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特表2024-514235エネルギーハーベスティング装置、システムおよび製造方法
(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】2024-03-29
(54)【発明の名称】エネルギーハーベスティング装置、システムおよび製造方法
(51)【国際特許分類】
F03D 5/06 20060101AFI20240322BHJP
F03D 15/10 20160101ALI20240322BHJP
【ＦＩ】
F03D5/06
F03D15/10
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023555241
(86)(22)【出願日】2022-03-09
(85)【翻訳文提出日】2023-10-30
(86)【国際出願番号】 GB2022050616
(87)【国際公開番号】W WO2022189790
(87)【国際公開日】2022-09-15
(31)【優先権主張番号】2103390.7
(32)【優先日】2021-03-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2113126.3
(32)【優先日】2021-09-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】63/274,326
(32)【優先日】2021-11-01
(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】521338961
【氏名又は名称】カトリック テクノロジーズ リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＫＡＴＲＩＣＫ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＬＩＭＩＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】ヴェラユサム，カーティキヤン
【テーマコード（参考）】
3H178
【Ｆターム（参考）】
3H178AA18
3H178AA40
3H178AA43
3H178AA70
3H178BB61
3H178BB75
3H178DD28X
(57)【要約】
エネルギーハーベスティング装置が開示されている。エネルギーハーベスティング装置は、入口開口部および出口開口部を有するダクトを備える。エネルギーハーベスティング装置は、ダクト内に配置された１または複数のフォイルをさらに備え、１または複数のフォイルの前縁が、入口開口部に向けて配置されている。また、エネルギーハーベスティング装置は、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するための発電機も備える。発電機は、１または複数の振動部材とエネルギー変換手段とを備える。１または複数の振動部材は、両方の揺動運動を示すように構成され、１または複数のフォイルは、回転運動を示すように構成される。フォイルは、エアロフォイルまたはハイドロフォイルであってもよい。エネルギーハーベスティング装置は、多くの利点を有する再生可能エネルギーを生成するための代替的な装置を提供する。この装置は、振動エネルギーを収穫し、広範囲の流体の流れのパラメータで動作するように最適化することができ、環境への悪影響を最小限に抑え、多くの場所や用途に適している。
【選択図】図１７
【選択図】図１７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エネルギーハーベスティング装置であって、入口開口部および出口開口部を有するダクトと、
前記ダクト内に配置された１または複数のフォイルであって、その前縁が前記入口開口部に向けて配置された１または複数のフォイルと、
１または複数の振動部材およびエネルギー変換手段を含み、前記１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される発電機とを備え、
前記１または複数の振動部材が、前記エネルギー変換手段を駆動する揺動運動を示すように構成され、前記１または複数のフォイルが、前記揺動運動を補助する回転運動を示すように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項2】
請求項１に記載のエネルギーハーベスティング装置において、各振動部材が、前記フォイルに取り付けるための第１の端部と、エネルギー変換手段が配置された第２の端部とを含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項3】
請求項２に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記振動部材が、前記振動部材の第１の端部と第２の端部との間に位置するベアリングを中心に揺動するように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項4】
請求項１～３の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、各振動部材が、中心揺動位置の両側で１°～８９°揺動することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項5】
請求項１～４の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、各振動部材が、中心揺動位置の両側で１°～３０°揺動するか、または各振動部材が、中心揺動位置の両側で１°～１５°揺動することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項6】
請求項１～５の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、動作中、前記フォイルの周囲の流体の流れが、前記振動部材の揺動運動を引き起こす揚力を発生させることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項7】
請求項１～６の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、第１の揺動ストップおよび第２の揺動ストップが、前記振動部材の揺動運動を制限することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項8】
請求項１～７の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、各フォイルが、前記振動部材の軸を中心に回転するように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項9】
請求項１～８の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記フォイルが、中心回転位置の両側で１°～８９°回転することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項10】
請求項１～９の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記フォイルが、中心回転位置の両側で１°～３５°回転することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項11】
請求項１～１０の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、動作中、前記フォイルの重量および／または慣性が、前記フォイルの回転運動を引き起こす回転力を生成することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項12】
請求項１～１１の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記フォイルの回転運動が、前記フォイルの迎え角を反転させることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項13】
請求項１～１２の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、第１の回転ストップおよび第２の回転ストップが、前記フォイルの回転運動を制限することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項14】
請求項３～１３の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記ベアリングが、前記振動部材の軸を中心に、前記振動部材および前記振動部材に取り付けられた前記フォイルを回転させるように構成されたピッチ制御機構を備えることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項15】
請求項１４に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記ピッチ制御機構が、サーボモータと、前記サーボモータを前記振動部材に接続するドライブトレインとを備えることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項16】
請求項１～１５の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記振動部材の第２の端部に配置されたエネルギー変換手段が、揺動運動のみを示して、回転運動を示さないことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項17】
請求項１～１６の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記回転運動が、前記振動部材と前記フォイルの組合せに分離されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項18】
請求項１～１７の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記エネルギー変換手段が、前記振動部材の第２の端部に位置するラックと、ピニオンとを備え、前記ラックが、ピニオンと噛み合うように向けられて位置決めされていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項19】
請求項１８に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記エネルギー変換手段が、発電機をさらに備え、前記ピニオンが、軸によって間接的にまたは直接的に前記発電機に接続されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項20】
請求項１９に記載のエネルギーハーベスティング装置において、動作中、揺動運動が前記ラックを変位させ、それにより前記ピニオンが回転して、前記発電機を駆動することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項21】
請求項１～２０の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記エネルギー変換手段が、振動回転運動を一方向回転運動に変換するように構成されたクラッチ機構を含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項22】
請求項１～２１の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、当該エネルギーハーベスティング装置が、２以上のダクトをさらに備え、それら２以上のダクトの各々が、入口開口部および出口開口部を有し、前記２以上のダクトの各々が、ダクト内に配置された１または複数のフォイルを備え、前記１または複数のフォイルの前縁が前記入口開口部に向けて配置されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項23】
請求項１～２２の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記１または複数のフォイルが、１または複数のエアロフォイルを含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項24】
請求項１～２３の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記１または複数のフォイルが、１または複数のハイドロフォイルを含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項25】
エネルギーハーベスティングシステムであって、請求項１～２４の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置を２以上含むことを特徴とするエネルギーハーベスティングシステム。
【請求項26】
エネルギーハーベスティング装置の製造方法であって、入口開口部および出口開口部を有するダクトを提供するステップと、
前記ダクト内に１または複数のフォイルを提供するステップであって、前記１または複数のフォイルの前縁が前記入口開口部に向けて配置される、ステップと、
１または複数の振動部材およびエネルギー変換手段を含む発電機を提供するステップであって、前記発電機が、前記１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される、ステップとを備え、
前記１または複数の振動部材が、前記エネルギー変換手段を駆動する揺動運動を示すように構成され、前記１または複数のフォイルが、前記揺動運動を補助する回転運動を示すように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法。
【請求項27】
請求項２６に記載のエネルギーハーベスティング装置の製造方法において、風力エネルギーハーベスティング装置の製造方法が、流体の流れを特性評価するステップをさらに含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法。
【請求項28】
請求項２７に記載のエネルギーハーベスティング装置の製造方法において、前記流体の流れとともに使用するための前記エネルギーハーベスティング装置の最適なパラメータを決定するステップをさらに含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エネルギーハーベスティング装置、システムおよび製造方法に関する。特に、エネルギーハーベスティング装置は、再生可能エネルギーを生成するために、風などの流体の流れからエネルギーを収穫するのに適している。
【背景技術】
【0002】
当該技術分野で知られている従来の水平軸風力タービンは、通常、３枚のブレードを備える。風力タービンは、空気力学的揚力の原理に従って、風の運動エネルギーを機械的運動に変換する。動作中、ブレードが回転して発電機を駆動し、発電機が機械的運動を電気に変換する。
【0003】
風力タービンは、再生可能エネルギーの供給源を提供するためにエネルギー産業で広く利用されているが、多くの欠点がある。風力タービンは、狭い風速範囲内でしか動作しない。例えば、風速が速すぎると風力タービンが損傷する危険性がある。逆に、風速が低すぎると、ブレードを回転させるのに十分な揚力が得られない可能性がある。
【0004】
商業用風力発電所は、通常、高さ１００ｍを超える大型風力タービンを備える。大型風力タービンは小型のマイクロ風力タービンよりも効率的であるが、大型風力タービンは、一般に、周囲の景観を占め、環境に美観上の悪影響を与える。風力タービンは周囲の野生生物に影響を与える可能性があるため、さらに環境に悪影響を及ぼす。例えば、風力タービンのブレードが鳥を殺す可能性もある。
【0005】
さらに、そのような大型風力タービンは、ブレードの後方で大きな乱流を発生させる傾向があるため、都市景観や高速道路沿い、特に空港の近くに設置するのに適していない。
【発明の概要】
【0006】
本発明の一態様の目的は、当該技術分野で知られているエネルギーハーベスティング装置の前述した欠点の１または複数を回避するか、または少なくとも軽減するエネルギーハーベスティング装置を提供することである。
【0007】
本発明の第１の態様によれば、
入口開口部および出口開口部を有するダクトと、
ダクト内に配置された１または複数のフォイルであって、その前縁が入口開口部に向けて配置された１または複数のフォイルと、
１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される発電機と
を備えたエネルギーハーベスティング装置が提供される。
入口開口部および出口開口部を有するダクトと、
ダクト内に配置された１または複数のフォイルであって、その前縁が入口開口部に向けて配置された１または複数のフォイルと、
１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される発電機と
を備えたエネルギーハーベスティング装置が提供される。
【0008】
好ましくは、入口開口部は、エネルギーハーベスティング装置の第１の表面に位置し、出口開口部は、エネルギーハーベスティング装置の第２の表面に位置する。
【0009】
好ましくは、第２の表面は、第１の表面の実質的に反対側にある。代替的には、第２の表面は、第１の表面に対して実質的に接線方向にある。
【0010】
代替的には、入口開口部は、第１の表面の第１の領域に位置し、出口開口部は、第１の表面の第２の領域に位置する。
【0011】
最も好ましくは、１または複数のフォイルは、１または複数のフォイルの翼幅方向における厚さの変化を含む。１または複数のフォイルは、ポジティブキャンバ断面およびネガティブキャンバ断面の両方を含むことができる。１または複数のフォイルは、逆向きに相互作用する揚力および抗力を生成し、それにより振動、より具体的には、フラッタ振動を引き起こす。
【0012】
好ましくは、１または複数のフォイルは、１または複数のフォイルの翼弦方向における厚さの変化を含む。
【0013】
任意選択的には、１または複数のフォイルは、１または複数の重りを含む。１または複数の重りは、１または複数のフォイルの内部構造内に均一または不均一に分布している。
【0014】
好ましくは、エネルギーハーベスティング装置は、発電機ハウジングをさらに備える。この発電機ハウジングは、第１の表面から突出する円錐状の部分を含むことができる。
【0015】
任意選択的には、円錐状の部分は、１または複数のフィンを備える。フィンは、不連続な頂点を含むことができる。フィンは乱流を誘導する。
【0016】
任意選択的には、エネルギーハーベスティング装置は、１または複数のフラップをさらに備える。１または複数のフラップは、ダクトの入口開口部および／またはフォイルの後縁に配置される。フラップは、乱れた流体の流れを誘導する。
【0017】
任意選択的には、エネルギーハーベスティング装置は、入口開口部およびまたは出口開口部にわたるメッシュをさらに備える。メッシュは、乱れた流体の流れを誘導し、かつ／または、例えば、フォイルを保護するバリアとして機能する。
【0018】
任意選択的には、エネルギーハーベスティング装置は、流量制限器をさらに含む。流量制限器は、ダクト内に配置される。流量制限器は、ダクトを狭め、または広げる。流量制限器は、乱れた流体の流れを誘導する。
【0019】
最も好ましくは、発電機は、１または複数の振動装置および１または複数のエネルギー変換手段を備える。
【0020】
好ましくは、１または複数の振動装置は、１または複数の振動レンズを備える。１または複数の振動レンズの各々は、少なくとも２の集束部材を含み、少なくとも２の集束部材の各々は、フォイルに取り付けるための第１の端部と、第２の端部とを有し、少なくとも２の集束部材は、集束部材間の間隔が第１の端部から第２の端部に向かって減少するように配置される。
【0021】
任意選択的には、１または複数の振動レンズの各々は、複数の集束部材を含み、２以上のフォイルが、１または複数の振動レンズの各々に取り付けられるものであってもよい。
【0022】
好ましくは、少なくとも２の集束部材の第１の端部は、フォイルの内部構造に取り付けられる。代替的には、少なくとも２の集束部材の第１の端部は、フォイルの表面、より具体的にはフォイルの第１の側面に取り付けられる。
【0023】
好ましくは、少なくとも２の集束部材は、振動レンズの第２の端部に向かって合流する。少なくとも２の集束部材は、発電機ハウジングを通過する前または通過した後に合流することができる。
【0024】
好ましくは、少なくとも２の集束部材は、ベアリングによって発電機ハウジングを通過する。
【0025】
最も好ましくは、エネルギー変換手段は、振動レンズの第２の端部に配置される。
【0026】
好ましくは、エネルギー変換手段は、磁石とコイルである。
【0027】
任意選択的には、エネルギー変換手段は、ロータおよび弾性コイルコネクタをさらに備える。
【0028】
代替的には、エネルギー変換手段は、圧電結晶である。
【0029】
最も好ましくは、エネルギーハーベスティング装置は、２以上のダクトをさらに備え、２以上のダクトの各々は、入口開口部および出口開口部を有する。好ましくは、２以上のダクトの各々は、ダクト内に配置された１または複数のフォイルを含み、１または複数のフォイルの前縁は、入口開口部に向けられている。任意選択的には、エネルギーハーベスティング装置は、最大１８のダクトを含む。
【0030】
好ましくは、２以上のダクトは、発電機ハウジングの周りに配置される。
【0031】
任意選択的には、２以上のダクトは、発電機ハウジングのための１または複数の枝部材を形成する。
【0032】
任意選択的には、エネルギーハーベスティング装置は、レンズをさらに備える。レンズは、太陽放射を集束させて、対流する空気の流れを誘導するのに適している。
【0033】
任意選択的には、エネルギーハーベスティング装置は、遮音材の層をさらに備える。
【0034】
代替的には、１または複数の振動装置は、１または複数の振動部材を備える。各振動部材は、フォイルに取り付けるための第１の端部と、エネルギー変換手段が配置された第２の端部とを備える。
【0035】
好ましくは、振動部材は、振動部材の第１の端部と第２の端部との間に位置するベアリングを中心に揺動するように構成される。好ましくは、振動部材は、中心揺動位置の両側で１°～８９°揺動することができる。好ましくは、振動部材は、中心揺動位置の両側で１°～３０°揺動することができる。最も好ましくは、振動部材は、中心揺動位置の両側で１°～１５°揺動することができる。
【0036】
好ましくは、動作中、フォイルの周りの流体の流れは、揚力を発生させ、それにより振動部材の揺動運動を引き起こす。
【0037】
好ましくは、第１の揺動ストップおよび第２の揺動ストップは、振動部材の揺動運動を制限する。
【0038】
好ましくは、各フォイルは、振動部材の軸を中心に回転するように構成される。フォイルは、中心回転位置の両側で１°～８９°回転することができる。最も好ましくは、フォイル部材は、中心回転位置の両側で１°～３５°回転することができる。
【0039】
好ましくは、動作中、フォイルの重量および／または慣性は、フォイルの回転運動を引き起こす回転力を発生させる。回転運動は、フォイルの迎え角を変化させ、より具体的には反転させる。
【0040】
好ましくは、第１の回転ストップおよび第２の回転ストップは、フォイルの回転運動を制限する。
【0041】
任意選択的には、ベアリングは、振動部材の軸を中心に、振動部材および振動部材に取り付けられたフォイルを回転させるように構成されたピッチ制御機構を備える。ピッチ制御機構は、サーボモータと、サーボモータを振動部材に接続するドライブトレインとを備える。
【0042】
好ましくは、振動部材の第２の端部に位置するエネルギー変換手段は、揺動運動のみを示し、回転運動を示さない。回転運動は、振動部材およびフォイルの組合せに分離される。
【0043】
好ましくは、揺動運動は、エネルギー変換手段を駆動し、回転運動は、揺動運動を補助する。
【0044】
好ましくは、エネルギー変換手段は、振動部材の第２の端部に配置されたラックを含む。ラックは、ピニオンと噛み合うように向けられて位置決めされる。ピニオンは、軸によって間接的にまたは直接的に発電機に接続される。動作中、揺動運動はラックを変位させ、それによりピニオンが回転して、発電機を駆動する。
【0045】
任意選択的には、エネルギー変換手段は、振動回転運動を一方向回転運動に変換するように構成されたクラッチ機構を備える。
【0046】
好ましくは、エネルギーハーベスティング装置は、風力エネルギーハーベスティング装置である。流体の流れは風である。１または複数のフォイルは、１または複数のエアロフォイルを含む。
【0047】
追加的または代替的には、エネルギーハーベスティング装置は、水流エネルギーハーベスティング装置である。流体の流れは水流である。１または複数のフォイルは、１または複数のハイドロフォイルを含む。
【0048】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様に係るエネルギーハーベスティング装置を２以上含むエネルギーハーベスティングシステムが提供される。
【0049】
好ましくは、２以上のエネルギーハーベスティング装置は、横並びに、かつ／または相互に積み重ねられる。
【0050】
本発明の第２の態様の実施形態は、本発明の第１の態様の好ましい特徴または任意の特徴を実施するための特徴を含むことができ、その逆もまた同様である。
【0051】
本発明の第３の態様によれば、エネルギーハーベスティング装置の製造方法であって、
入口開口部および出口開口部を有するダクトを提供するステップと、
ダクト内に１または複数のフォイルを提供するステップであって、１または複数のフォイルの前縁が入口開口部に向けて配置される、ステップと、
１または複数のフォイルの運動を電気に変換する発電機を提供するステップと
を含むエネルギーハーベスティング装置の製造方法が提供される。
入口開口部および出口開口部を有するダクトを提供するステップと、
ダクト内に１または複数のフォイルを提供するステップであって、１または複数のフォイルの前縁が入口開口部に向けて配置される、ステップと、
１または複数のフォイルの運動を電気に変換する発電機を提供するステップと
を含むエネルギーハーベスティング装置の製造方法が提供される。
【0052】
最も好ましくは、風力エネルギーハーベスティング装置の製造方法は、空気の流れを特性評価するステップをさらに含む。
【0053】
好ましくは、流体の流れを特性評価することは、流体の流れの平均速度、流体の流れの速度分布、乱流、流体の流れのせん断プロファイル、流体の流れの方向分布、および長期間の時間的な流体の流れの変動を特性評価することを含むことができる。
【0054】
最も好ましくは、エネルギーハーベスティング装置の製造方法は、流体の流れとともに使用するための流体エネルギーハーベスティング装置の最適なパラメータを決定するステップをさらに含む。
【0055】
好ましくは、エネルギーハーベスティング装置の最適なパラメータを決定することは、流体エネルギーハーベスティング装置の寸法、ダクトの寸法および形状、フォイルの形状および構造、振動装置の寸法、形状、材料組成、向きおよび配置、ダクト内の２以上のフォイルの相対的な位置、フィン、フラップ、メッシュおよび流量制限器の配置および構成、並びに、発電機の配置および構成を決定することを含む。
【0056】
本発明の第３の態様の実施形態は、本発明の第１および／または第２の態様の好ましい特徴または任意の特徴を実施するための特徴を含むことができ、その逆もまた同様である。
【0057】
本発明の第４の態様によれば、翼弦方向および／または翼幅方向において厚さの変化を含むフォイルが提供される。
【0058】
好ましくは、フォイルは、ポジティブキャンバ断面およびネガティブキャンバ断面の両方を含む。
【0059】
フォイルは、逆向きに相互作用する揚力および抗力を生成し、それにより振動、より具体的には、フラッタ振動を引き起こす。
【0060】
本発明の第４の態様の実施形態は、本発明の第１、第２および／または第３の態様の好ましい特徴または任意の特徴を実施するための特徴を含むことができ、その逆もまた同様である。
【0061】
本発明の第５の態様によれば、エネルギーハーベスティング装置であって、
入口開口部および出口開口部を有するダクトと、
ダクト内に配置された１または複数のフォイルであって、その前縁が入口開口部に向けて配置された１または複数のフォイルと、
１または複数の振動レンズおよびエネルギー変換手段を含み、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される発電機とを備え、
１または複数の振動レンズが、１または複数のフォイルの運動からの振動をエネルギー変換手段に集束させることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置が提供される。
入口開口部および出口開口部を有するダクトと、
ダクト内に配置された１または複数のフォイルであって、その前縁が入口開口部に向けて配置された１または複数のフォイルと、
１または複数の振動レンズおよびエネルギー変換手段を含み、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される発電機とを備え、
１または複数の振動レンズが、１または複数のフォイルの運動からの振動をエネルギー変換手段に集束させることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置が提供される。
【0062】
本発明の第５の態様の実施形態は、本発明の第１、第２、第３および／または第４の態様の好ましい特徴または任意の特徴を実施するための特徴を含むことができ、その逆もまた同様である。
【0063】
本発明の第６の態様によれば、エネルギーハーベスティング装置の製造方法であって、
入口開口部および出口開口部を有するダクトを提供するステップと、
ダクト内に１または複数のフォイルを提供するステップであって、１または複数のフォイルの前縁が入口開口部に向けて配置される、ステップと、
１または複数の振動レンズおよびエネルギー変換手段を含む発電機を提供するステップであって、発電機が、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される、ステップとを備え、
１または複数の振動レンズが、１または複数のフォイルの運動からの振動をエネルギー変換手段に集束させることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法が提供される。
入口開口部および出口開口部を有するダクトを提供するステップと、
ダクト内に１または複数のフォイルを提供するステップであって、１または複数のフォイルの前縁が入口開口部に向けて配置される、ステップと、
１または複数の振動レンズおよびエネルギー変換手段を含む発電機を提供するステップであって、発電機が、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される、ステップとを備え、
１または複数の振動レンズが、１または複数のフォイルの運動からの振動をエネルギー変換手段に集束させることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法が提供される。
【0064】
本発明の第６の態様の実施形態は、本発明の第１、第２、第３、第４および／または第５の態様の好ましい特徴または任意の特徴を実施するための特徴を含むことができ、その逆もまた同様である。
【0065】
本発明の第７の態様によれば、エネルギーハーベスティング装置であって、
入口開口部および出口開口部を有するダクトと、
ダクト内に配置された１または複数のフォイルであって、その前縁が入口開口部に向けて配置された１または複数のフォイルと、
１または複数の振動部材およびエネルギー変換手段を含み、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される発電機とを備え、
１または複数の振動部材が、エネルギー変換手段を駆動する揺動運動を示すように構成され、１または複数のフォイルが、揺動運動を補助する回転運動を示すように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置が提供される。
入口開口部および出口開口部を有するダクトと、
ダクト内に配置された１または複数のフォイルであって、その前縁が入口開口部に向けて配置された１または複数のフォイルと、
１または複数の振動部材およびエネルギー変換手段を含み、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される発電機とを備え、
１または複数の振動部材が、エネルギー変換手段を駆動する揺動運動を示すように構成され、１または複数のフォイルが、揺動運動を補助する回転運動を示すように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置が提供される。
【0066】
本発明の第７の態様の実施形態は、本発明の第１、第２、第３、第４、第５および／または第６の態様の好ましい特徴または任意の特徴を実施するための特徴を含むことができ、その逆もまた同様である。
【0067】
本発明の第８の態様によれば、エネルギーハーベスティング装置の製造方法であって、
入口開口部および出口開口部を有するダクトを提供するステップと、
ダクト内に１または複数のフォイルを提供するステップであって、１または複数のフォイルの前縁が入口開口部に向けて配置される、ステップと、
１または複数の振動部材およびエネルギー変換手段を含む発電機を提供するステップであって、発電機が、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される、ステップとを備え、
１または複数の振動部材が、エネルギー変換手段を駆動する揺動運動を示すように構成され、１または複数のフォイルが、揺動運動を補助する回転運動を示すように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法が提供される。
入口開口部および出口開口部を有するダクトを提供するステップと、
ダクト内に１または複数のフォイルを提供するステップであって、１または複数のフォイルの前縁が入口開口部に向けて配置される、ステップと、
１または複数の振動部材およびエネルギー変換手段を含む発電機を提供するステップであって、発電機が、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するために使用される、ステップとを備え、
１または複数の振動部材が、エネルギー変換手段を駆動する揺動運動を示すように構成され、１または複数のフォイルが、揺動運動を補助する回転運動を示すように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法が提供される。
【0068】
本発明の第８の態様の実施形態は、本発明の第１、第２、第３、第４、第５、第６および／または第７の態様の好ましい特徴または任意の特徴を実施するための特徴を含むことができ、その逆もまた同様である。
【図面の簡単な説明】
【0069】
以下、単なる例として、本発明の様々な実施形態を図面を参照して説明する。
【0070】
以下の説明において、本明細書および図面全体を通して、同様の部品には同一の符号が付されている。図面は必ずしも縮尺通りではなく、特定の部品の比率は、本発明の実施形態の詳細および特徴をより良く説明するために誇張されている。
【発明を実施するための形態】
【0071】
【0072】
エネルギーハーベスティング装置
図１および図２は、エネルギーハーベスティング装置１ａを示している。より具体的には、エネルギーハーベスティング装置１ａは、風、潮流、あるいは川の流れのような流体の流れからエネルギーを採取するのに適している。エネルギーハーベスティング装置１ａは、第１の表面２ａと、反対側の第２の表面３ａとを含む。第１および第２の表面２ａ、３ａはともに、中心軸４に対して垂直であり、中心軸を中心としている。
図１および図２は、エネルギーハーベスティング装置１ａを示している。より具体的には、エネルギーハーベスティング装置１ａは、風、潮流、あるいは川の流れのような流体の流れからエネルギーを採取するのに適している。エネルギーハーベスティング装置１ａは、第１の表面２ａと、反対側の第２の表面３ａとを含む。第１および第２の表面２ａ、３ａはともに、中心軸４に対して垂直であり、中心軸を中心としている。
【0073】
発電機ハウジング
エネルギーハーベスティング装置１ａは、中心軸４を中心として配置された発電機ハウジング５ａをさらに備える。発電機ハウジング５ａは、図３から明らかなように、内部部分６と円錐状部分７とを備える。発電機ハウジング５の内部部分６は、第１および第２の表面２ａ、３ａ間に延びており、実質的に円形の断面形状を有する。発電機ハウジング５の内部部分６は、第１および第２の表面２ａ、３ａ間で変化し得る任意の適切な断面形状を有することができることを理解されたい。発電機ハウジング５ａの円錐状部分７は、第１の表面２ａから突出し、中心軸４に向かって先細になる内部部分６の続きをなす。
エネルギーハーベスティング装置１ａは、中心軸４を中心として配置された発電機ハウジング５ａをさらに備える。発電機ハウジング５ａは、図３から明らかなように、内部部分６と円錐状部分７とを備える。発電機ハウジング５の内部部分６は、第１および第２の表面２ａ、３ａ間に延びており、実質的に円形の断面形状を有する。発電機ハウジング５の内部部分６は、第１および第２の表面２ａ、３ａ間で変化し得る任意の適切な断面形状を有することができることを理解されたい。発電機ハウジング５ａの円錐状部分７は、第１の表面２ａから突出し、中心軸４に向かって先細になる内部部分６の続きをなす。
【0074】
ダクト
エネルギーハーベスティング装置１ａは、図１および図２によって明確に示されるように、発電機ハウジング５ａを中心に周方向に配置されたダクト８ａをさらに備える。ダクト８ａは、エネルギーハーベスティング装置１ａを通る流体の流れ９を導くのに適した、第１および第２の表面２ａ、３ａ間の通路の形態をとる。流体の流れ９は、気体流または液体流の形態を取り得ることが理解されよう。
エネルギーハーベスティング装置１ａは、図１および図２によって明確に示されるように、発電機ハウジング５ａを中心に周方向に配置されたダクト８ａをさらに備える。ダクト８ａは、エネルギーハーベスティング装置１ａを通る流体の流れ９を導くのに適した、第１および第２の表面２ａ、３ａ間の通路の形態をとる。流体の流れ９は、気体流または液体流の形態を取り得ることが理解されよう。
【0075】
発電機ハウジング５ａの円錐状部分７は、ダクト８ａに向かって流体の流れ９をそらす。図１および図２に示すようなエネルギーハーベスティング装置１ａは、効率的な動作のために、発電機ハウジング５ａの周囲に配置された１８個以下のダクト８ａを備えることが好ましいことが分かっている。
【0076】
各ダクト８ａは、第１の表面２ａ上の入口開口部１０と、第２の表面３ａ上の対応する出口開口部１１とを備える。図１および図２に示すように、ダクト８はほぼ楕円形の断面形状を有する。ダクト８ａは、楕円断面形状の半長軸が中心軸４から半径方向に延びるように向けられている。ダクト８ａは、任意の適切な断面形状を有し得ることが理解されよう。
【0077】
【0078】
図２および図３は、ダクト８ａの断面形状が中心軸４の方向に変化することを示している。換言すれば、断面形状は第１および第２の表面２ａ、３ａ間で変化する。ダクト８ａの断面形状のこの変化は、エネルギーハーベスティング装置１ａを通る流体の流れ９の速度を変化させるように構成され得る。代替例として、ダクト８ａは、均一な断面形状を有することができる。
【0079】
図１および図３は、ダクト８ａが第２の表面３から突出する任意の外部部分１２を備えることを示している。外部部分１２は、出口開口部１１からエネルギーハーベスティング装置１ａを出る流体の流れ９の向きを変えるように構成されている。
【0080】
フォイル
エネルギーハーベスティング装置１ａは、図３および図４に示すように、各ダクト８ａ内に配置された１または複数のフォイル１３をさらに備える。より具体的には、１または複数のフォイル１３は、流体の流れ９が気体流であるか液体流であるかに応じて、１または複数のエアロフォイルまたは１または複数のハイドロフォイルの形態をとる。
エネルギーハーベスティング装置１ａは、図３および図４に示すように、各ダクト８ａ内に配置された１または複数のフォイル１３をさらに備える。より具体的には、１または複数のフォイル１３は、流体の流れ９が気体流であるか液体流であるかに応じて、１または複数のエアロフォイルまたは１または複数のハイドロフォイルの形態をとる。
【0081】
図５は、フォイル１３を示しており、フォイル１３の形状を説明するために使用されるいくつかの用語を定義している。フォイル１３は、前縁１４および後縁１５を備える。前縁１４、すなわち最前縁は、入射する流体の流れ９に出会う最初のフォイル表面である。このため、前縁１４は、入射する流体の流れ９を分離する。後縁１５、すなわち最後縁は、前縁１４によって分離された流体の流れ９が合流する位置である。
【0082】
フォイル１３は、翼弦１６および翼幅１７も備える。翼弦１６は、前縁と後縁１４、１５の間の距離である。一方、翼幅１７は、フォイル１３の第１の側１８と第２の側１９との間の距離である。さらに、翼弦線２０は、前縁と後縁１４、１５を結ぶ仮想直線として定義される。
【0083】
フォイル１３は、上面２１および下面２２をさらに備える。上面および下面１９、２１の相対的な曲率は、フォイル１３の翼弦方向にわたって延びる、上面および下面１９、２１の間で等距離にある線であるキャンバ線２３によってパラメータ化される。フォイル１３は、翼幅１７にわたって均一な断面を備える。
【0084】
図３は、ダクト８ａ内に取り付けられたフォイル１３を示している。フォイル１３は、前縁１４が入口開口部１０の方に位置し、後縁１５が出口開口部１１の方に位置するような向きで配置されている。換言すれば、フォイル１３の翼弦方向は中心軸４と実質的に平行である。
【0085】
動作中、流体の流れは、入口開口部１０を通ってダクト１３に入り、フォイル１３を通過して流れて空気力学的または流体力学的な力を引き起こし、その後、出口開口部１１を通ってダクト１３から出る。フォイル１３は運動、振動、および／または特にフラッタ振動を示し、エネルギーハーベスティング装置１ａが捕捉、集束、伝達、収束、および／または電気エネルギーに変換するのは、それら振動からの運動エネルギーである。
【0086】
空気力学的または流体力学的な力がフォイル１３を撓ませると、フォイル１３構造の弾性により、フォイル１３を元の形状に戻す復元力が作用する。フラッタは、流体力学的力とフォイル１３の復元力との間の正のフィードバックによって引き起こされる動的不安定性である。当該技術分野で知られているフォイル１３は、通常、フラッタを回避するように設計されているが、本発明が有用な電気エネルギーに変換するのは機械的振動エネルギーであるため、それらの振動はエネルギーハーベスティング装置１ａにおいて望ましい。
【0087】
図５のフォイル１３はフラッタ振動を示すことができるが、
ａ）フォイル１３の形状および構造を修正して、反対に相互作用する揚力を誘導または増幅し、かつ／または、
ｂ）流体の流れ９を調整して、例えば乱れた流体の流れ２４を引き起こすことにより、
それらフラッタ振動を強化することが可能であり、好ましい。
ａ）フォイル１３の形状および構造を修正して、反対に相互作用する揚力を誘導または増幅し、かつ／または、
ｂ）流体の流れ９を調整して、例えば乱れた流体の流れ２４を引き起こすことにより、
それらフラッタ振動を強化することが可能であり、好ましい。
【0088】
（ａ）修正フォイル
図６は、翼幅方向に厚み変化を持たせた修正フォイル２５ａを示している。修正フォイル２５ａは、ポジティブキャンバ断面２６とネガティブキャンバ断面２７の両方を含む。ポジティブキャンバ断面２６は、揚力２８をもたらし、図７ａに示すように、上面２１と翼弦線２０との間に位置するキャンバ線２３によって定義される。ネガティブキャンバ断面２７は、抗力２９をもたらし、図７ｂに示すように、下面２２と翼弦線２０との間に位置するキャンバ線２３によって定義される。修正フォイル２５ａは、振動、および／または特にフラッタ振動を引き起こす、逆方向に相互作用する揚力と抗力２８、２９を示す。図６の修正フォイル２５ａは、翼弦方向に平行な軸を中心に振動を示す。
図６は、翼幅方向に厚み変化を持たせた修正フォイル２５ａを示している。修正フォイル２５ａは、ポジティブキャンバ断面２６とネガティブキャンバ断面２７の両方を含む。ポジティブキャンバ断面２６は、揚力２８をもたらし、図７ａに示すように、上面２１と翼弦線２０との間に位置するキャンバ線２３によって定義される。ネガティブキャンバ断面２７は、抗力２９をもたらし、図７ｂに示すように、下面２２と翼弦線２０との間に位置するキャンバ線２３によって定義される。修正フォイル２５ａは、振動、および／または特にフラッタ振動を引き起こす、逆方向に相互作用する揚力と抗力２８、２９を示す。図６の修正フォイル２５ａは、翼弦方向に平行な軸を中心に振動を示す。
【0089】
追加的または代替的な特徴として、修正フォイル２５ａは、振動を誘発し、かつ／または増幅するための重り３０をさらに含むことができる。修正フォイル２５ａは中空であり、内部構造３１含む。図６に示す重り３０は、翼弦方向と翼幅方向にわたってフォイル２５ａの内部構造３１内に不均一に分布している。
【0090】
図８は、翼弦方向に厚さの変化を持たせた代替的な修正フォイル２５ｂを示している。これにより、フォイル２５ｂの翼弦方向にわたって揚力および抗力２８、２９が生じ、翼幅方向に平行な軸の周りの振動が引き起こされる。
【0091】
図９は、翼幅方向と翼弦方向の両方に厚さの変化を有し、翼弦方向および翼幅方向に平行な軸の周りの振動の組合せが生じる、更なる代替的な修正フォイル２５ｃを示している。
【0092】
（ｂ）流体の流れの調整
追加的または代替的な特徴として、エネルギーハーベスティング装置１は、発電機ハウジング５ａの円錐状部分７から突出する図３に示すようなフィン３２を備える。フィン３２は、不連続な頂点３３を含み、入射する流体の流れ９の滑らかな層流を乱し、乱れた流体の流れ２４を形成する。
追加的または代替的な特徴として、エネルギーハーベスティング装置１は、発電機ハウジング５ａの円錐状部分７から突出する図３に示すようなフィン３２を備える。フィン３２は、不連続な頂点３３を含み、入射する流体の流れ９の滑らかな層流を乱し、乱れた流体の流れ２４を形成する。
【0093】
更なる追加的または代替的な特徴として、エネルギーハーベスティング装置１ａは、フラップ３４を備える。図３に示すように、フラップ３４はダクト８ａの入口開口部１０に配置され、あるいは図４に示すように、フラップ３４はフォイル１３の後縁に配置されている。フラップ３４は揺動して流体の流れ９を逸らして乱し、乱れた流体の流れ２４を生じさせる。
【0094】
別の追加的または代替的な特徴として、エネルギーハーベスティング装置１ａは、図４に示すように、ダクト８ａの入口開口部１０にわたるメッシュ３５を備える。メッシュ３５は均一であるが、メッシュ３５は代わりに不均一であってもよいことが理解されよう。ダクト８ａの入口開口部１０に入る流体の流れ９はメッシュ３５を通過する。メッシュ３５は流体の流れ９を乱し、乱れた流体の流れ２４を発生させる。メッシュ３５は、二重の機能を有し、エネルギーハーベスティング装置１ａの内部コンポーネントを保護するバリアとしても機能する。このため、エネルギーハーベスティング装置１ａは、ダクト８ａの出口開口部１１にわたるメッシュを備えることもできる。
【0095】
追加的または代替的な特徴として、エネルギーハーベスティング装置１ａは、図４に示すように、通路の断面形状を狭める（または広げる）ためにダクト８ａ内に配置された流量制限器３６を備える。流量制限器３６は、流体の流れ９の速度を増加させるボトルネックとして機能する。流量制限器３６は、流体の流れ９を乱し、乱れた流体の流れ２４を生成する。
【0096】
発電機および振動装置
エネルギーハーベスティング装置１ａは、１または複数のフォイル１３、２５の運動、すなわち振動を電気に変換するために採用される発電機３７をさらに備える。
エネルギーハーベスティング装置１ａは、１または複数のフォイル１３、２５の運動、すなわち振動を電気に変換するために採用される発電機３７をさらに備える。
【0097】
発電機３７は、１または複数の振動レンズ３８の形態の１または複数の振動装置およびエネルギー変換手段３９を備える。各振動レンズ３８は、発電機ハウジング５内に配置されたエネルギー変換手段３９に向けて、１または複数のフォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃからの振動を捕捉し、伝達し、収束させ、かつ／または集束させる。振動レンズ３８は、二重の目的を有し、複数のダクト８内に各フォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃを取り付けるための手段でもある。
【0098】
振動レンズ３８は、本出願人の同時係属中の英国特許公開第ＧＢ２５８６０６７号および英国特許出願第ＧＢ２００８９１２．４号に記載されているようなタイプのものであってもよい。図３および図４に示すように、振動レンズ３８は、少なくとも２の集束部材４０を備える。少なくとも２の集束部材４０の各々は、振動源、この場合はフォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃに取り付けるための第１の端部４１と、第２の端部４２とを有する。少なくとも２の集束部材４０は、集束部材４０間の間隔が第１の端部４１から第２の端部４２に向かって小さくなるように配置されている。
【0099】
図３および図４に示すように、各集束部材４０の第１の端部４１は、フォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ内に延び、内部構造３１に取り付けられている。追加的または代替的には、各集束部材４０の第１の端部４１は、第１の側面１８のようなフォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃの表面１４、１５、１８、１９、２１、２２に取り付けることができる。
【0100】
図３および図４に示す集束部材４０は、フォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃの第１の側面１８から中心軸に向かって延びている。このため、翼幅方向に厚さが変化するフォイル２５ａは、集束部材４０に振動変位、すなわち線形振動を引き起こすことになる。逆に、翼弦方向に厚さが変化するフォイル２５ａは、集束部材４０に振動性のねじれ運動を引き起こすことになる。さらに、翼弦方向と翼幅方向の両方に厚さが変化するフォイル２５ｃは、組み合わされた振動変位とねじれ運動の両方を引き起こすことになる。集束部材４０によって示される運動は、集束部材４０が取り付けられる位置と、フォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃの形状および構造に依存する。
【0101】
図３および図４は、集束部材４０が第２の端部４２に向かって合流し、発電機ハウジング５ａを通過し、発電機ハウジング５ａ内で中心軸４に向かって延びる様子を示している。代替的には、集束部材４０は、発電機ハウジング５ａを通過してから合流することができる。集束部材４０は、集束部材４０が発電機ハウジング５内でフォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃの運動を伝達するのを容易にするベアリング４３によって、発電機ハウジング５ａを通過する。ベアリング４３のタイプは、集束部材４０によって示される運動のタイプ、例えば振動変位および／またはねじれに依存することとなる。
【0102】
フォイル９、２５ａ、２５ｂ、２５ｃは、１０～５０Ｈｚの比較的低い周波数において、１０～２５ｍｍの集束部材の第２の端部の変位に等しい比較的高い振幅で振動して揺れ動くように設計されている。代替的には、フォイルは、５０Ｈｚを超える中程度の周波数において、同様の比較的高い振幅（１０～２５ｍｍ）で振動するものであってもよい。
【0103】
エネルギー変換手段３９は、発電機ハウジング５ａ内の振動レンズ３８の第２の端部４２に配置されている。図３および図１０に示すように、エネルギー変換手段３９は、集束部材４０の第２の端部４２に取り付けられた磁石４４の形態をとり、コイル４５が磁石４４の周囲に配置されている。エネルギー変換手段３９は、コイル４５に対する磁石４４の相対的な動きが、コイル４５に電流を誘導する変化する磁束を作り出すという磁気誘導の原理に基づいて動作する。図１０から明らかなように、磁石４４とコイル４５は、中心軸４の周りに複数セット配置されており、各セットは独立して発電する。
【0104】
追加的または代替的な特徴として、エネルギー変換手段３９は圧電結晶の形態をとることができる。
【0105】
エネルギーハーベスティングシステム
図１１は、エネルギーハーベスティング装置１を横に並べて互いに積み重ねたアレイを含むエネルギーハーベスティングシステム４６を示している。このため、エネルギーハーベスティングシステム４６は、壁、フェンス、構造物や建物のパネル、あるいは構造物内の構成要素の形態をとることができる。エネルギーハーベスティングシステム４６は、高い流体の流れ９の領域、特に激しく乱れた流体の流れ２４の領域に配置することができる。
図１１は、エネルギーハーベスティング装置１を横に並べて互いに積み重ねたアレイを含むエネルギーハーベスティングシステム４６を示している。このため、エネルギーハーベスティングシステム４６は、壁、フェンス、構造物や建物のパネル、あるいは構造物内の構成要素の形態をとることができる。エネルギーハーベスティングシステム４６は、高い流体の流れ９の領域、特に激しく乱れた流体の流れ２４の領域に配置することができる。
【0106】
一例として、流体の流れ９の流体が空気である風力エネルギーハーベスティング装置１の場合、激しく乱れた空気の流れは、高速道路、空港、あるいは高層ビルの近くで見られる可能性がある。
【0107】
別の例として、流体の流れ９の流体が例えば水である液体流エネルギーハーベスティング装置１の場合、激しく乱れた水流は、防潮堤、防潮河口、ダム、河川の洪水防止、橋梁の支柱、あるいは水輸送管内で見られる可能性がある。液流エネルギーハーベスティング装置１は、水中に沈められることが理解されよう。
【0108】
代替的なエネルギーハーベスティング装置
図１２は、図１～図１１に示すエネルギーハーベスティング装置１ａと同じ好ましい特徴および任意選択的な特徴を含む代替的なエネルギーハーベスティング装置１ｂを示している。
図１２は、図１～図１１に示すエネルギーハーベスティング装置１ａと同じ好ましい特徴および任意選択的な特徴を含む代替的なエネルギーハーベスティング装置１ｂを示している。
【0109】
図１２のエネルギーハーベスティング装置１ｂは、第１の表面２ｂと、エネルギーハーベスティング装置１ｂの接線方向の第３の表面４７ｂとを接続するダクト８ｂを含む。第３の表面４７ｂは、中心軸４に対して実質的に平行であり、第１および第２の表面２ｂ、３ｂを接続している。ダクト８ｂは、本来は中心軸４に平行な流体の流れ９を、中心軸４に対して接線方向に逸らせる屈曲部４８を備える。エネルギーハーベスティング装置１ｂは、図１および図２に示すように、第１および第２の表面２ａ、３ａを接続するダクト８ａと、図１２に示すように、第１および第３の表面２ｂ、４７ｂを接続するダクト８ｂとの両方を含むことができることが理解されよう。一例として、エネルギーハーベスティング装置１ｂが建物の側面のパネルの形態をとる場合、ダクト８ｂは建物に入射する風を逸らすと同時にエネルギーを収穫する。別の例として、エネルギーハーベスティング装置１ｂが防潮堤上のパネルの形態をとる場合、ダクト８ｂは、防潮堤に入射する海水を逸らすと同時にエネルギーを収穫する。
【0110】
追加的または代替的な特徴として、図１２に示すようなエネルギーハーベスティング装置１ｂは、エネルギーハーベスティング装置１ｂの第２の表面３ｂに取り付けられた遮音材４９の層をさらに含む。エネルギーハーベスティング装置１ｂが高層建物での使用に適したパネルの形態をとる場合、パネルが電気を生成するだけでなく、遮音材４９が建物の防音効果を提供することになる。遮音材４９は、ダクト８ｂが第２の表面３ｂから逸らされるため、図１２の実施形態に特に適している。一方、図１に示すエネルギーハーベスティング装置１ａのダクト８ａは、遮音材４９の追加層を通過することになる。
【0111】
【0112】
図１３のエネルギーハーベスティング装置１ｃは、太陽放射５１を集束させるためのレンズ５０を含むことができる。この特徴は、風力エネルギーハーベスティング装置、すなわち、水中に沈められない装置に特に適している。レンズ５０は、従来の光学レンズの形態をとることができる。レンズ５０は、取付ブラケット５２によってエネルギーハーベスティング装置１ｃに取り付けられ、ダクト８ｃの出口開口部１１の領域に太陽放射５１を集光するように向けられている。その結果、出口開口部１１の流体は、入口開口部１０の流体よりも高温になる。換言すれば、レンズ５０は、ダクト８ｃの入口開口部１０と出口開口部１１との間に熱勾配を生じさせる。この熱勾配が流体の対流を引き起こし、ダクト８ｃを通る流体の流れの速度および運動エネルギーを増加させる。ダクト８ｃ内に配置されたフォイル１３は、例えば、より高い振幅の振動を示すことができ、この増加した振動エネルギーは、エネルギーハーベスティング装置１ｃによって捕捉、伝達、集束、および／または電気エネルギーに変換することも可能である。レンズ５０は、エネルギーハーベスティング装置１ｃの出力を高め、発電量を増加させる。エネルギーハーベスティング装置１ｃは、いずれもダクト８ｃの出口開口部１１に向けて配置された複数のレンズ５０を含むことができることが理解されよう。
【0113】
【0114】
更なる追加的または代替的な特徴として、エネルギー変換手段３９は、図１４を示すように、２つの振動レンズ３８の２つの集束部材４０の第２の端部４２間に弾性コイルコネクタ５４によって接続されたロータ５３、より具体的には渦巻き型ロータを備えることができる。各振動レンズ３８はフォイル１３に取り付けられている。２つの集束部材４０の第２の端部４２の振動運動は、弾性コイルコネクタ５４を伸縮させ、それによりロータ５３を回転させる。この回転運動は、磁石とコイルの配置構成によって電気に変換される。ロータは時計回りと反時計回りの両方にスピンすることができるため、回転方向に関係なく電気を発生できるような磁極反転型の磁気発電機が必要である。追加的または代替的には、ロータ５３にギアシステム（図示せず）を取り付けることができ、ロータが二次ホイールまたはシャフトを回転させる。ギアシステムは、ロータ５３の方向に関係なく、二次ホイールまたはシャフトを回転させることとなる。
【0115】
【0116】
図１５は、曲面５５を含む円筒形のエネルギーハーベスティング装置１ｅを示している。この実施形態では、ダクト８ｅが、曲面５５の第１の領域５６と曲面５５の第２の領域５７とを接続している。図１５に示すように、ダクト８ｅは様々な向きをなし、各ダクト８ｅが曲面５５の異なる領域を接続する。このため、エネルギーハーベスティング装置１ｅは、有利なことに、様々な方向からの流体の流れ９と相互作用することができる。
【0117】
図１６は、図１～図１５に示すエネルギーハーベスティング装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅと同じ好ましい特徴および任意選択的な特徴を含むことができる代替的なエネルギーハーベスティング装置１ｆを示している。
【0118】
図１６のエネルギーハーベスティング装置１ｆは、枝部材５８を含むツリー構造の形態をとる。各枝部材は、第１の表面５９と、第２の表面６０と、第１および第２の表面５９、６０を接続するダクト８ｆとを備える。各枝部材５８は、図１６に示すように、中心柱の形態をとる発電機ハウジング５ｆに接続されている。有利なことに、エネルギーハーベスティング装置１ｅが様々な方向からの流体の流れ９と相互作用することもできるように、枝部材５８はそれぞれ異なる向きを有することができる。
【0119】
図１７～図２１は、図１～図１６に示すエネルギーハーベスティング装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆと同じ好ましい特徴および任意選択的な特徴を含むことができる代替的なエネルギーハーベスティング装置１ｇを示している。
【0120】
図１７に示すように、エネルギーハーベスティング装置１ｇは、実質的に均一な六角柱形状を有する。エネルギーハーベスティング装置１ｇの互いに反対側を向く第１および第２の面２ｇ、３ｇは、六角柱の２つの六角形底面の形態をとる。前述した実施形態と同様に、第１および第２の面２ｇ、３ｇは、中心軸４ｇに対して垂直であり、中心軸を中心としている。
【0121】
図１７に示す発電機ハウジング５ｇは、図１～図３に関連して前述したような実質的に円形の断面形状とは対照的に、実質的に六角形の断面形状をなす。さらに、図１７に示すダクト８ｇは、図１～図３に関連して前述したような楕円形の断面形状とは対照的に、実質的に台形の断面形状をなす。
【0122】
図１７のエネルギーハーベスティングシステムと図１～図１６の実施形態との間の重要な違いは、フォイル１３、２５および発電機３７ｇの構成である。より具体的には、発電機３７ｇの振動装置は、振動レンズ３８とは対照的に、振動部材６１の形態をとる。振動部材６１は、第１の端部６２および第２の端部６３を有する。振動部材６１の第１の端部６２は、フォイル１３、２５の第１の側１８に取り付けられている。振動部材６１の第２の端部６３には、エネルギー変換手段３９ｇが配置されている。振動部材６１は、フォイル１３から延び、発電機ハウジング５ａを通り、発電機ハウジング５ａ内でエネルギー変換手段３９ｇまで延びている。振動部材６１は、振動部材６１の第１および第２の端部６２、６３の間に位置するベアリング４３ｇによって、発電機ハウジング５ａを通過する。
【0123】
図１８は、エネルギーハーベスティング装置１ｇの振動部材６１およびフォイル１３、２５によって示される動き、特に４つの位置を示している。図１８は、この動きの説明を助けるために、ｘ、ｙ、ｚ軸を定義している。
【0124】
図１８ａは、振動部材６１が振動部材６１の中心揺動位置６５に対して－αの角度をなす第１の位置６４を示している。図１８では、振動部材６１の中心揺動位置６５は、振動部材６１がｚ軸に平行であるときとして定義される。さらに、第１の位置６４では、フォイル１３、２５の翼弦１６がフォイル１３、２５の中心回転位置６６に対して－βの角度をなすように、フォイル１３、２５が向けられている。フォイル１３、２５の中心回転位置６６は、フォイル１３、２５の翼弦１６が、ｙ方向に沿って、流体の流れ９の方向に平行であるときとして定義される。動作中、ｙ方向に沿った流体の流れ９は、フォイル１３、２５の前縁１４に入射する。フォイル１３、２５の迎え角は、正のｘ方向に揚力（ＦＬ）を発生させ、ベアリング４３ｇを中心とする振動部材６１の揺動運動を引き起こす。この揺動運動は、振動部材６１が図１８ｂに示すようにｚ軸に対して＋αの角度をなす第２の位置６８で振動部材６１が停止するように、第１の揺動ストップ６７によって制限される。
【0125】
第２の位置６８にあるとき、フォイル１３、２５の重量および／または慣性により、回転力（ＦＲ）が生じ、それにより、振動部材６１自体によって規定される軸６９（第１および第２の端部６２、６３の間に延びる軸６９）を中心とするフォイル１３、２５の回転運動が引き起こされる。この回転は、第１の回転ストップ７０によって制限される。フォイル１３、２５の回転により、フォイル１３、２５の迎え角が逆転し、その結果、第３の位置７１を示す図１８ｃによって分かるように、フォイル１３、２５の翼弦１６が中心回転位置６６に対して＋βの角度をなす。フォイル１３、２５に対する軸６９の位置、特に、フォイル１３、２５の翼弦１６に沿った軸６９の位置が、フォイル１３、２５が回転する相対的な容易さを決定することが理解されよう。例えば、軸６９は、後縁１５とは対照的に、フォイル１３、２５の前縁１４の近くにオフセットされ得る。このため、軸６９の位置は、フォイル１３、２５の所望の回転特性を達成するように最適化され得る。
【0126】
第３の位置では、フォイル１３、２５の周りの流体の流れ９が、負のｘ方向に揚力（ＦＬ）を発生させ、それにより、ベアリング４３ｇを中心とする振動部材６１の相対的な逆揺動運動を引き起こす。この逆揺動運動は、第２の揺動ストップ７２によって制限され、その結果、振動部材６１が、図１８ｄに示すように、振動部材６１が中心揺動位置６５に対して－αの角度をなす第４の位置７３で停止する。
【0127】
第４の位置７３にあるとき、フォイル１３、２５の重量および／または慣性により、再び回転力（ＦＲ）が生じ、それにより、振動部材６１によって規定される軸を中心とするフォイル１３、２５の逆回転運動が引き起こされる。この回転は、第２の回転ストップ７４によって制限される。その後、フォイル１３、２５の翼弦１６は、中心回転位置６６に対して－βの角度をなし、それによって、図１８ａに示すように、配置が第１の位置６４に戻る。揺動と回転のサイクルが繰り返される。
【0128】
図１９に明確に見られる第１および第２の揺動ストップ６７、７２は、振動部材６１の揺動範囲を制限する。第１および第２の揺動ストップ６７、７２の位置は、所望の揺動範囲に応じて調整することができる。振動部材６１は、中心揺動位置６５の両側で１～８９°揺動することができる。好ましくは、振動部材６１は中心揺動位置６５の両側で１°～３０°揺動する。好ましくは、振動部材６１は中心揺動位置６５の両側で１°～１５°揺動する。
【0129】
同様に、図１９に示すように、第１および第２の回転ストップ７０、７４は、振動部材６１、ひいてはフォイル１３、２５の回転を制限する。第１および第２の回転ストップ７０、７４の位置は、所望の回転範囲、すなわち、フォイル１３、２５の所望の迎え角に応じて調整することができる。振動部材６１およびフォイル１３、２５は、中心回転位置６６の両側で１～８９°回転することができる。好ましくは、振動部材６１とフォイル１３、２５の組合せは、中心回転位置６６の両側で１°～３５°回転する。
【0130】
振動部材６１の第２の端部６３に位置するエネルギー変換手段３９ｇは、揺動運動のみを示し、回転運動を示さない。回転運動は、振動部材６１およびフォイル１３、２５に分離されている。このため、揺動運動はエネルギー変換手段３９ｇを駆動するのに対し、回転運動は揺動運動を持続および／または補助する。
【0131】
図１９は、振動部材６１の第２の端部６３に位置するエネルギー変換手段３９ｇを示している。振動部材６１の第２の端部６３は、湾曲したラック７５、すなわち、歯付きトラックを含む。ラック７５は、コグまたは歯車とも呼ばれるピニオン７６と噛み合うように向けて配置されている。ピニオン７６は軸７７に接続され、この軸は発電機７８に接続されている。動作中、振動部材６１の揺動運動がラック７５をｘ方向に周期的に変位させ、それによりピニオン７６を回転させる。ピニオン７６は軸７７を回転させ、それにより発電機７８を駆動して電気を発生させる。ピニオン７６は発電機に直接接続することもできるため、軸７７は必須ではないことが理解されよう。また、振動部材の揺動運動を発電機に伝えるために、代替的なトランスミッションシステムが想定されることも理解されよう。
【0132】
図１９に示すように、ベアリング４３ｇ（ベアリングアセンブリとも呼ばれる）は、発電機ハウジング５ａのキャビティ８０を横切ってｘ－ｙ平面に取り付けられたベアリング軸７９と、ベアリング軸７９に取り付けられたベアリングハウジング８１とを備える。振動部材６１は、ベアリング軸７９に対して実質的に垂直な方向でベアリングハウジング８１を通過することにより、発電機ハウジング５ａを通過する。振動部材６１の動きはベアリング４３ｇによって拘束される。振動部材６１はベアリング軸７９を中心に揺動することができ、振動部材６１は、振動部材６１自体によって規定される軸６９を中心に回転することもできる。
【0133】
図２０は、２つのブラケット８２によって取り付けられたベアリング軸７９と、ベアリング軸７９に取り付けられたベアリングハウジング８１とをそれぞれ含む代替的なベアリング４３ｈ、４３ｉ、４３ｊを示している。それら代替的なベアリング４３ｈ、４３ｉ、４３ｊは、振動部材の揺動運動を発電機７８に伝える代替的なトランスミッションシステムを示している。
【0134】
より具体的には、図２０ａは、振動部材６１の第２の端部６３にある代替的な湾曲ラック７５ｈ、すなわち、歯付きコンポーネントを示している。図２０ｂは、振動部材６１の第２の端部６３の代わりに、ベアリング軸７９に取り付けられた湾曲ラック７５ｉを示している。同様に、図２０ｃは、ベアリング軸７９に取り付けられた歯車７６を示している。
【0135】
追加的または代替的な特徴として、図２０ａ、図２０ｂ、図２０ｃに示すベアリング４３ｈ、４３ｉ、４３ｊはそれぞれ、ベアリングハウジング８１に配置されたピッチ制御機構８３を備える。ピッチ制御機構８３は、サーボモータ８４と、サーボモータ８４を振動部材６１に接続するドライブトレイン８５とを備える。ドライブトレイン８５は、ギアおよびベルトまたはチェーンの形態をとることができる。ピッチ制御機構８４は、振動部材６１と、振動部材６１の第１の端部６２に接続されたフォイル１３、２５とを、振動部材６１の軸６９を中心に回転させることができる。換言すれば、ピッチ制御機構８４は、振動部材６１の第１の端部６２に接続されたフォイル１３、２５のピッチを制御する。第１および第２の回転ストップ７０、７４の代わりに、またはそれらに加えて、ピッチ制御機構８４によって振動部材６１の回転を制限することができる。追加的な機能として、ピッチ制御機構８４は、例えば、流体の流れ９、２４の速度および方向に従ってピッチを動的に調整することによって、フォイル１３、２５の位置を最適化することができる。ピッチ制御機構８４は、ベアリングハウジング８１内に一体化されてもよいことが理解されよう。
【0136】
追加的または代替的な特徴として、振動部材６１の回転位置は、カムおよび／またはピッチ制御機構によって中心回転位置６６から離れるように付勢される。これにより、有利なことに、フォイル１３、２５の翼弦１６が流体の流れ９の方向に対して決して平行にならないことが保証される。このため、フォイル１３、２５は、空気力学的な力を発生させる迎え角に向かって付勢されることになる。
【0137】
サーボモータ８４は、センサおよび制御システムに接続され得る。このため、センサを用いて、入口開口部１０における流体の流れ９の速度および方向を測定することができ、その後、制御システムは、フォイル１３、２５の向きを調整して、それらのピッチ角度を最適化するように機能する。
【0138】
図１８に示すように、フォイル１３、２５の直線運動または揺動運動は、ピニオン７６の回転運動に変換され、この回転運動が、図１９に示すように、発電機７８を駆動する。ピニオン７６によって示されるこの回転運動は、時計回りの回転と反時計回りの回転とを交互に繰り返すという点で振動性である。更なる追加的または代替的な特徴として、エネルギーハーベスティング装置１、具体的にはエネルギー変換手段３９は、図２１に示すように、振動回転運動を一方向回転運動に変換するクラッチ機構８６をさらに備える。
【0139】
クラッチ機構８６は、振動入力軸８７と一方向出力軸８８とを備える。振動入力軸８７は、振動ピニオン７６によって駆動され、さらに、駆動方向が時計回りの第１のスプラグクラッチベアリング８９と、駆動方向が反時計回りの第２のスプラグクラッチベアリング９０とを備える。時計方向に回転する第１のスプラグクラッチベアリング８９は、一方向出力軸８８に配置された反時計方向に回転する第１のスパーギア９１と直接噛み合う。反時計回りに回転する第２のスプラグクラッチベアリング９０は、時計回りに回転する中間ギア９３を介して、一方向出力軸８８に配置された反時計回りに回転する第２のスパーギア９２と噛み合っている。
【0140】
動作中、振動入力軸８７の時計回りの回転は、第１のスプラグクラッチベアリング８９および第１のスパーギア９１の組合せによって、一方向出力軸８８の反時計回りの回転に変換される。振動入力軸８７の反時計回りの回転は、第２のスプラグクラッチベアリング９０、中間ギア９３および第１のスパーギア９２の組合せによって、一方向出力軸８８の反時計回りの回転に変換される。要するに、振動入力軸８７の時計回り回転と反時計回り回転がともに、一方向出力軸８８の反時計回り回転に変換される。第１および第２のスプラグクラッチベアリング８９、９０は、それぞれの駆動方向に回転していないときにはフリーホイールとなる。
【0141】
有利なことに、クラッチ機構８６は、一方向の回転運動をもたらし、それによりエネルギーハーベスティング装置１内で利用できる発電機７８のタイプを広げることができる。
【0142】
一方向出力シャフト８８の回転速度は、揺動運動の性質により均一でない場合がある。より具体的には、回転速度は、振動部材６１が中心揺動位置６５を通過するときに速くなり、第１および第２の揺動ストップ６７、７２に達するときに遅くなる。追加的または代替的な特徴として、振動部材６１を反発させる磁石、および／または振動部材６１に力を加えるバネを使用することによって、一方向出力シャフト８８の回転速度の変化を低減するように揺動運動を変更することができる。追加的または代替的な特徴として、フライホイールまたはバネ機構に回転運動を機械的に蓄積し、一定の回転速度でこの蓄積されたエネルギーを放出することによっても、回転速度の変化を低減することができる。代替的な実施形態では、複数のフォイル１３、２５を、その独立した振動運動に影響を与えることなく、クラッチ機構８６またはバネ機構に接続することができる。
【0143】
更なる追加的または代替的な特徴として、揺動運動は、機械的な第１および第２の揺動ストップ６７、７２とは対照的に、磁気エンドストップ、バネおよび／またはサーボモータ８４によって制限することができる。有利なことに、機械的な揺動ストップを磁気揺動ストップに置き換えることにより、衝撃作用を最小限に抑えることで、トランスミッションシステム内のエネルギー損失が減少し、それによって構成要素の寿命を延ばすことができる。
【0144】
図１９～図２１に示すフォイル１３、２５の上述した振動から回転への変換機構は、振動からリニアへの変換機構に置き換えることができ、それをリニア発電機に接続することができることが理解されよう。回転発電機は扱いが容易であるが、リニア発電機と比較すると一般に機械的損失が大きい。そのため、揺動からリニアへの変換機構に基づく実施形態は、機械的効率を改善することが判明している。
【0145】
図１７に示すように、エネルギーハーベスティング装置１ｇは、複数のフォイル１３、２５を含む。より具体的には、図１７は、エネルギーハーベスティング装置１ｇの６つのダクト８ｇの各々に２つのフォイル１３、２５を示している。各ダクト８ｇがより多いまたは少ないフォイル１３、２５を備え、エネルギーハーベスティング装置１ｇがより多いまたは少ないダクト８ｇを備えることができることが理解されよう。発電機３７ｇは、複数の振動部材６１およびエネルギー変換手段３９ｇを含む。単一のフォイル１３、２５は単一の振動部材６１に取り付けられ、振動部材はエネルギー変換手段３９ｇに接続されている。エネルギー変換手段３９ｇは、複数の独立した発電機７８に取り付けられた複数の独立したラック７５およびピニオン７６の配置構成を備えることができる。このため、各フォイル１３、２５は、図１８に示す運動に従って独立して動き、独立して電気を発生する。また、追加的または代替的な構成として、複数の振動部材６１が、単一の発電機７８に接続された中央駆動シャフトを駆動することができることも理解されよう。この実施形態では、トランスミッションシステムは、運動の変換が一方向に行われるように構成される。換言すれば、各エアロフォイル１３、２５および振動部材６１は、独立して中央シャフトを駆動することができる。
【0146】
図１７～図２１の実施形態は、フォイル１３、２５の直線運動を、従来の発電機７８を駆動する回転運動に変換する。有利なことに、図１７～図２１のエネルギーハーベスティング装置１ｇは、カスタム磁石４４およびコイル４５の配置構成とは対照的に、発電機７８を含むため、図１～図１６の実施形態よりも簡素である。このため、この装置は、製造がより単純で安価であり、信頼性がより高い。
【0147】
図２２は、エネルギーハーベスティング装置１の代替的な実施形態を示している。追加的または代替的な特徴として、ダクト８の断面積は、第１および第２の表面２、３間で、中心軸４の方向に減少し、その後増加することができる。ダクト８のこの狭窄は、１または複数のフォイル１３、２５が配置されるダクト８の狭い領域における流体の流れ９の速度を増加させる。有利なことに、流体の流れ９の速度の増加は、１または複数のフォイル１３、２５によって引き起こされる力を増加させる。
【0148】
さらに、ベンチュリー効果により、この狭窄は、ダクト８の狭い領域における流体圧力の低下をもたらす。別の追加的または代替的な特徴として、ダクト８は、低い流体圧力がより多くの流体をダクト８内に引き込むように、ダクト８の狭い領域に１または複数の側壁入口９４を備えることができる。これにより、取り込まれるエネルギーが増加し、エネルギーハーベスティング装置１の動作がさらに強化される。
【0149】
エネルギーハーベスティング装置の製造方法
図２３は、エネルギーハーベスティング装置１の製造方法のフローチャートを示している。この方法は、入口および出口開口部を有するダクトを提供するステップ（Ｓ１００１）と、ダクト内に配置された１または複数のフォイルを提供するステップであって、１または複数のフォイルの前縁が入口開口部に向けて配置される、ステップ（Ｓ１００２）と、１または複数のフォイルの運動を電気に変換する発電機を提供するステップ（Ｓ１００３）とを備える。
図２３は、エネルギーハーベスティング装置１の製造方法のフローチャートを示している。この方法は、入口および出口開口部を有するダクトを提供するステップ（Ｓ１００１）と、ダクト内に配置された１または複数のフォイルを提供するステップであって、１または複数のフォイルの前縁が入口開口部に向けて配置される、ステップ（Ｓ１００２）と、１または複数のフォイルの運動を電気に変換する発電機を提供するステップ（Ｓ１００３）とを備える。
【0150】
さらに、この製造方法は、任意選択的に、流体の流れ９、２４を特性評価するステップを含むことができる。例えば、これは、流体の流れの平均速度、流体の流れの速度分布、乱流、流体の流れのせん断プロファイル、流体の流れの方向分布、および長期間の時間的な流体の流れの変動の特性評価を含むことができる。
【0151】
更なる追加として、この製造方法は、任意選択的に、流体の流れ９、２４の特性を利用して、エネルギーハーベスティング装置１の最適なパラメータを決定するステップを含むことができる。例えば、この最適化プロセスは、エネルギーハーベスティング装置１の寸法、ダクト８の寸法および形状、フォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃの形状および構造、振動装置の寸法、形状、材料組成、向きおよび配置、ダクト８内の２以上のフォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃの相対的な位置、フィン３２、フラップ３４、メッシュ３５および流量制限器３６などの流体の流れ９を調整するための特徴の配置および構成、並びに、発電機３７の配置および構成を決定することを含むことができる。振動装置を最適化することは、フォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃの動作範囲にわたって平均共振周波数を一致させることによって振動レンズ３８を最適化することを含むことができる。
【0152】
エネルギーハーベスティング装置１は、数多くの利点を有する。一実施形態では、この装置は、フォイルを動かす空気力学的または流体力学的な揚力なしに動作することができる。その代わりに、図１～図１６に示すエネルギーハーベスティング装置１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆは、１または複数のフォイル１３、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ内に誘導される振動エネルギー、特に、逆方向に相互作用する揚力によって誘導されるフラッタ振動を採取する。
【0153】
有利なことに、エネルギーハーベスティング装置１は、流体の流れの速度などの広い範囲の流体の流れのパラメータにわたって動作するように最適化することができ、当該技術分野で知られている装置に関連する問題となる断続性を低減することができる。
【0154】
更なる利点は、エネルギーハーベスティング装置１がコンパクトで、モジュール式であり、より大きなシステム４６の一部を形成できることである。エネルギーハーベスティング装置１およびシステム４６は、壁面の形態で環境に個別に組み込むことができるが、都市景観、高速道路、空港、さらには水面下など、当該技術分野で知られている装置では通常考慮されない場所にも適している。エネルギーハーベスティング装置１は、自然の美しい地域とみなされることの多い遠隔地に限定されるものではないため、否定的な世論を招く理由もない。
【0155】
有利なことに、エネルギーハーベスティング装置１は、エネルギーハーベスティング装置１の設置される場所によっては鳥や魚を殺す可能性のある比較的大きな可動外部コンポーネントを備えていない。エネルギーハーベスティング装置１の可動コンポーネントはすべて内部にあり、振動、揺動および回転運動などの小規模な動きしか示さない。さらに、エネルギーハーベスティング装置１は、鳥や魚が入口開口部１０を通ってダクト８内に入るのを防ぐメッシュ３５など、野生動物に対するリスクを最小限に抑える特徴を備える。
【0156】
エネルギーハーベスティング装置１は、流体の流れ９の特性に応じて最適化することができ、その結果、この装置１は幅広い用途に適したものとなる。エネルギーハーベスティング装置１の機能は、遮音材４９のような追加の機能を組み込むことによって最大化することができる。
【0157】
エネルギーハーベスティング装置が開示されている。エネルギーハーベスティング装置は、入口開口部および出口開口部を有するダクトを備える。エネルギーハーベスティング装置は、ダクト内に配置された１または複数のフォイルをさらに備え、１または複数のフォイルの前縁が、入口開口部に向けて配置されている。また、エネルギーハーベスティング装置は、１または複数のフォイルの運動を電気に変換するための発電機も備える。発電機は、１または複数の振動部材とエネルギー変換手段とを備える。１または複数の振動部材は、両方の揺動運動を示すように構成され、１または複数のフォイルは、回転運動を示すように構成される。フォイルは、エアロフォイルまたはハイドロフォイルであってもよい。エネルギーハーベスティング装置は、多くの利点を有する再生可能エネルギーを生成するための代替的な装置を提供する。この装置は、振動エネルギーを収穫し、広範囲の流体の流れのパラメータで動作するように最適化することができ、環境への悪影響を最小限に抑え、多くの場所や用途に適している。
【0158】
本明細書を通じて、文脈から明らかにそうでないことが要求されない限り、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」または「ｉｎｃｌｕｄｅ」という用語、または「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」または「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」または「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」などのそれらの変化形は、記載の完全体または完全体群を含むことを意味するが、他の完全体または完全体群の除外を意味するものではないことを理解されたい。さらに、文脈から明らかにそうでないことが要求されない限り、「または」という用語は、排他的ではなく包含的であると解釈される。
【0159】
本発明の上記説明は、例示および説明を目的として提示したものであり、網羅的であること、または開示された正確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。記載の実施形態は、本発明の原理およびその実際の応用を最もよく説明し、それによって当業者が、想定される特定の用途に適した様々な実施形態および様々な変更を加えて本発明を最大限に利用できるようにするために、選択および記載されたものである。したがって、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく、更なる変更または改良を組み入れることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18a】
【図18b】
【図18c】
【図18d】
【図19】
【図20a】
【図20b】
【図20c】
【図21】
【図22】
【図23】
【手続補正書】
【提出日】2023-01-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エネルギーハーベスティング装置であって、２以上のダクトであって、各々が入口開口部および出口開口部を有する、２以上のダクトと、
１または複数の振動部材およびエネルギー変換手段を含む発電機とを備え、
前記１または複数の振動部材が、前記エネルギー変換手段を駆動する、揺動軸を中心とする揺動運動を示すように構成され、
前記２以上のダクトの各々が、前記入口開口部と出口開口部との間に、前記ダクト内に配置された１または複数のフォイルを備え、前記１または複数のフォイルの前縁が、前記入口開口部に向けて配置され、
前記１または複数のフォイルが、前記１または複数の振動部材の第１の端部に取り付けられるとともに、回転軸を中心とする回転運動を示すように構成され、前記回転軸が、前記１または複数の振動部材の第１の端部と第２の端部との間に延び、かつ前記１または複数のフォイルの翼幅方向と平行であり、前記回転軸が、前記揺動軸に対して垂直であり、
前記１または複数のフォイルの回転運動が、前記１または複数の振動部材の揺動運動を補助するように構成され、前記エネルギー変換手段が、前記１または複数の振動部材の第２の端部に配置され、
前記発電機が、前記１または複数のフォイルの運動を電気に変換することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項2】
請求項１に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記振動部材が、前記振動部材の第１の端部と第２の端部との間に位置するベアリングを中心に揺動するように構成されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項3】
請求項２に記載のエネルギーハーベスティング装置において、
前記ベアリングが、前記振動部材の軸を中心に、前記振動部材および前記振動部材に取り付けられた前記フォイルを回転させるように構成されたピッチ制御機構を備えることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項4】
請求項３に記載のエネルギーハーベスティング装置において、
前記ピッチ制御機構が、サーボモータと、前記サーボモータを前記振動部材に接続するドライブトレインとを備えることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項5】
請求項１～４の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、各振動部材が、中心揺動位置の両側で１°～８９°揺動することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項6】
請求項１～５の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、各振動部材が、中心揺動位置の両側で１°～３０°揺動するか、または各振動部材が、中心揺動位置の両側で１°～１５°揺動することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項7】
請求項１～６の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、動作中、前記フォイルの周囲の流体の流れが、前記振動部材の揺動運動を引き起こす揚力を発生させることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項8】
請求項１～７の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、第１の揺動ストップおよび第２の揺動ストップが、前記振動部材の揺動運動を制限することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項9】
請求項１～８の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記フォイルが、中心回転位置の両側で１°～８９°回転することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項10】
請求項１～９の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記フォイルが、中心回転位置の両側で１°～３５°回転することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項11】
請求項１～１０の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、動作中、前記フォイルの重量および／または慣性が、前記フォイルの回転運動を引き起こす回転力を生成することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項12】
請求項１～１１の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記フォイルの回転運動が、前記フォイルの迎え角を反転させることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項13】
請求項１～１２の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、第１の回転ストップおよび第２の回転ストップが、前記フォイルの回転運動を制限することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項14】
請求項１～１３の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記振動部材の第２の端部に配置されたエネルギー変換手段が、揺動運動のみを示して、回転運動を示さないことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項15】
請求項１～１４の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記回転運動が、前記振動部材と前記フォイルの組合せに分離されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項16】
請求項１～１５の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記エネルギー変換手段が、前記振動部材の第２の端部に位置するラックと、ピニオンとを備え、前記ラックが、ピニオンと噛み合うように向けられて位置決めされていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項17】
請求項１６に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記エネルギー変換手段が、発電機をさらに備え、前記ピニオンが、軸によって間接的にまたは直接的に前記発電機に接続されていることを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項18】
請求項１７に記載のエネルギーハーベスティング装置において、動作中、揺動運動が前記ラックを変位させ、それにより前記ピニオンが回転して、前記発電機を駆動することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項19】
請求項１～１８の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記エネルギー変換手段が、振動回転運動を一方向回転運動に変換するように構成されたクラッチ機構を含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項20】
請求項１～１９の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記１または複数のフォイルが、１または複数のエアロフォイルを含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項21】
請求項１～２０の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置において、前記１または複数のフォイルが、１または複数のハイドロフォイルを含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置。
【請求項22】
エネルギーハーベスティングシステムであって、請求項１～２１の何れか一項に記載のエネルギーハーベスティング装置を２以上含むことを特徴とするエネルギーハーベスティングシステム。
【請求項23】
エネルギーハーベスティング装置の製造方法であって、２以上のダクトを提供するステップであって、各ダクトが入口開口部および出口開口部を有する、ステップと、
１または複数の振動部材およびエネルギー変換手段を含む発電機を提供するステップとを備え、
前記１または複数の振動部材が、前記エネルギー変換手段を駆動する、揺動軸を中心とする揺動運動を示すように構成され、
前記２以上のダクトの各々が、前記入口開口部と出口開口部との間に、前記ダクト内に配置された１または複数のフォイルを備え、前記１または複数のフォイルの前縁が、前記入口開口部に向けて配置され、
前記１または複数のフォイルが、前記１または複数の振動部材の第１の端部に取り付けられるとともに、回転軸を中心とする回転運動を示すように構成され、前記回転軸が、前記１または複数の振動部材の第１の端部と第２の端部との間に延び、かつ前記１または複数のフォイルの翼幅方向と平行であり、前記回転軸が、前記揺動軸に対して垂直であり、
前記１または複数のフォイルの回転運動が、前記１または複数の振動部材の揺動運動を補助するように構成され、前記エネルギー変換手段が、前記１または複数の振動部材の第２の端部に配置され、
前記発電機が、前記１または複数のフォイルの運動を電気に変換することを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法。
【請求項24】
請求項２３に記載のエネルギーハーベスティング装置の製造方法において、風力エネルギーハーベスティング装置の製造方法が、流体の流れを特性評価するステップをさらに含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法。
【請求項25】
請求項２４に記載のエネルギーハーベスティング装置の製造方法において、前記流体の流れとともに使用するための前記エネルギーハーベスティング装置の最適なパラメータを決定するステップをさらに含むことを特徴とするエネルギーハーベスティング装置の製造方法。
【国際調査報告】