流体流を前記ロータ（５０）に搬送する少なくとも１つの流路（４６）は、前記流路ユニット（４０）内で少なくとも部分的に径方向（Ｒ）に延在するよう配置されており、前記流路（４６）の出口開口部（４６ｂ）は、前記流路ユニット（４０）の軸方向（Ｘ）における前記ロータ（５０）の位置で、前記流路ユニット（４０）の外周に配置されている、請求項８から１１のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項13】
少なくとも１つの前記ロータ（５０）は、前記ロータ（５０）の径方向（Ｒ）に少なくとも部分的に延在する複数のロータ流路（５９）を備え、
前記ロータ（５０）を回転させるための流体流が前記ロータ流路（５９）を流れる、請求項８から１２のいずれか１項に記載の発電機。
前記ロータ（５０）を回転させるための流体流が前記ロータ流路（５９）を流れる、請求項８から１２のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項14】
流体流は、空気、蒸気、排ガスおよび液体のうちの少なくとも１つの流れである、請求項１から１３のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項15】
流体は、気相、超臨界相、または不均一流体相である、請求項１から１４のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項16】
請求項１から１５のいずれか１項に記載のように構成されたファンまたは換気装置であって、流体流を生成するために記載された特徴を使用する、ファンまたは換気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気エネルギを生成するための発電機に関するものである。
【背景技術】
【0002】
発電機または電動発電機は、オルトラジアル方向の（in ortho-radial manner）機械的な運動エネルギまたは力学的エネルギ（motion energy）を電流に変換する電気機械である。
【0003】
発電機は、ロータと、複数の磁気要素または磁石と、複数のインダクタンスコイルとを備える。磁気要素およびインダクタンスコイルは、様々な方法で発電機内に配置されてもよいが、発電機の動作の基本原理は、少なくとも１つの磁気要素と少なくとも１つと、インダクタンスコイルの少なくとも１つとが互いに相対的に回転され、それによって、ロータの回転時に少なくとも１つの磁気要素によって生じる磁界において少なくとも１つのインダクタンスコイルが回転することに応答して、少なくとも１つのインダクタンスコイルに起電力、すなわち電圧が誘起されるというものである。少なくとも１つのインダクタンスコイルに誘起された電圧は、少なくとも１つのインダクタンスコイルを閉じた電気回路に接続することに応答して、電流を発生させる。
【発明の概要】
【0004】
本発明の目的は、新規なオルトラジアル誘導発電機を提供することである。
【0005】
本発明は、独立請求項の特徴を有するものである。
【0006】
本発明は、流体の流れを利用して発電機のロータを直接動作させるという発想に基づいており、ロータは、浮動軸受方式（floating bearing manner）で流路ユニットに対して相対的に回転するように配置されている。
【0007】
本発明の利点は、溶液の摩擦係数が非常に低いことにより、エネルギの損失を最小限に抑えながら、流体の流れの運動エネルギを発電機のロータの回転運動にストレートに変換するため、発電機の効率の係数が高いことである。
【0008】
本発明のいくつかの実施形態は、従属請求項に開示されている。
【図面の簡単な説明】
【0009】
以下では、添付図面を参照して、好ましい実施形態によって本発明をより詳細に説明する。
【図1a】発電機を模式的に示す側面図である。
【図2a】ロータおよびインダクタンスユニットの模式的な斜視図である。
【図2c】磁気ブリッジ要素と、誘導コイルおよび磁気要素を備えたインダクタンスユニットとを組み合わせた例の模式的な側面図である。
【図3a】発電ユニットの流路ユニットの模式的な底面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
分かりやすくするために、図には、本発明のいくつかの実施形態が簡略化されて示されている。同様の参照数字は、図中の同様の要素を識別する。
【0011】
図１は、発電機１０の模式的な側面図であり、図１ｂは、図１ａの発電機１０の模式的な上面図であり、図１ｃは、図１ａおよび１ｂの発電機１０における図１ｂの線Ａ－Ａに沿った模式的な断面側面図であり、図１ｄは、図１ａおよび１ｂの発電機１０における、図１ａの線Ｂ－Ｂに沿った模式的な断面上面図である。図１ａ～図１ｄは、発電機１０の１つの可能な実施形態のみを開示しているが、開示された解決策による発電機１０の他の実施形態も可能である。発電機１０またはその任意の部分の「上」、発電機１０またはその任意の部分の「下」、および発電機１０またはその任意の部分の「横（側方）」を意味し得る用語は、添付図面における発電機１０またはその任意の部分の位置または姿勢のみを示すものであることが、本明細書で通知される。実際に使用する発電機１０の位置は、自由に選択することができる。
【0012】
発電機１０は、軸方向Ｘと、軸方向Ｘにおいて、第１端部１０ａおよび第２端部１０ｂとを有する。軸方向Ｘは、発電機１０の中心軸も示す。発電機１０の径方向Ｒは、軸方向Ｘに対して実質的に直交する方向である。発電機１０は、フレーム２０と、フレーム２０に支持された発電ユニット３０とを備える。発電ユニット３０は、発電機１０に供給される少なくとも１つの流体の流れ（流体流）の運動エネルギを電気エネルギに変換するように意図されている。
【0013】
フレーム２０は、発電機１０の軸方向Ｘと実質的に一致する軸方向を有している。したがって、フレーム２０の軸方向およびフレーム２０の中心軸も、参照符号Ｘで示されることがある。フレーム２０は、発電機１０の第１端部１０ａに第１の端板２１と、発電機１０の第２端部１０ｂに第２の端板２２とを備える。したがって、第２の端板２２は、発電機１０の軸方向Ｘにおいて第１の端板２１から距離を置いている。第１の端板２１は、フレーム２０の第１端部２０ａを提供し、図示する発電機１０の実施形態においては、発電機１０の第１端部１０ａを提供する。第２の端板２２は、フレーム２０の第２端部２０ｂを提供し、図示する発電機１０の実施形態においては、発電機１０の第２端部１０ｂを提供する。
【0014】
フレーム２０は、第１の端板２１と第２の端板２２との間において、軸方向Ｘに実質的に平行に延びる複数の支持ロッド２３、図示する実施形態では合計４本の支持ロッド２３、をさらに備えてもよい。支持ロッド２３は、第１の端板２１、第２の端板２２および支持ロッド２３によって発電ユニット３０を収容するための空間２４が設けられるように、第１の端板２１と第２の端板とを互いに固定している。
【0015】
発電ユニット３０は、発電機１０の軸方向Ｘと実質的に一致する軸方向を有する。したがって、発電ユニット３０の軸方向および発電ユニット３０の中心軸も、参照符号Ｘで示されることがある。発電ユニット３０は、その軸方向Ｘにおいて、発電機１０の第１端部１０ａの方を向いた（第１端部１０ａに面する）第１端部３０ａと、発電機１０の第２端部１０ｂの方を向いた第２端部３０ｂとを有している。発電ユニット３０の径方向Ｒは、軸方向Ｘに対して実質的に直交する方向である。
【0016】
発電ユニット３０は、静止流路ユニット（stationary flow channel unit）４０と、複数の磁気ブリッジ要素５１を有する回転可能なロータ５０と、少なくとも１つの、すなわち１つ以上の静止インダクタンスユニット６１と、を備える。流路ユニット４０およびロータ５０は、発電ユニット３０の軸方向Ｘにおいて互いに実質的に連続して配置されており、図示する実施形態では、ロータ５０は、少なくとも部分的に流路ユニット４０の周囲に配置されている。しかしながら、ロータ５０が流路ユニット４０の周囲に少なくとも部分的に配置されていない、他の実施形態も可能である。流路ユニット４０は、ロータ５０を動作させる、すなわち回転させるために、少なくとも１つの流体流をロータ５０に搬送するように配置されている。ロータ５０の回転に応答して、ロータ５０に配置された少なくとも１つの磁気ブリッジ要素５１も、発電ユニット３０の中心軸Ｘを中心とする少なくとも１つの周回経路のそれぞれに沿って回転する。回転するロータ５０に伴う少なくとも１つの磁気ブリッジ要素５１の回転は、少なくとも１つの静止インダクタンスユニット６１に対して回転する磁場を与えるように配置されているので、インダクタンスユニット６１に起電力、すなわち、電圧が誘起される。磁気ブリッジ要素５１は、強磁性材料または磁気特性を有する他の材料もしくは複合材料などの磁性材料を含む磁気要素、あるいは、磁性材料からなる磁気要素である。好ましくは、磁気ブリッジ要素５１は、鉄片、または、他の強磁性材料もしくは強磁性材料を含む複合体の片である。
【0017】
図２ｃには、インダクタンスユニット６１の一例が示されている。２つのインダクタンスコイル６１ａが磁気要素６１ｂで互いに接続され、磁気ブリッジ要素５１の影響範囲Ｇ２内に配置されている。磁気要素６１ｂは、磁性材料を含むか、または、磁性材料から構成された磁気要素である。磁性材料は、例えば、強磁性材料、または磁気特性を有する他の材料もしくは複合材料等である。好ましくは、磁気要素６１ｂは、鉄片、または他の強磁性材料もしくは強磁性材料を含む複合体の片である。このように、磁気ブリッジ要素５１は、発電ユニット３０の回転（移動）構造体上に取り付けられ、インダクタンスユニット６１は、発電ユニット３０の静止部分に取り付けられている。磁気ブリッジ要素５１とインダクタンスユニット６１とは、互いからの影響範囲Ｇ２内に配置される必要があり、これにより、回転構造体、すなわちロータ５０と共に回転する磁気ブリッジ要素５１が、インダクタンスユニット６１に対して磁気ブリッジ要素５１が相対的に移動することに応じて、インダクタンスユニット６１内に起電力を誘導することができる。図２ａには、磁気ブリッジ要素の配置のいくつかの代替例が参照符号５１’で示されている。ここでの重要な特徴は、これらの磁気ブリッジ要素５１が、発電機の回転部分にあり、インダクタンスユニット６１の近傍Ｇ２内にあることである。
【0018】
図２ａおよび図２ｃの実施形態では、インダクタンスユニット６１は、ロータ５０から距離を置いて実質的にロータ５０の隣にあるが、図１ａから図１ｄの実施形態では、インダクタンスユニット６１は、発電機１０の軸方向において、ロータ５０の第２端部５０ｂから距離を置いていることが、本明細書では示される。
【0019】
発電ユニット３０は、流路ユニット４０（例えば、図１ｃおよび図３ｃ）の各締結開口部４１に挿入された締結ボルト２５（例えば、図１ｃ）により、発電機１０のフレーム２０の第１の端板２１に固定されている。また、その他の固定手段を設けてもよい。このように、流路ユニット４０は、発電機１０のフレーム２０に、流路ユニット４０が静止するように固定されている。また、インダクタンスユニット６１は、インダクタンスユニット６１が静止するように、フレーム２０に取り付けられている。ロータ５０は、ロータ５０に流れる流体流に応じて動作するように配置されており、従って、発電ユニット３０における唯一の回転部分である。このように、発電ユニット３０は、３つの主要な部分、すなわち、流路ユニット４０と、少なくとも１つの磁気ブリッジ要素５１が配置されたロータ５０と、インダクタンスユニット６１が固定された静止フレーム２０と、から構成されている。これらの部分のうちの２つの部分、すなわち、流路ユニット４０と、インダクタンスユニット６１を有するフレーム２０とは静止している。１つの部分のみ、すなわち、ロータ５０のみが回転部分である。次に、流路ユニット４０と、ロータ５０と、インダクタンスユニット６１が固定されたフレーム２０との構造、および、発電ユニット３０の動作について、より詳細に開示する。
【0020】
図３ａは、図１ａ～図１ｄの発電ユニット３０の流路ユニット４０の模式的な底面図、図３ｂは、図３ａの流路ユニット４０の模式的な側面図、図３ｃは、図３ａおよび３ｂの流路ユニット４０における、図３ａの線Ｃ－Ｃに沿った模式的な断面側面図、図３ｄは、図３ａ～図３ｃの流路ユニット４０を斜め上から見た模式図である。流路ユニット４０は、発電機１０および発電ユニット３０の軸方向Ｘと実質的に一致する軸方向を有している。したがって、流路ユニット４０の軸方向および流路ユニット４０の中心軸も参照符号Ｘで示されることがある。流路ユニット４０の径方向Ｒは、軸方向Ｘに対して実質的に直交する方向である。
【0021】
流路ユニット４０は、その軸方向Ｘにおいて、発電機１０の第１端部１０ａまたは発電機１０のフレーム２０の第１の端板２１の方に向くように意図された第１端部４０ａを有し、流路ユニット４０の第１端部４０ａは、発電ユニット３０の第１端部３０ａを提供する。さらに、流路ユニット４０は、その軸方向Ｘにおいて、発電ユニット３０の第２端部３０ａまたはロータ５０の方に向くように意図された第２端部４０ｂを有する。
【0022】
流路ユニット４０の第２端部４０ｂには、流路ユニット４０の第１端部４０ａに向かって延在する切頭円錐の形状を有するチャンバ４２がある。チャンバ４２の第１端部４２ａはより小さい直径を有し、流路ユニット４０の第１端部４０ａに向けられている。チャンバ４２の第２端部４２ｂはより大きい直径を有し、流路ユニット４０の第２端部４０ｂ又はロータ５０に向けられている。チャンバ４２の第１端部４２ａは、実質的に平面的な円形板であり、その円形板の中心は流路ユニット４０の中心軸Ｘと実質的に一致する。チャンバ４２の第２端部４２ｂは、流路ユニット４０の第２端部４０ｂの方、すなわち、ロータ５０の方を向いた実質的に開放円である。チャンバ４２の第２端部４２ｂの中心は、流路ユニット４０の中心軸Ｘと実質的に一致する。
【0023】
流路ユニット４０は、流路システムを備える。流路システムは、流路ユニット４０によって受け取られた少なくとも１つの流体流を、ロータ５０の方へ向けて、ロータ５０を動作させるように意図されている。図３ａ～図３ｄの流路ユニット４０の流路システムは、実質的に流路ユニット４０の第１端部４０ａに、少なくとも１つの第１入口流路４３と、少なくとも１つの第２入口流路４５と、を備える。第２入口流路４５は、流路ユニット４０の径方向Ｒにおいて、少なくとも１つの第１入口流路４３よりも流路ユニット４０の中心から離れている。少なくとも１つの第１入口流路４３および少なくとも１つの第２入口流路４５は、ロータ５０を動作させるための少なくとも１つの流体流を流路ユニット４０に受け入れるように意図されている。図示する実施形態では、１つの第１入口流路４３と、第１入口流路４３を囲むように配置された６つの第２入口流路４５とが設けられている。
【0024】
流路ユニット４０の流路システムは、第１入口流路４３からチャンバ４２まで延在する１組の第１サブ流路４４（例えば、図３ａ、３ｃ、３ｄ）を備える。各第１サブ流路４４は、第１入口流路４３に入口開口部４４ａを有し、チャンバ４２の第１端部４２ａに出口開口部４４ｂを有する。出口開口部４４ｂは、チャンバ４２の第１端部４２ａを提供するプレートを通過して延在している。図示する実施形態における第１サブ流路４４の数は７であるが、この数は、例えば発電ユニット３０のサイズ又は公称電力に応じて１からそれ以上まで様々であってよい。第１サブ流路４４を通じて提供される流体流は、後でより詳細に説明するように、流路ユニット４０とロータ５０との間に小さなギャップＧ１またはクリアランス（図１ｃ）を設けて、ロータ５０が流体流に浮遊し、実質的に自由に、すなわちほとんど摩擦なしに、または非常に低い摩擦の総効率で、流路ユニット４０に対して相対的に回転できるよう意図されている。
【0025】
流路ユニット４０の流路システムは、１組の第２サブ流路４６（例えば図１ｄ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）をさらに備える。第２サブ流路４６は、第２入口流路４５から、実質的に流路ユニット４０の第２端部４０ｂにおける流路ユニット４０の外周まで延在している。各第２サブ流路４６は、第２入口流路４５にある入口開口部４６ａと、出口開口部４６ｂとを有する。出口開口部４６ｂは、流路ユニット４０の軸方向Ｘにおいて、ロータ５０に囲まれる流路ユニット４０の位置に、流路ユニット４０の実質的に第２端部４０ｂにおける流路ユニット４０の外周にある。図示する実施形態では、第２サブ流路４６は、図示するように、少なくとも部分的に径方向Ｒに延在するように配置されており、それによって、第２サブ流路４６の出口開口部４６ｂは、流路ユニット４０の軸方向Ｘにおいて、実質的にロータ５０の位置に、流路ユニット４０の外周に配置されている。
【0026】
図示する実施形態における第２サブ流路４６の数は、第２入口流路４５の数に対応して６であるが、この数は、例えば発電ユニット３０のサイズまたは公称電力に応じて１からそれ以上まで様々であってよい。第２サブ流路４６を通じて提供される流体流は、ロータ５０をその回転軸、すなわちロータ５０の中心軸Ｘの周りに回転させるように意図されている。
【0027】
【0028】
図２ａは、ロータ５０の側面図を模式的に示す。図２ｂは、図２ａのロータにおける、図２ａの線Ｄ－Ｄに沿った断面側面図を模式的に示す。図２ｂでは、図２ａに示す磁気ブリッジ要素５１は省略されている。ロータ５０は、発電機１０および発電ユニット３０の軸方向Ｘと実質的に一致する軸方向を有している。したがって、ロータ５０の軸方向、および、ロータ５０の仮想的な回転軸を提供するロータ５０の中心軸も、参照符号Ｘで示されることがある。ロータ５０の径方向Ｒは、軸方向Ｘに実質的に直交する方向である。
【0029】
ロータ５０は、ロータ５０の軸方向Ｘにおいて、ロータ５０の第１端部５０ａを形成する第１の端板５２を有し、ロータ５０の第１端部５０ａは、発電ユニット３０の第１端部３０ａおよび流路ユニット４０の第１端部４０ａの方を向いている（面している）。さらに、ロータ５０は、ロータ５０の軸方向Ｘにおいて、ロータ５０の第２端部５０ｂを形成する第２の端板５３を有し、第２の端板５３は、発電ユニット３０の第２端部３０ｂの方を向いている。
【0030】
ロータ５０の第１の端板５２は、第１の端板５２の中心領域に開口部５４を有している。ロータ５０の第２の端板５３は、第２の端板５３の中心領域に延在部５５を有している。延在部５５は、ロータ５０の内部にあり、第２の端板５３から、すなわちロータ５０の第２端部５０ｂから、第１の端板５２の開口部５４に向かって、すなわちロータ５０の第１端部５０ａに向かって延在する切頭円錐の形状を有する。延在部５５は、より小さい直径を有し、流路ユニット４０に向けられた第１端部５５ａと、より大きい直径を有し、流路ユニット４０から離れる方向、すなわち、ロータ５０の第２端部またはインダクタンスユニット６１に向けられた第２端部５５ｂと、を有する。
【0031】
延在部５５の第１端部５５ａは、実質的に平面的な円形の中実板であり、その中心は、ロータ５０の中心軸Ｘと実質的に一致する。延在部５５の第２端部５５ｂは、ロータ５０の第２の端板５３の実質的に閉じた部分であり、延在部５５の第２端部５５ｂの中心は、ロータ５０の中心軸Ｘと実質的に一致する。
【0032】
ロータ５０における延在部５５の形状および寸法は、流路ユニット４０におけるチャンバ４２と対応する部分（counterpart）を提供するように配置され、それによって、流路ユニット４０におけるチャンバ４２は、ロータ５０における延在部５５を少なくとも部分的に受け入れる又は収容することが可能である。ロータ５０における延在部５５の第１端部５５ａは、流路ユニット４０におけるチャンバ４２の第１端部４２ａに対向する面を提供する。ロータ５０における延在部５５の周囲には、開放空間５６が設けられている。開放空間５６は、発電ユニット３０が組み立てられたときに、流路ユニット４０の外周の上部を受け入れいるまたは収容するように意図されている。
【0033】
ロータ５０は、翼リング５８を提供する複数の翼５７（例えば、図１ｄ）をさらに備える。翼リング５８は、このようにロータ５０の周方向において互いから距離を置いて互いに続く複数の翼５７によって提供されている。翼リング５８は、延在部５５を囲む開放空間５６の外周によって実質的に画定された内周５８ａと、ロータ５０の外周によって実質的に画定された外周５８ｂとを有する。翼５７は、ロータ５０の径方向、すなわちロータ５０の軸方向Ｘに対して実質的に直交する方向に、翼リング５８の内周５８ａから翼リング５８の外周５８ｂに向かって曲線状に延在するように配置されている。
【0034】
翼リング５８の周方向で隣り合う翼５７は、それらの間に複数のロータ流路５９を画定している。ロータ流路５９は、翼リング５８の内周５８ａの方向から、翼リング５８の外周５８ｂに向かって曲線状に延在している。各流路５９は、実質的に翼リング５８の内周５８ａに設けられた入口開口部５９ａと、実質的に翼リング５８の外周５８ｂに設けられた出口開口部５９ｂとを有している。ロータ流路５９の数は、図示する実施形態では８であるが、例えば発電ユニット３０の大きさや公称電力、または流体の種類や粘性に応じて変わり得る。
【0035】
インダクタンスユニット６１は、ロータ５０とともに回転する磁気ブリッジ要素５１の影響範囲にあるが、静止インダクタンスユニット６１に対して磁気ブリッジ要素５１が自由に相対回転できるようにロータ５０における磁気ブリッジ要素５１から少し距離を置いて発電ユニット３０に配置され、固定される。言い換えれば、インダクタンスユニット６１と磁気ブリッジ要素５１との間には、小さなギャップＧ２またはクリアランス(隙間）が存在する。磁気ブリッジ要素５１がインダクタンスユニット６１に対して相対的に回転することに応じて、インダクタンスユニット６１に起電力、すなわち電圧が誘起される。
【0036】
電力出力部が接続されて閉じた電気回路（分かりやすくするために図示せず）を提供する場合、インダクタンスユニット６１に誘起される電圧によって、発電機１０から電流が出力される。本実施形態におけるインダクタンスユニット６１の数は、例えば発電ユニット３０の大きさや公称電力に応じて、１からそれ以上まで様々であってよい。
【0037】
図および上記の説明は、インダクタンスユニット６１を作製して取り付ける２つの可能な実施形態のみを開示しているが、他の実施形態も可能である。
【0038】
図示する発電機１０および発電ユニット３０は、以下のようにして、図に示す位置に組み立てることができる。ロータ５０は、流路ユニット４０におけるチャンバ４２がロータ５０における延在部５５を受け入れ、流路ユニット４０におけるチャンバ４２の第１端部４２ａとロータ５０における延在部５５の第１端部５５ａとが実質的に互いに向かい合う（相対する）ように、流路ユニット４０の頂部に設置される。従って、ロータ５０は、発電ユニット３０の軸方向Ｘにおいて、ロータ流路５９の入口開口部５９ａが流路ユニット４０における第２サブ流路４６の出口開口部４６ｂと一致するように、流路ユニット４０の第２端部４０ｂの周囲に少なくとも部分的に配置される。その後、流路ユニット４０は、ロータ５０と共に、発電機１０のフレーム２０の第１の端板２１に例えば締結ボルト２５で固定され、支持ロッド２３もフレーム２０の第１の端板２１に固定される。組み立ての続きとして、発電機１０のフレーム２０の第２の端板２２にインダクタンスユニット６１を固定し、その後、ロータ５０における磁気ブリッジ要素５１とインダクタンスユニット６１との間に発電ユニット３０の軸方向Ｘに微小なギャップＧ２（図１ｃ）を残すように、フレーム２０の第２の端板２２とインダクタンスユニット６１とを支持ロッド２３に固定してもよい。ただし、他の組み立て順序も可能である。
【0039】
図示する発電機１０の動作は次の通りである。
【0040】
図１ｃに参照符号Ｆで示された矢印で模式的に示された流体流は、破線で模式的に示されたフレーム２０の第１の端板２１における開口部２８を通って、流路ユニット４０の第１端部４０ａで流路ユニット４０に搬送される。流路ユニット４０において、流体流Ｆの一部は、第１サブ流路４４の入口開口部４４ａを通って第１サブ流路４４に流入し、さらに第１サブ流路４４を通り、第１サブ流路４４の出口開口部４４ｂを通ってチャンバ４２に流入する。図１ｃに参照符号Ｆ４４で示された矢印で模式的に示されるように、第１サブ流路４４を通ってチャンバ４２に流入する流体流の当該部分は、チャンバ４２において、流路ユニット４０におけるチャンバ４２の第１端部４２ａと、ロータ５０における延在部５５の第１端部５５ａとの間に圧力効果を与えるよう配置される。この圧力効果により、ロータ５０は、軸方向Ｘにおいて、少しまたはわずかな距離だけ流路ユニット４０から離れるように移動するので、流路ユニット４０とロータ５０との間に小さなギャップＧ１が生じる。ギャップＧ１の位置は、図１ｃにおいて矢印Ｇ１で模式的に示されている。このように、上記圧力効果により、ロータ５０は、発電ユニット３０の軸方向Ｘにおいて、流路ユニット４０から僅かに距離をおいた位置に留まる、すなわち浮いた状態となる。
【0041】
流路ユニット４０において、流体流Ｆの一部は、図１ｃに参照符号Ｆ４６で示す矢印で模式的に示すように、入口開口部４６ａを通って第２サブ流路４６に流入し、第２サブ流路４６および第２サブ流路４６の出口開口部４６ｂを通り、ロータ流路５９の入口開口部５９ａを通ってロータ５０のロータ流路５９に接線方向に更に流入する。さらに、流体流Ｆ４６は、ロータ流路５９およびロータ流路５９の出口開口部５９ｂを通って、ロータの実質的に径方向Ｒに、ロータ５０から流出する。それによって、流体流Ｆ４６の圧力とロータ５０の翼５７との相互作用によりロータ５０が回転する。流路ユニット４０の外周面における第２サブ流路４６の出口開口部４６ｂの位置、流路ユニット４０における第２サブ流路４６の数、およびロータ流路５９の数を選択することにより、発電ユニット３０において流路ユニット４０における第２サブ流路４６の数とロータ流路５９の数が互いにずれていても、発電ユニット３０の動作中、常に、流路ユニット４０における少なくともいくつかの第２サブ流路４６が、ロータ５０における少なくともいくつかのロータ流路５９と流通接触（flow contact）しており、ロータ５０を一定に（定常的に）回転させることができる。
【0042】
上記に開示された発電ユニット３０では、同じ流体流を利用して、流路ユニット４０とロータ５０との間に圧力効果を与えて、発電ユニット３０の軸方向Ｘにおいて流路ユニット４０から少し距離を置いて（少し離して）ロータ５０を留める、すなわち流路ユニット４０からロータ５０を浮かせるとともに、ロータ５０を回転させる。流路ユニット４０とロータ５０との間の圧力効果（発電ユニット３０の軸方向Ｘにおいて、流路ユニット４０から少し離してロータ５０を留める、すなわち浮かせる、圧力効果）によって、流路ユニット４０とロータ５０との間の摩擦が減少し、ロータ５０を流路ユニット４０の周りで実質的またはほとんど摩擦なしに、すなわち、非常に低い総摩擦係数で回転させることが可能になる。このように、この解決策は、発電機１０において、いわゆる浮動軸受の解決策を実現する。これにより、先行技術の発電機で利用されてきた従来の軸受解決策に対して効率の係数を増加させるが、動作および構造は単純である。
【0043】
ロータ５０が回転すると、ロータ５０の回転に応じて磁気ブリッジ要素５１が回転する。それによって磁気ブリッジ要素５１がインダクタンスユニット６１に対して相対的に回転し、インダクタンスユニット６１に起電力、すなわち電圧が誘起される。インダクタンスユニット６１の電力出力部が接続されて閉じた電気回路（分かりやすくするために図示せず）を提供する場合、インダクタンスユニット６１に誘起される電圧によって、発電機１０から電流出力が得られる。
【0044】
一実施形態によれば、インダクタンスユニット６１は、少なくとも１つのサーボモータを有するサーボモータ構造（servo motor arrangement）を備え、それにより、発電ユニット３０の動作時に磁気ブリッジ要素５１とインダクタンスユニット６１との間に作用する電磁力に基づいて、磁気ブリッジ要素５１とインダクタンスユニット６１との間のギャップＧ２のサイズを制御し、それによって間接的にも流量制御ユニット４０とロータ５０との間のギャップＧ１のサイズを制御するようにしてもよい。加えて、または代わりに、流量制御ユニット４０とロータ５０との間のギャップＧ１のサイズは、ロータ５０を浮かせるように意図された流体速度および／または圧力によって制御されてもよい。例えば図１ａは、ロータを浮かせて回転させる流体流の流量および／又は圧力を制御するように意図された制御手段２６、２７を模式的に開示している。磁気ブリッジ要素５１とインダクタンスユニット６１との間のギャップＧ２のサイズの制御、それによる間接的な流量制御ユニット４０とロータ５０との間のギャップＧ１のサイズの制御、またはその逆、および発電機に適用される他の可能な制御は、コンピュータ支援手段によって行われてもよい。
【0045】
流体流Ｆは、例えば、十分な圧力を有する空気流、蒸気流、排ガス流又は液体流であってもよく、空気流、蒸気流、排ガス流および液体流のうちの少なくとも１つを加圧した流体であってもよいが、これに限定されるものではない。したがって、流体流Ｆは、空気流、蒸気流、排ガス流および液体流のうちの少なくとも１つの混合物であってもよい。流体流Ｆは、気相、超臨界相、又は不均質な流体相で生じてもよい。流体流Ｆが空気流である場合、空気流は、風による空気流であってよく、それによって、発電機１０は、例えば、風力発電機に利用されてもよい。また、空気流は、例えば、産業用加圧空気システムにおける加圧空気流であってもよい。流体流Ｆが蒸気流である場合、蒸気流は、蒸気流を発生させるエンジン又はシステムに由来していてもよい。流体流Ｆが排ガス流である場合、排ガス流は、エンジンまたは排ガスを発生させるシステムに由来してもよい。流体流Ｆが発電ユニット３０を適切に動作させるのに十分高い圧力を有していない場合、流体流Ｆの圧力を増加させるための、例えば複数の調整可能なジェットノズルを備えた圧力増加構造が、流路ユニット４０の入口に配置されてもよい。発電機１０に供給される流体流Ｆの典型的な圧力は、例えば、８～１５バールであってもよいが、これに限定されるものではない。
【0046】
開示される発電機１０の公称電力は、例えば、１ｋＷ～１ＭＷの間で様々であってもよいが、これに限定されない。ロータ５０の典型的な回転速度は、例えば、３０００～５００００ｒｐｍであってよいが、これに限定されない。
【0047】
上記に開示した実施形態では、ロータを浮かせるとともにロータを回転させるために、同じ流体相における同じ流体流が使用される。しかしながら、ロータを浮かせる流体流とロータを回転させる流体流とは、同じ流体相の異なる流体流であっても、異なる流体相の異なる流体流であっても、異なる流体相の同じ流体流であってもよい。さらに、上記で開示した実施形態では、ロータを浮かせる流体流とロータを回転させる流体流との供給方向は同じであるが、ロータを浮かせる流体流とロータを回転させる流体流との供給方向も異なっていてもよい。
【0048】
さらに、上記に開示された実施形態では、ロータは特定のロータ軸を有していないが、ロータは軸を有してもよく、軸は、少なくとも１つの流路を提供するために中空であってもよく、および／または発電ユニットにおけるロータの集中化に寄与するものであってもよい。
【0049】
さらに、上記に開示された実施形態では、発電機は、１つだけのロータおよび１つだけの流路ユニットを備える。しかしながら、発電機におけるロータおよび流路ユニットの数は様々であってもよい。さらに、例えば、少なくとも２つのロータを備える発電機におけるロータのサイズは、例えば、発電機の公称電力に鑑みて最適化されたサイズを提供するために変わり得る。このように、発電機は、少なくとも２つのロータを有するロータシステムを備えてもよい。
【0050】
当業者には明らかであろうが、この新規な解決策は逆モードで使用されてもよく、これは、電力がインダクタンスユニットに印加されたときに、開示されたほとんど摩擦のない構造を使用して、流体流を生成することができることを意味する。逆モードでの動作には、特にシャフト潤滑、ベアリングまたは他の潜在的な不純物の発生源が存在する作業において、清浄な空気の輸送から流体の輸送まで、多くの利点または意図された最終用途（使用目的）がある。
【0051】
技術の進歩に伴い、本発明のコンセプトを様々な方法で実施できることは、当業者にとって明らかであろう。本発明およびその実施形態は、上述した例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内で種々の変更が可能である。
【図1a】
【図1b】
【図1c】
【図1d】
【図2a】
【図2b】
【図2c】
【図3a】
【図3b】
【図3c】
【図3d】
【外国語明細書】