KR101798595B1 - 에너지 전환 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR101798595B1
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켄트 데이비
네드 알. 한센
3세 다니엘 이. 파워
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오세아나 에너지 컴퍼니
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Abstract

에너지 전환 시스템은 고정 구조물, 고정 구조물에 대해 회전하도록 구성된 회전 구조물을 포함할 수 있고, 회전 구조물은 회전 축을 형성한다. 시스템은 회전 구조물에 장착되어 회전 구조물로부터 방사상 외측으로 연장하고, 회전 구조물이 회전 축에 대해 회전하게 하도록 회전 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 유동하는 유체 흐름과 상호 작용하도록 구성된 적어도 하나의 블레이드 부재, 및 회전 구조물이 고정 구조물에 대해 회전할 때 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 래디얼 베어링 및 축방향 베어링 중 적어도 하나를 제공하도록 배치된 적어도 하나의 베어링 메커니즘을 추가로 포함할 수 있다. 시스템은 회전 구조물의 회전을 전기 및 수소 생산 중 적어도 하나로 전환하도록 구성될 수 있다.

Description

에너지 전환 시스템 및 방법 {ENERGY CONVERSION SYSTEMS AND METHODS}
본 출원은 2009년 10월 29일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/256,009호 및 2010년 4월 19일자로 출원된 미국 가특허 출원 제61/325,563호에 기초하여 우선권을 주장하고, 이들은 본원에서 전체적으로 참조로 통합되었다.
본 발명은 대체로, 예를 들어 액체 흐름과 같은 유체 유동으로부터의 운동 에너지를, 예를 들어 전기 및/또는 수소 생산과 같은 다른 형태의 에너지로 전환하는 에너지 전환 시스템에 관한 것이다.
본원에서 사용되는 섹션 표제는 단지 조직화를 목적으로 하고, 설명되는 본 발명의 대상을 어떠한 방식으로도 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
유체 흐름, 예를 들어 바람 또는 물 흐름으로부터 에너지를 전환하는 시스템을 사용하는 발전이 공지되어 있다. 조력은 조수 흐름에 기인하는 물의 이동 또는 조수로 인한 해수 수준의 상승 및 하강을 이용한다. 물이 상승한 다음 하강할 때, 유동 또는 흐름이 발생된다. 예를 들어 댐에 의해 생성되는 것과 같은 압력차의 추가의 형태가 또한 물이 유동하게 하고, 물의 유동과 관련된 에너지의 다른 유용한 형태의 에너지로의 전환을 가능케 하기에 충분한 물 속도를 생성할 수 있다.
액체(예컨대, 물)의 구역 내의 흐름의 자연적인 이동에 의존하는 조력은 재생 가능한 에너지 공급원으로서 분류된다. 그러나, 풍력 및 태양열과 같은 다른 재생 가능한 에너지 공급원과 달리, 조력은 신뢰하게 수 있게 예측 가능하다. 물 흐름이 미래의 수년간 깨끗하고, 신뢰할 수 있고, 예측 가능한, 재생 가능한 전력의 공급원이고, 이에 의해 기존의 에너지 망과의 통합을 용이하게 한다. 추가로, (예컨대, 해수를 포함한) 물의 기본적인 물리적 특징, 즉 (공기의 832배일 수 있는) 그의 밀도 및 그의 비압축성에 의해, 이러한 매체는 재생 가능한 에너지를 발생시키기 위해, 다른 재생 가능한 에너지 공급원에 비교하여, 고유한 "초고 에너지 밀도" 준위를 유지한다. 이러한 준위는 체적에 의해 증폭되고, 많은 해안 지역 및/또는 사용 가능한 장소에 존재하는 유량이 고려된다.
그러므로, 조력은 오염 없는 전기, 수소 생산, 및/또는 석유, 천연 가스, 및 석탄에 대한 세계적인 현재의 의존성을 감소시키는 것을 도울 수 있는 다른 유용한 형태의 에너지의 효율적인 장기간 공급원을 제공할 수 있다. 화석 연료 자원의 감소된 소비는 결국 세계 대기 내로의 온실 가스의 배출을 감소시키는 것을 도울 수 있다.
몇몇 최근의 조력 계획은 발전 터빈형 구조물로의 이동하는 물의 운동 에너지의 사용에 의존한다. 그러한 시스템은 수중 풍차처럼 작용할 수 있고, 비교적 낮은 비용 및 환경 영향을 갖는다. 몇몇 에너지 전환 시스템에서, 유체 유동은 축에 대해 회전하는 블레이드와 상호 작용하고, 그러한 회전이 이용되어 전기 또는 다른 형태의 에너지를 생산한다. 많은 그러한 에너지 전환 시스템이 중심 회전 샤프트에 장착된 블레이드 또는 유사한 구조물을 채용하지만, 다른 시스템은 블레이드가 다른 수단에 의해 지지되는 샤프트가 없는 구성을 이용한다. 이러한 샤프트가 없는 (또는 개방-중심) 구성은 중심 회전 샤프트를 채용하는 설계에 의해서는 쉽게 제공되지 않는 다양한 바람직한 특징을 제공할 수 있다. 샤프트가 없는 설계에 의해 제공되는 그러한 특징은, 예를 들어, 장치를 흐름 내에 고정하는데 있어서의 구조적 요건을 감소시키는 장치 상에서의 전체 항력의 감소; 어류 및 다른 해양 생물의 통과를 허용하는 장치의 중심 부분을 통한 자유로운 유체 유동; 경량의 강한 블레이드를 생성할 수 있는 블레이드의 구조적 지지; 각각의 장치에 의한 더 큰 에너지 수집을 허용하는, 장치를 크기에 있어서 확장 또는 축소하는 능력; 및 모듈형 구성요소를 사용하여 장치를 구성하여, 유지 보수가 요구될 때 그러한 부품을 구성하고 교환하는 것을 쉽게 만드는 능력을 포함할 수 있다.
에너지 전환 시스템은 유체 유동(예컨대, 이동하는 흐름)과 관련된 상대적으로 강한 힘의 상호 작용으로부터 생성되는 그러한 시스템의 다양한 구성요소 상의 응력 및/또는 스트레인에 관련된 문제를 제기할 수 있다. 예를 들어, 유체 흐름(예컨대, 조수 흐름)이 에너지 전환 시스템과 상호 작용할 때, 다양한 구성요소 상에 작용하는 일정량의 추력이 있고, 이는 하나 이상의 구성요소, 특히 고정 구성요소에 대해 이동하도록 구성된 구성요소의 변위를 일으킬 수 있다. 추가의 문제는 에너지를 생산하기 위한 구성요소들의 상대 회전 이동에 대한 그러한 에너지 전환 시스템의 의존성으로부터 유래할 수 있다. 예를 들어, 그러한 시스템의 회전 이동과 관련된 마찰 및/또는 항력이 시스템의 효율을 저하시킬 수 있다. 또한, 그러한 상대 운동은, 예를 들어, 그러한 구성요소의 마모를 일으킬 수 있고, 이는 에너지 전환 시스템이, 예를 들어, 해양 또는 상대적으로 가혹하고 열화성 물질(예컨대, 소금)을 함유하는 다른 수역(body of water) 내에서, 수중에 위치될 때 악화될 수 있다.
그러므로, 시스템과 상호 작용하는 유체 유동과 관련된 힘을 견딜 수 있는 에너지 전환 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 상대적으로 낮은 마찰 및/또는 항력 효과를 생성하여 에너지 전환의 전체적인 효율을 증진시키는 에너지 전환 시스템 및 방법을 제공하는 것도 바람직할 수 있다. 가동 구성요소의 마모를 감소시키는 에너지 전환 시스템 및 방법을 제공하는 것도 바람직할 수 있다. 아울러, 전기를 생산하기 위한 메커니즘으로도 역할할 수 있는 서로에 대해 이동하는 구성요소들 사이의 지지 메커니즘(예컨대, 베어링)을 제공하는 에너지 전환 시스템 및 방법을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점들 중 하나 이상을 해결하고 그리고/또는 전술한 바람직한 특징들 중 하나 이상을 달성할 수 있다. 다른 특징 및/또는 장점은 다음의 설명으로부터 명백해질 것이다.
예시적인 실시예에 따르면, 본 발명은 고정 구조물, 및 고정 구조물에 대해 회전하도록 구성된 회전 구조물을 포함하는 에너지 전환 시스템을 고려하고, 회전 구조물은 회전 축을 형성한다. 시스템은 회전 구조물에 장착되어 그로부터 방사상 외측으로 연장하고, 회전 구조물이 회전 축에 대해 회전하게 하도록 회전 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 유동하는 유체 흐름과 상호 작용하도록 구성된 적어도 하나의 블레이드 부재, 및 회전 구조물이 고정 구조물에 대해 회전할 때 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 래디얼 베어링 및 축방향 베어링 중 적어도 하나를 제공하도록 배치된 적어도 하나의 베어링 메커니즘을 추가로 포함할 수 있다. 시스템은 회전 구조물의 회전을 전기 및 수소 생산 중 적어도 하나로 전환하도록 구성될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 본 발명은 유체 흐름 이동을 다른 형태의 에너지로 전환하는 방법을 고려하고, 방법은 에너지 전환 시스템을 유체 구역(fluid body) 내에 위치시키는 단계를 포함하고, 에너지 전환 시스템은 고정 구조물, 고정 구조물에 대해 회전하도록 구성되어 회전 축을 형성하는 회전 구조물, 및 회전 구조물이 고정 구조물에 대해 회전할 때 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 래디얼 베어링 및 축방향 베어링 중 적어도 하나를 제공하도록 배치된 적어도 하나의 자석 베어링 메커니즘을 포함한다. 방법은 유체 구역 내의 유체 흐름이 회전 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 유동하여 회전 구조물의 회전을 일으키도록, 유체 구역 내에서 에너지 전환 시스템을 배향하는 단계, 및 회전 구조물의 회전 중에 전기 전도성 요소에 대한 적어도 하나의 자석 베어링 메커니즘의 이동에 의해 전기 및 수소 중 적어도 하나를 발생시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
추가의 목적 및 장점이 다음의 설명에서 부분적으로 설명되며 설명으로부터 부분적으로 명백하거나, 본 발명의 실시에 의해 학습될 수 있다. 본 발명의 목적 및 장점 중 적어도 일부는 첨부된 특허청구범위에서 특별히 지시되는 요소 및 조합에 의해 실현되고 획득될 수 있다.
상기 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 단지 예시적이며 설명적이고, 청구되는 본 발명을 제한하지 않음을 이해하여야 한다. 본 발명은 그의 가장 넓은 범위 내에서, 이러한 예시적인 태양 및 실시예의 하나 이상의 특징을 갖지 않고서 실시될 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서 내에 통합되어 그의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 몇몇 예시적인 실시예를 도시하고, 설명과 함께, 소정의 원리를 설명하도록 역할한다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 전환 시스템의 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 2는 도 1의 에너지 전환 시스템의 선 2-2를 통해 취한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에서 사용하기 위한 전도성 코일을 구비한 자석의 어레이의 예시적인 실시예의 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 전환 시스템의 추가의 예시적인 실시예의 평면도이다.
도 5는 도 4의 선 5-5를 통해 취한 도 4의 에너지 전환 시스템의 부분 단면도이다.
도 6은 도 5의 자석 베어링 시스템의 확대도이다.
도 7은 도 6과 유사한 구성을 갖는 예시적인 자석 베어링 메커니즘에 대한 자기장 선도이다.
도 8은 비교 자석 베어링 메커니즘에 대한 자기장 선도이다.
도 9 내지 12는 본 발명에 따른 에너지 전환 시스템의 추가의 예시적인 실시예의 부분 단면도이다.
도 13은 도 12의 자석 베어링 메커니즘의 확대도이다.
도 14는 도 13과 유사한 구성을 갖는 예시적인 자석 베어링 메커니즘에 대한 자기장 선도이다.
도 15는 도 13의 자석 베어링 메커니즘에 대한 복원력 대 수직 변위의 그래프이다.
도 16은 본 발명에 따른 자석 베어링 메커니즘의 구성의 예시적인 실시예의 부분 사시도이다.
도 17은 자화 배향이 도시되어 있는 도 16의 자석 베어링 메커니즘의 확대도이다.
도 18 내지 도 73은 본 발명에 따른 회전 구조물, 고정 구조물, 및 베어링 메커니즘 배열의 다양한 예시적인 실시예의 개략적인 부분 단면도이다.
이제 본 발명의 다양한 예시적인 실시예를 상세하게 참조할 것이고, 그의 예가 첨부된 도면에 도시되어 있다. 가능하다면, 동일한 도면 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일하거나 유사한 부분을 지칭하도록 사용될 것이다.
본 발명의 다양한 예시적인 실시예는 유체 유동으로부터의 운동 에너지를, 예를 들어, 전기 및/또는 수소 생산과 같은 다른 유용한 형태의 에너지로 전환하기 위해 개방-중심 구성 및 시스템의 구성요소들의 상대 이동을 이용하는, 예를 들어 조수 흐름과 같은 유체 스트림과 상호 작용하도록 구성된 에너지 전환 시스템을 고려한다. 다양한 예시적인 실시예에서, 본 발명은 고정 구조물에 대해 회전 가능하게 장착된 회전 구조물에 의해 지지되며 그로부터 방사상 외측 및/또는 내측으로 연장하는 하나 이상의 블레이드 부재를 고려한다. 시스템을 지나 유동하는 유체가 블레이드와 상호 작용하여, 고정 구조물에 대한 하나 이상의 블레이드 및 블레이드를 지지하는 회전 구조물의 회전 이동을 일으킬 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 도면에 도시된 바와 같이, 회전 구조물 및 고정 구조물은 (예컨대, 링 또는 타원형 구성을 갖는) 폐쇄 루프 구조일 수 있다. 아울러, 본 발명의 회전식 폐쇄 루프 또는 고정식 폐쇄 루프 구조물 중 하나는 단일 폐쇄 루프 구조물 형태일 수 있거나, 통합된 폐쇄 루프 구조물을 형성하도록 함께 연결되는 복수의 모듈형 세그먼트(예컨대, 실질적으로 아치형인 세그먼트)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 도시된 실시예는 단지 예시적이고, 본 발명 및 특허청구범위를 제한하도록 의도되지 않는다. 따라서, 회전 구조물 및 고정 구조물은 다양한 형상 및/또는 구성을 포함할 수 있다.
본원에서 도시되고 설명되는 다양한 예시적인 실시예에서, 복수의 블레이드가 회전 구조물에 의해 지지되지만, 1개를 포함한 임의의 개수의 블레이드가 회전 구조물에 의해 지지될 수 있다. 또한, 블레이드는 개방-중심 에너지 전환 시스템의 중심으로부터 방사상 외측으로, 중심을 향해 방사상 내측으로, 또는 방사상 외측 및 방사상 내측으로 연장할 수 있다.
본 발명에 따른 것과 같은 개방-중심 에너지 전환 시스템은 고정 구조물의 치수, 길이, 및 경로 구성이 크게 변할 수 있으므로, 시스템의 전체 크기를 확장 또는 축소하는 능력을 제공할 수 있다. 유사하게, 블레이드의 강도, 크기, 및 형상 또한 현저하게 변할 수 있다. 이는 블레이드의 크기가 중심 회전 샤프트에 의해 지지되는 더 긴 블레이드와 관련된 응력으로 인해 다소 제한될 수 있는 중심 샤프트 시스템과 대조적이다. 본 발명의 예시적인 실시예에서, 블레이드의 길이 및 크기는 블레이드가 중심 샤프트에 비해 증가된 안정성을 제공하는 장치의 회전 중심으로부터의 소정의 거리에 배치되는 회전 구조물에 장착되므로 크게 변할 수 있다. 그러므로, 전체 장치는 여러 위치 특징 및 다른 요건을 수용하고 그리고/또는 원하는 결과를 달성하기 위해 확장 또는 축소될 수 있다.
고정 구조물에 대한 그리고 그를 따른 회전 구조물의 지지 및 이동은 하나 이상의 베어링 메커니즘에 의해 달성될 수 있다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에서, 하나 이상의 베어링 메커니즘이 회전 구조물 및 고정 구조물의, 예를 들어, 축 방향 및/또는 방사상 방향으로의 상대 위치를 실질적으로 유지하도록 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 베어링 메커니즘은 효율을 증진시키기 위해 이동(예컨대, 회전) 구조물과 고정 구조물 사이에 상대적으로 낮은 마찰을 제공하도록 구성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 베어링 메커니즘은 가동 구성요소의 개수 및/또는 마모를 감소시킴으로써, 예를 들어, 수중 환경과 같은 상대적으로 가혹한 환경을 견디도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 예를 들어, 하나 이상의 자석 베어링 메커니즘이 회전 구조물 및 고정 구조물의 축 방향으로의 상대 위치를 실질적으로 유지하도록 제공될 수 있다. 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 축방향 복원력을 제공하기 위해 (즉, 축방향 유동 추력을 오프셋하기 위해), 본 발명에 따른 다양한 예시적인 실시예의 자석 베어링 메커니즘은 할바하(Halbach) 타입 어레이로 배열된 복수의 자석을 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 추가의 예시적인 실시예에서, 자석 베어링 메커니즘은 또한, 예를 들어, 전기 전도체 메커니즘과 함께 전기를 생산하기 위한 메커니즘으로서 역할할 수 있다.
본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 본원에서 사용되는 바와 같이, "할바하 타입 어레이"라는 용어는 어레이의 일 측면 상에서 자기장을 증강시키고, 어레이의 다른 측면 상에서 자기장을 소거하는 (즉, "일 측면 자속"을 생성하는) 영구 자석들의 회전 패턴을 지칭한다. 비제한적인 예시적인 할바하 타입 어레이는, 예를 들어, 90° 할바하 어레이 (즉, 90° 회전 패턴을 구비한 어레이) 및 45° 할바하 어레이 (즉, 45° 회전 패턴을 구비한 어레이)를 포함할 수 있다. 그러나, 본 발명은 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 임의의 유형의 할바하 어레이를 사용하는 것을 고려한다.
이제 도 1 및 2를 참조하면, 개방 중심 구성을 갖는 에너지 전환 시스템(100)의 예시적인 실시예의 개략적인 평면도 및 (도 1의 에너지 전환 시스템의 선 2-2을 통해 취한) 단면도가 도시되어 있다. 에너지 전환 시스템(100)은 하나 이상의 블레이드 부재(130)(복수의 부재가 도 1에 도시되어 있음)가 장착되는 회전 구조물(110)을 포함한다. 회전 구조물(110)은 고정 구조물(120)에 대해 (예컨대, 도 1의 예시적인 실시예에서 그의 외측 주연부 둘레에) 회전 가능하게 장착된다. 블레이드 부재(130)는 회전 구조물(110)이 그에 의해 보유되는 블레이드 부재(130)와 함께 본 기술 분야의 당업자가 친숙한 방식으로 회전하게 하기 위해 유체 흐름이 블레이드 부재(130)와 상호 작용할 수 있도록, 회전 구조물(110)에 대해 구성되고 위치된다. 예를 들어, 블레이드 부재(130)는 블레이드 부재(130) 및 회전 구조물(110)의 회전 평면에 대해 실질적으로 직교하며 (블레이드 부재(130) 및 회전 구조물(110)의 회전 축(A)에 대해 실질적으로 평행한) 방향으로 이동하는 (도 2에서 FC로서 표시된) 유체 흐름과 상호 작용하도록 구성된 하이드로포일일 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 1의 시스템(100)의 배향에서, 블레이드 부재(130)는 지면의 평면에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 이동하는 성분을 갖는 유체 흐름(FC)과 상호 작용하도록 구성될 수 있다.
유체 흐름의 블레이드 부재(130)와의 상호 작용에 기인하는 회전 이동은, 예를 들어, 전기 및/또는 수소 생산과 같은 다른 형태의 에너지로 전환될 수 있다. 회전 이동의 다른 형태의 에너지로의 그러한 전환은 본 기술 분야의 당업자가 친숙한 많은 기술에 의해 발생할 수 있고, 그중 일부가 아래에서 더 상세하게 설명된다. 본원에서 전체적으로 참조로 통합된 미국 특허 제7,453,166호가 또한 참조된다.
고정 구조물(120)에 대해 회전 구조물(110)을 회전 가능하게 장착하기 위해, 도 1의 에너지 전환 시스템은 베어링 메커니즘(115, 125)의 하나 이상의 세트를 포함할 수 있다 (복수의 세트가 도 1 및 2의 예시적인 실시예에 도시되어 있음). 각각의 세트는 회전 구조물(110)과 각각 관련된 적어도 하나의 베어링 메커니즘(115) 및 고정 구조물(120)과 관련된 적어도 하나의 베어링 메커니즘(125)을 포함할 수 있다. 베어링 메커니즘(115, 125)은 아래에서 더 상세하게 설명될 바와 같이, 서로 협동하도록 구성될 수 있고; 이와 같이, 베어링 메커니즘(115) 및 베어링 메커니즘(125)은 회전 구조물(110)이 실질적으로 안정된 위치(예컨대, 방사상 및/또는 축방향 위치)에서 고정 구조물(120)에 대해 회전하도록 허용하기 위해 베어링을 형성하도록 서로 협동하도록 구성된 상이한 구조물을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다양한 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘(115, 125)은 자석 베어링 메커니즘으로서 구성될 수 있다. 즉, 베어링 메커니즘(115, 125)은 회전 구조물(110)이 고정 구조물(120)에 대해 회전할 수 있도록, 고정 구조물(120)에 대해 회전 구조물(110)을 부상(예컨대, 부양)시키기에 충분한 자기장을 확립할 수 있다. 베어링 메커니즘(115, 125)의 세트들 사이에 생성된 자기장은 회전 구조물(110)과 고정 구조물(120) 사이의 간격(예컨대, 방사상 간격)을 유지하기에 충분할 수 있다. 더 구체적으로, 자기장은 구조물(110, 120)의 대향 표면들 사이, 예를 들어, 도 1에서 고정 구조물(120)의 외측 표면(122)과 회전 구조물(110)의 내측 표면(111) 사이의 간격(G) (즉, 갭) (바꾸어 말하면, 접속부)를 유지하기에 충분할 수 있다.
아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 도 11을 참조하면, 베어링 메커니즘(115, 125)을 포함하는 자석 베어링 메커니즘은 회전 구조물(110) 및 고정 구조물(120)의 상대 축방향 위치를 실질적으로 유지하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 베어링 메커니즘(115, 125)들 사이의 자기장은 작용하는 유체 흐름(FC)과 관련된 힘(예컨대, 유체 흐름의 추력)의 결과로서 축 방향으로의 회전 구조물(110) 및/또는 고정 구조물(120)의 이동을 실질적으로 방지하기에 충분할 수 있다. 즉, 위에서 설명된 바와 같이, 에너지 전환 시스템(100)이 축(A)에 대해 실질적으로 평행하게 (예컨대, 도 1의 지면의 평면에 대해 실질적으로 직교하게) 이동하는 유체 흐름(FC)에 대해 위치될 때, 베어링 메커니즘(115, 125)들 사이에 확립된 자기장은 흐름의 힘의 결과로서 회전 구조물(110) 또는 고정 구조물(120)의 이동을 실질적으로 방지하기에 충분한 힘을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 다양한 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘(115, 125)은 회전 구조물(110)과 고정 구조물(120) 사이의 간격(G)을 실질적으로 유지하기 위해 서로 반발하도록 구성된 영구 자석을 포함할 수 있다. 영구 자석을 포함하는 베어링 메커니즘(115, 125)의 경우에, 자기장 (및 반발력)은 회전 구조물(110)과 고정 구조물(120)이 서로에 대해 이동하지 않을 때에도 확립될 수 있다.
다양한 다른 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘(115, 125)은 동적 자기장을 확립하여 자기 부상을 달성하도록 구성된 협동식 구조물일 수 있다. 즉, 베어링 메커니즘(115, 125)은 회전 구조물(110) 및 고정 구조물(120)의 상대 이동에 의해 그들 사이에서 자기장을 확립하도록 구성될 수 있다. 예로써, 베어링 메커니즘(115, 125)들 중 하나는 자석의 어레이를 포함할 수 있고, 베어링 메커니즘(115, 125)들 중 다른 하나는 하나 이상의 도체(예컨대, 전도성 코일 또는 선형 전도성 부재)를 포함할 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 회전 구조물(110) 상에 장착된 베어링 메커니즘(115)은 자석의 어레이를 포함할 수 있고, 고정 구조물(120)에 장착된 베어링 메커니즘(125)은 전도성 코일을 포함할 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 회전 구조물(110) 상에 장착된 베어링 메커니즘(115)은 전도성 코일을 포함할 수 있고, 고정 구조물(120) 상에 장착된 베어링 메커니즘(125)은 자석 어레이를 포함할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 자석의 어레이는 할바하 어레이일 수 있다.
베어링 메커니즘(115, 125)은 자기 부상 기술의 분야의 당업자에게 공지된 임의의 메커니즘에 의해 자기 부상을 달성하도록 구성된 구조물을 포함할 수 있고, 위에서 설명된 것은 단지 예시적이다. 본 기술 분야의 당업자는 고정 구조물(120)에 대한 회전 구조물(110)의 자기 부상을 달성하기 위해 구조물(115, 125)을 변형시키는 방법을 이해할 것이고, 도시된 구조물(115, 125)은 단지 개략적인 표현임을 이해할 것이다. 베어링 메커니즘(115, 125)의 개수, 형상, 간격, 크기, 자기장 강도, 및 다른 특성은 회전 및 고정 구조물(110, 120)의 크기 및 중량과 같은 다양한 인자, 요구되는 부상 및 베어링력, 및 원하는 용도에 기초한 다른 인자에 기초하여 선택될 수 있다.
베어링 메커니즘(115, 125)이 자석 및 전기 전도체를 포함하는 다양한 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘(115, 125)의 세트들 중 하나 이상은 또한 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 방식으로 베어링 메커니즘(115, 125)들의 상대 운동 시에 전기를 발생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 베어링 메커니즘(115)이 자석의 어레이로서 구성되고, 베어링 메커니즘(125)이 전도성 코일로서 구성되면, 고정 구조물(120)에 대한 회전 구조물(110)의 회전으로 인한 그러한 베어링 메커니즘들의 서로에 대한 운동은 발전을 위해 전기 리드(도시되지 않음)의 사용을 통해 취출될 수 있는 전도성 루프 내에서의 전압을 발생시킬 수 있다. 도체가 회전 구조물 상에 장착되는 경우에, 전도성 코일로의 전기적 연결을 이루기 위해 슬립 링, 활주식 커넥터, 또는 다른 유형의 회전식 전기 인터페이스(도시되지 않음)를 사용하는 것이 필요할 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 회전식 전기 구성요소와의 전기적 연결을 확립하기 위해 슬립 링 또는 다른 회전식 전기 접속 장치의 사용과 친숙하다.
도 3은 베어링 메커니즘의 세트 중 하나가 자석(515)의 어레이를 포함하고, 베어링 메커니즘의 세트 중 다른 하나가 전기 전도성 코일(525)을 포함하는 베어링 메커니즘의 세트의 예시적인 실시예를 도시한다.
다양한 다른 예시적인 실시예에 따르면, 도 1의 베어링 메커니즘(115, 125)은 유체 베어링 메커니즘으로서 구성될 수 있다. 즉, 베어링 메커니즘(115, 125)의 하나 이상의 세트는 회전 구조물이 액체 또는 기체의 층 상에서 고정 구조물(120)에 대해 회전할 때, 회전 구조물(110)의 부하를 지지할 수 있다. 베어링 메커니즘(115, 125)들 사이의 액체 또는 기체의 층은 회전 구조물(110)이 고정 구조물(120)에 대해 회전할 수 있도록 고정 구조물(120)에 대해 회전 구조물(110)을 부상(예컨대, 부양)시키고, 회전 구조물(110)과 고정 구조물(120)의 대향 표면들 사이의 간격을 유지하기에 충분할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 실시예에서, 유체 베어링 메커니즘(115, 125)은 고정 구조물(120)의 외측 표면(122)과 회전 구조물(110)의 내측 표면(111) 사이의 간격(G)을 유지하도록 구성될 수 있다.
유체 베어링 메커니즘에 대한 유체 공급원은 임의의 유체일 수 있다. 그러나, 다양한 예시적인 실시예에서, 시스템이 침지되는 유체(예컨대, 강, 바다, 호수 등의 물)가 유체 공급원으로서 사용될 수 있다. 시스템이 침지되는 유체를 사용함으로써, 베어링 메커니즘의 밀봉은 유체가 수역에 대해 해로운 효과가 없이 베어링 메커니즘을 떠나 시스템이 침지되는 유체 구역으로 재사용될 수 있기 때문에, 필요치 않을 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 유체 베어링 메커니즘으로 공급되는 유체의 여과는 시스템이 침지되는 유체 구역이 유체 베어링 메커니즘을 부식 또는 달리 열화시킬 수 있는 재료를 함유하면, 필요할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 시스템이 침지되는 유체 이외의 유체 공급원이 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 유체는 유체 전달 장치(예컨대, 펌프, 밸브, 파이프 등)를 통해 침지된 시스템으로 전달될 수 있고, 유체가 유체 베어링 메커니즘을 진출하면 유체를 재순환시키거나 적절한 환경으로 방출하기 위한 메커니즘이 바람직할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘(115, 125)은 유체 정역학적 베어링으로서 구성될 수 있고, (예컨대, 도 1의 도면 부호 250에서 점선으로 도시된 바와 같은) 하나 이상의 펌프가 베어링 내에서 사용되는 유체를 펌핑하기 위해 이용될 수 있다. 각각의 베어링 메커니즘(115, 125)은 그 자신의 펌프와 관련될 수 있거나, 복수의 베어링 메커니즘(115, 125)이 공통 펌프를 공유할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘은 하나 보다 많은 펌프와 관련될 수 있고, 예를 들어, 관련 펌프들 중 하나 이상이 특정 베어링 메커니즘 전용이거나 복수의 베어링 메커니즘과 공유된다. 하나 보다 많은 펌프가 베어링 메커니즘과 관련될 때, 펌프들 중 하나는 다른 펌프의 고장의 경우에 백업 펌프로서 역할할 수 있다. 대체로, 본 기술 분야의 당업자는 베어링 메커니즘(115/125) 내로 유체를 펌핑하기 위해 이용되는 펌프의 다양한 배열 및 구성을 이해할 것이다.
다양한 다른 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘(115, 125)은 유체 동역학적 베어링으로서 구성될 수 있고, 회전 구조물(110)의 회전 운동은 베어링 상으로 그리고 그의 베어링 표면 위로의 유체의 흡입을 일으킬 수 있다. 예를 들어, 유체의 표면 장력 및 점성과, 회전 및 고정 구조물(110, 120)의 상대 운동은 고정 구조물(120)에 대한 회전 구조물(110)의 축방향 및 방사상 위치를 유지하는 유체의 얇은 필름을 일으킬 수 있고 (예컨대, 도 1의 실시예에서, 고정 구조물(120)에 대해 회전 구조물(110)을 현수한다). 본 기술 분야의 당업자는 베어링 메커니즘(115, 125)에 대해 이용될 수 있는 유체 베어링 메커니즘의 다양한 구성과 친숙할 것이다.
도 1 및 2의 예시적인 실시예가 시스템의 회전 축에 대해 실질적으로 등간격인 각간격(angular interval)으로 위치된 복수의 이산된 베어링 메커니즘(115, 125)을 포함하지만, 본 기술 분야의 당업자는 하나 또는 양 베어링 메커니즘(115, 125)이 각각의 표면(111, 122)을 따라 실질적으로 연속적으로 연장하는 단일 일체형 환상 요소일 수 있음을 이해할 것이다. 대안적으로, 일련의 베어링 메커니즘(115 또는 125)이 각각의 표면(111, 122)을 따라 실질적으로 연속적으로 연장하는 연속적인 환상 요소를 형성하도록 단부 대 단부로 위치될 수 있다. 도 1에 도시된 베어링 메커니즘(115, 125)의 개수, 크기, 및 구성은 단지 예시적이고, 본 기술 분야의 당업자는 베어링 메커니즘(115, 125)의 많은 다른 구성 및 배열이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 이용될 수 있음을 인식할 것이다.
또 다른 예시적인 실시예에서, 대향 표면(111 또는 122)들 중 하나 상에만 하나 이상의 베어링 메커니즘을 위치시키는 것이 가능할 수 있다. 예를 들어, 대향 표면(111 또는 122)들 중 하나 상에만 하나 이상의 유체 베어링 메커니즘을 위치시키는 것이 가능할 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따른 베어링 메커니즘은 (도 2에서 화살표(x)에 의해 도시된 바와 같이) 회전식 베어링을 제공하기 위해 대향 표면(111, 122)들의 접속부를 따라, (도 2에서 화살표(y)에 의해 도시된 바와 같이) 래디얼 베어링을 제공하기 위해 대향 표면(111, 122)들의 접속부를 가로질러, 또는 이들의 조합으로, 베어링을 제공할 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 도 1 및 2에서, 베어링 요소(115, 125)의 단일 세트가 도시되어 있지만, 각각의 세트는 복수의 베어링 요소를 포함할 수 있고, 각각의 세트 내의 베어링 요소는, 예를 들어, 자석, 유체, 및/또는 롤러 베어링을 포함한, 상이한 유형의 베어링으로부터 선택될 수 있다.
다양한 추가의 실시예에 따르면, 예를 들어, 베어링 메커니즘은, 예를 들어, 도 4 및 5에 도시된 바와 같은 보편적인 밀봉식 롤러 베어링 메커니즘과 같은, 수동 기계식 베어링으로서 구성될 수 있다. 이제 도 4 및 5를 참조하면, 개방 중심 구성을 갖는 에너지 전환 시스템(400)의 예시적인 실시예의 개략적인 평면도 및 (도 4의 에너지 전환 시스템의 선 5-5를 통해 취한) 단면도가 도시되어 있다. 에너지 전환 시스템(400)은 하나 이상의 블레이드 부재(430)(복수가 도 4에 도시되어 있음)가 장착되는 회전 구조물(410)을 포함한다. 회전 구조물(410)은 고정 구조물(420)에 대해 (예컨대, 도 4의 예시적인 실시예에서 그의 주연부 내에서) 회전 가능하게 장착된다. 블레이드 부재(430)는 유체 흐름이 회전 구조물(410) 및 그에 의해 보유되는 블레이드 부재(430)가 본 기술 분야의 당업자가 친숙한 방식으로 회전하게 하기 위해 블레이드 부재(430)와 상호 작용할 수 있도록, 회전 구조물(410)에 대해 구성되고 위치된다. 예를 들어, 위와 같이, 블레이드 부재(430)는 블레이드 부재(430) 및 회전 구조물(410)의 회전 평면에 대해 실질적으로 직교하며 (블레이드 부재(430) 및 회전 구조물(410)의 회전 축(A)에 대해 실질적으로 평행한) 방향으로 이동하는 (도 5에서 FC로서 표시된) 유체 흐름과 상호 작용하도록 구성된 하이드로포일일 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 4의 시스템(400)의 배향에서, 블레이드 부재(430)는 지면의 평면에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 이동하는 성분을 갖는 유체 흐름(FC)과 상호 작용하도록 구성될 수 있다.
유체 흐름의 블레이드 부재(430)와의 상호 작용에 기인하는 회전 이동은, 예를 들어, 발전기 자석(417) 및 라미네이션 스택/고정자 권취부(418)(도 5)를 이용하여, 예를 들어, 전기 및/또는 수소 생산과 같은 다른 형태의 에너지로 전환될 수 있다. 회전 운동의 다른 형태의 에너지로의 그러한 전환은 본 기술 분야의 당업자가 친숙한 많은 기술에 의해 발생할 수 있다.
도 4의 에너지 전환 시스템(400)은, 예를 들어, 보편적인 밀봉식 롤러 베어링(416)과 같은 수동 기계식 베어링의 하나 이상의 세트를 포함할 수 있다 (복수의 세트가 도 4 및 5의 예시적인 실시예에 도시되어 있음). 베어링(416)은 회전 구조물(410)이 실질적으로 안정된 방사상 위치에서 고정 구조물(420)에 대해 회전하는 것을 허용하도록 (예컨대, 구조물에 대한 수동 방사상 복원 지지를 제공하도록) 구성될 수 있다. 다양한 추가의 예시적인 실시예에서, 베어링(416)은 도 9에 도시된 바와 같이 저마찰 (예컨대, 세라믹, 테플론(Teflon), 및/또는 다양한 열가소성 중합체) 표면(419)을 위해 제거될 수 있고; 대안적으로, 롤러 베어링 및 저마찰 표면의 조합이 사용될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 예시적인 실시예에서, 자석 베어링 메커니즘(435, 440)은 회전 구조물(410)이 실질적으로 안정된 축방향 위치에서 고정 구조물(420)에 대해 회전하는 것을 허용하도록 (예컨대, 구조물에 대한 축방향 복원 지지를 제공하도록) 구성될 수 있다. 예를 들어, 베어링 메커니즘(435, 440)들 사이의 자기장은 작용하는 유체 흐름(FC)과 관련된 힘(예컨대, 유체 흐름의 추력)의 결과로서의 축 방향으로의 회전 구조물(410) 및/또는 고정 구조물(420)의 이동을 실질적으로 지연시키기에 충분할 수 있다. 즉, 위에서 설명된 바와 같이, 에너지 전환 시스템(400)이 축(A)에 대해 실질적으로 평행하게 (예컨대, 도 4의 지면의 평면에 대해 실질적으로 직교하게) 이동하는 유체 흐름(FC)에 대해 위치될 때, 베어링 메커니즘(435, 440)들 사이에 확립된 자기장은 흐름의 힘의 결과로서 축 방향으로의 회전 구조물(410) 또는 고정 구조물(420)의 이동을 실질적으로 지연시키기에 충분한 힘을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 다양한 예시적인 실시예에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 자석 베어링 메커니즘(435, 440)은 복수의 자석(436, 441)을 각각 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 자석(436, 441)들은 할바하 타입 어레이 (즉, 화살표가 각각의 자석의 자기장의 배향을 표시하는, 영구 자석들의 회전 패턴)으로 실질적으로 배열될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 배열된 바와 같이, 자석(436, 441)들은 회전 구조물(410)과 고정 구조물(420) 사이의 간격(G) (즉, 갭)을 실질적으로 유지하기 위해 서로 반발하도록 구성된다. 본 기술 분야의 당업자에 의해 추가로 이해될 바와 같이, 영구 자석을 포함하는 자석 베어링 메커니즘(435, 440)의 경우에, 자기장 (및 반발력)은 회전 구조물(410)과 고정 구조물(420)이 서로에 대해 병진 이동 또는 회전하지 않을 때에도 확립될 수 있다.
도 7은, 예를 들어, 도 6의 자석 베어링 (즉, 영구 자석 어레이)의 예시적인 실시예에 대한 자기장 선도를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 도시된 치수를 구비한 (즉, 회전 축(A)으로부터의 30 인치의 내경을 구비한 자석 링 내의 0.328 인치 x 0.328 인치 자석, 및 어레이들 사이의 0.125 인치 간격(G)을 사용하는) 어레이가 50 MGO 등급의 니오븀 철 붕소(NdFeB) 자석을 사용하여 (즉, 자석 에너지 강도의 메가 가우스 외르스테트(MEGA GAUSS OERSTED) 측정을 사용하여) 약 9,000 파운드의 복원력 (즉, 5 피트 직경을 구비한 에너지 전환 시스템에 대해 적절한 복원력)을 제공할 수 있다. 자석 베어링에 의해 보여지는 자기장 밀도 강도는 범례에서 테슬라(Tesla) 단위로 기재되어 있다.
비교하자면, 도 8은 반대되는 자기장에 의해 자석들을 직접 정렬시킴으로써 수동 반발을 제공하는, 비교 자석 베어링 메커니즘에 대한 자기장 선도를 도시한다 (즉, 화살표는 각각의 자석의 자기장의 배향을 표시함). 도 8에 도시된 바와 같이, 도 7에 도시된 바와 유사한 치수 및 특성을 구비한 자석 (즉, 0.328 인치 x 0.493 인치, 50 MGO NdFeB 자석)이 그러한 구성 (즉, 어레이들 사이의 0.125 인치 간격(G)을 구비한 대향하는 0.985 인치 자석 어레이)로 배열될 때, 베어링 메커니즘은 단지 약 7,540 파운드의 복원력을 제공한다. 결과적으로, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같은 본 발명의 자석 베어링 메커니즘은 도 8의 자석 베어링 메커니즘과 비교하여, 더 큰 에너지 전환 장치를 지지하는 능력을 구비한 향상된 복원 용량을 나타낸다.
본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 도 4의 예시적인 에너지 전환 장치는 또한 양방향 흐름 유동을 고려하도록 변형될 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 10의 시스템의 배향에서, 블레이드 부재(430)는 지면의 평면에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 이동하는 성분을 각각 갖는 유체 흐름(FCA) 및/또는 유체 흐름(FCB)과 상호 작용하도록 구성될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 유체 흐름(FCB)의 추력을 상쇄하기 위해 (즉, 흐름(FCB)의 축방향 힘 성분의 결과로서의 회전 구조물(410) 또는 고정 구조물(420)의 이동을 실질적으로 방지하기에 충분한 축방향 복원력을 제공하기 위해), 자석 베어링(435, 440)의 제2 세트가 에너지 전환 시스템의 대향 측면 상에 (즉, 블레이드 부재(430)로부터의 회전 구조물(410) 및 고정 구조물(420)의 대향 측면 상에) 위치될 수 있다. 이러한 방식으로, 고정 구조물(420)은 유동 방향에 관계없이, 베어링(435, 440)의 2개의 세트에 의해 갭(G) 내에서 중심 설정될 수 있다.
베어링 메커니즘(435, 440)은 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이 자력 반발을 달성하도록 구성된 다양한 할바하 타입 어레이를 포함할 수 있고, 위에서 설명된 것은 단지 예시적이다. 본 기술 분야의 당업자는 회전 구조물(410)이 실질적으로 안정된 축방향 위치에서 고정 구조물(420)에 대해 회전하는 것을 허용하도록 (즉, 적절한 축방향 복원력을 제공하도록) 구조물(435, 440)을 변형시키는 방법을 이해할 것이고, 도시된 구조물(435, 440)이 단지 개략적인 표현임을 이해할 것이다. 그러나, 본 기술 분야의 당업자는 베어링 메커니즘(435, 440)에 의해 예시되는 구성은 와류 손실이 구조물의 회전과 상응하지 않는 구체적인 이점을 가질 수 있음을 이해할 것이다. 베어링 메커니즘(435, 440)의 개수, 형상, 간격, 크기, 자기장 강도, 및 다른 특성은 회전 및 고정 구조물(410, 420)의 크기 및 중량과 같은 다양한 인자, 요구되는 복원 및 베어링력, 및 원하는 용도에 기초한 다른 인자에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, 자석은 유체 환경 내에 위치될 때 (예컨대, 물 속에 위치될 때) 자석 재료에 대한 산화를 방지하기 위해 기밀 밀봉될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다양한 추가의 예시적인 실시예에서, 자석 베어링 메커니즘(445, 450)은 회전 구조물(410)이 실질적으로 안정된 축방향 위치에서 고정 구조물(420)에 대해 회전하는 것을 허용하도록 (즉, 구조물에 대한 축방향 복원 지지를 제공하도록) 구성될 수 있다. 예를 들어, 베어링 메커니즘(445, 450)들 사이의 자기장은 작용하는 유체 흐름과 관련된 힘(예컨대, 유체 흐름의 추력)의 결과로서 축 방향으로의 회전 구조물(410) 및/또는 고정 구조물(420)의 이동을 실질적으로 지연시키기에 충분할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 도 11에 도시된 바와 같이, 자석 베어링 메커니즘(445, 450)은 각각 복수의 방사상 자석(446, 451)을 포함할 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 자석(446, 451)들은 할바하 타입 어레이로 실질적으로 배열될 수 있다. 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 회전 구조물(410) 상의 자석 어레이 (즉, 자석(446))이 고정 구조물(420) 상의 자석 어레이 (즉, 자석(451))에 대해 변위(D)만큼 변위될 때, 방사상 공기 갭 영역이 축방향 복원력을 제공한다. 바꾸어 말하면, 자석(451)에 대한 자석(446)의 변위는 자석들이 자신들을 정렬시키도록 시도할 때 복원력을 생성한다 (즉, 정렬력(alignment force)이 유체 흐름의 추력을 상쇄한다).
본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 에너지 전환 시스템 내에서의 그들의 구성 및 중심 위치로 인해, 자석 베어링 메커니즘(445, 450)은 본질적으로 양방향성이고, 그러므로 각 방향으로의 유동을 수용할 수 있다. 바꾸어 말하면, 도 11의 시스템의 배향에서, 블레이드 부재(430)는 지면의 평면에 대해 실질적으로 직교하는 방향으로 이동하는 성분을 각각 갖는 유체 흐름(FCA) 및/또는 유체 흐름(FCB)과 상호 작용하도록 구성될 수 있다. 또한, 위와 같이, 당업자는 또한 자석 베어링 메커니즘(445, 450)이 다양한 할바하 타입 어레이를 포함할 수 있음을 이해할 것이고, 본 기술 분야의 당업자는 회전 구조물(410)이 실질적으로 안정된 축방향 위치에서 고정 구조물(420)에 대해 회전하는 것을 허용하도록 (즉, 적절한 축방향 복원력을 제공하도록) 구조물(445, 450)을 변형 및 오프셋시키는 (즉, 구조물들을 서로에 대해 변위시키는) 방법을 이해할 것이고, 도시된 구조물(445, 450)은 단지 개략적인 표현임을 이해할 것이다. 베어링 메커니즘(445, 450)의 개수, 형상, 간격, 크기, 자기장 강도, 변위, 및 다른 특성은 회전 및 고정 구조물(410, 420)의 크기 및 중량과 같은 다양한 인자, 요구되는 복원 및 베어링력, 및 원하는 용도에 기초한 다른 인자에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, 자석은 유체 환경 내에 위치될 때 (예컨대, 물 속에 위치될 때) 자석 재료에 대한 산화를 방지하기 위해 기밀 밀봉될 수 있다.
도 12 및 13에 도시된 바와 같이, 다양한 추가의 예시적인 실시예에서, 자석 베어링 메커니즘(455, 460)은, 예를 들어, 강철 C-코어 또는 강철 요크와 같은 C-코어(456), 및 복수의 방사상 자석(461)을 각각 포함할 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 자석(461)들은 할바하 타입 어레이로 실질적으로 배열될 수 있다. 위와 같이, 회전 구조물(410) 상의 베어링 메커니즘(455) (즉, C-코어(456))가 고정 구조물(420) 상의 베어링 메커니즘(460) (즉, 자석(461))에 대해 변위(D)만큼 변위될 때, 방사상 공기 갭 영역이 축방향 복원력을 제공한다. 바꾸어 말하면, 자석(461)에 대한 강철 C-코어(456)의 변위는 자석들이 강철 C-코어와 정렬되도록 시도할 때 복원력을 생성한다 (즉, 정렬력(AF)이 유체 흐름(FC)의 추력을 상쇄한다).
위와 같이, 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 영구 자석(461)을 포함하는 자석 베어링 메커니즘(455, 460)의 경우에, 자기장 (및 정렬력)은 회전 구조물(410)과 고정 구조물(420)이 서로에 대해 회전하지 않을 때에도 확립될 수 있다. 도 14는, 예를 들어, 도 13의 자석 베어링 (즉, 영구 자석 어레이 및 강철 C-코어)에 대한 자기장 선도를 도시한다. 도 14 및 15에 도시된 바와 같이, 도시된 치수를 구비하며 (즉, 회전 축(A)으로부터의 30 인치의 내측 반경을 구비한 자석 링 내의 1.21 인치 x 1.21 인치 자석을 사용하며), 강철 C-코어에 대해 대략 0.605 인치의 변위(D)를 구비한 어레이가, 또한 50 MGO NdFeB 자석을 사용하여 약 9,000 파운드의 복원력을 제공할 수 있다. 자석 베어링에 의해 보여지는 자기장 밀도 강도가 범례에서 테슬라 단위로 기재되어 있다.
위와 같이, 당업자는 또한 자석 베어링 메커니즘(455, 460)이 다양한 C-코어 구성 및 할바하 타입 어레이를 포함할 수 있음을 이해할 것이고, 본 기술 분야의 당업자는 회전 구조물(410)이 실질적으로 안정된 축방향 위치에서 고정 구조물(420)에 대해 회전하는 것을 허용하도록 (즉, 적절한 축방향 복원력을 제공하도록) 구조물(455, 460)을 변형 및 오프셋 (즉, 구조물들을 서로에 대해 변위시키는) 방법을 이해할 것이고, 도시된 구조물(455, 460)은 단지 개략적인 표현임을 이해할 것이다. 베어링 메커니즘(455, 460)의 개수, 형상, 간격, 크기, 자기장 강도, 변위, 및 다른 특성은 회전 및 고정 구조물(410, 420)의 크기 및 중량과 같은 다양한 인자, 요구되는 복원 및 베어링력, 및 원하는 용도에 기초한 다른 인자에 기초하여 선택될 수 있다. 또한, 자석은 유체 환경 내에 위치될 때 (즉, 물 속에 위치될 때) 자석 재료에 대한 산화를 방지하도록 기밀 밀봉될 수 있다.
자석 베어링 메커니즘(455, 460)이, 예를 들어, 강철 C-코어(456) (즉, 강철 요크)와 같은 전기 전도체 및 자석(461)을 포함하는 다양한 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘(455, 460)의 세트들 중 하나 이상이 또한 본 기술 분야의 당업자에게 공지된 방식으로 베어링 메커니즘(455, 460)들의 상대 운동 시에 전기를 발생시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 16 및 17에 도시된 바와 같이, 강철 요크(456)가 간헐적으로 압출 성형되면, 구조물은 고정자 조립체로서 구리 코일(457)을 구비한, 예를 들어, 구리 코일(457)이 고정 구조물에 장착되어 있는 기전 에너지 전환에 대해 적합할 것이다. 본 기술 분야의 당업자에 의해 이해될 바와 같이, 자성 강철 요크(456)는 도 17에 도시된 자화 배향으로 인해 코일(457) 상에 교대하는 쇄교 자속을 제공할 수 있다.
다양한 예시적인 실시예가 간헐적인 강철 요크(456)와 때때로 관련될 수 있는 상응하는 코깅을 경감시키는 다양한 방법을 추가로 고려한다. 다양한 실시예에서, 예를 들어, (즉, 자석(461) 및 강철 요크(456)의) 제2 복제 세트가 90° 오프셋으로 사용될 수 있다. 한편, 다양한 추가의 실시예에서, 공기 갭에서의 (즉, 간헐적인 요크들 사이의) 강철 요크(456)의 자극은 이웃하는 자극 (즉, 이웃하는 자석)의 일부를 차폐하도록 확개될 수 있다. 바꾸어 말하면, 강철 요크(456)의 측면들은 연신되어 이웃하는 자석을 차폐하기 시작할 수 있다.
도 1-17의 예시적인 실시예는 비제한적이고, 본 기술 분야의 당업자는 변형이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 도시된 배열 및 구성에 대해 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
이제 도 18 내지 도 73을 참조하면, 예를 들어, 본 발명에 따른 다양한 예시적인 에너지 전환 시스템 내에서 이용될 수 있는 베어링 메커니즘을 구비한 회전 구조물 및 고정 구조물의 다양한 추가의 예시적인 구성의 부분 단면도가 도시되어 있다. 도 18 내지 도 73에 각각 도시된 부분 단면도는 90° 방위각에서 구조물을 통한 방사상 평면 내에서 취해진 구조물의 단면 (즉, 도 2와 동일한 단면)이고, 시스템의 상부만이 도시되어 있다. 도 18 내지 도 73 각각에서, 시스템의 회전 축은 A로 표시되어 있고, 회전을 일으키기 위해 시스템과 상호 작용하는 유체 흐름 (또는 유체 흐름의 성분)의 방향은 FC로서 표시되어 있다. 도 18 내지 도 73 각각의 화살표(FC)가 단지 하나의 방향으로 도시되어 있지만, 유체 흐름은 반대 방향일 수도 있고, 여전히 에너지 전환 시스템이 작동하도록 허용할 수 있다. 따라서, 에너지 전환 시스템은 유체 유동의 양 방향으로 작동하도록 구성되고, 회전 구조물의 회전 방향은 유체 흐름의 방향에 의존하여 변경된다.
예시 및 설명을 쉽게 하기 위해, 도 18 내지 도 73의 각각의 실시예의 고정 구조물은 도면에서 F로서 표시된 고정 마운트에 연결되는 구조물이고, 회전 구조물은 그에 장착된 블레이드(30)를 갖는 구조물이다. 베어링 메커니즘들의 협동식 세트가 간단하게 하기 위해 5로서 집합적으로 표시되어 있다. 아울러, 도 18 내지 도 73의 베어링 메커니즘의 각각의 세트(5)는 복수의 협동식 베어링 요소의 어레이로서 도시되어 있다. 그러한 구성은 단지 예시적이며 비제한적이고, 위에서 설명된 바와 같이, 베어링 메커니즘은 다양한 배열, 구성, 및 개수를 가질 수 있다. 베어링 메커니즘의 세트의 개수는 또한, 예를 들어, 구조물의 크기, 구조물의 중량, 베어링 메커니즘의 형상, 및 본 기술 분야의 당업자가 이해할 다양한 다른 인자를 포함한, 다양한 인자에 의존하여, 1개로부터 1개 초과까지 변할 수 있다. 베어링 메커니즘의 세트의 배열은 또한 그러한 인자에 기초하여 변할 수 있다.
도 18 내지 도 73의 도면에서, 회전 구조물 및 고정 구조물은 이들 각각과 관련된 베어링 메커니즘이, 각각의 루프 둘레에서 연속적인 환상 구조물을 형성하지 않는 이산되고 분리된 구조물의 구성을 가지면, 실질적으로 정렬되도록, 서로에 대해 위치된다. 각각의 구조물과 관련된 임의의 베어링 메커니즘이 연속적인 환상 구조물이 형성되도록 개수 및/또는 배열로 구성되면, 베어링 메커니즘은 항상 도 18 내지 도 73의 단면도에서 서로 정렬됨이 이해될 것이다.
도 18 내지 도 73에 도시된 다양한 예시적인 실시예는 회전 및 고정 구조물들 사이의 베어링 접속부의 개수, 접속부와 유체 흐름의 정렬, 접속부의 구성 등의 변경을 갖는, 본 발명에 따른 에너지 전환 시스템에 대한 많은 구성을 도시한다. 예를 들어, 도 18-45의 실시예는 유체 흐름(FC)의 방향이 다양한 베어링 접속부에 대해 실질적으로 정렬되거나 실질적으로 직교하는 에너지 전환 시스템을 도시하고 (각각의 베어링 접속부는 베어링 메커니즘의 각각의 세트(5)에 의해 표현됨), 도 46-73의 실시예는 유체 흐름(FC)의 방향과 다양한 베어링 접속부가 정렬되거나 직교하지 않지만, 대신에 유체 흐름(FC) 방향에 대해 직교하는 것 이외의 각도에 있는 에너지 전환 시스템을 도시한다. 아울러, 도 18-21 및 46-49의 에너지 전환 시스템 실시예는 1개의 베어링 접속부를 갖고, 도 22-25, 34-37, 50-53, 및 62-65의 실시예는 2개의 베어링 접속부를 갖고, 도 26-29, 38-41, 54-57, 및 66-69의 실시예는 3개의 베어링 접속부를 갖고, 도 30-33, 42-45, 58-61, 및 70-73의 실시예는 4개의 베어링 접속부를 갖는다.
구조물들 중 하나가 (예컨대, 2개 이상의 베어링 접속부를 갖는 실시예에서와 같이) 다른 구조물의 단면의 적어도 일 부분 둘레를 둘러싸는 단면을 갖는 다양한 예시적인 실시예에서, 베어링 메커니즘의 세트(5)의 배열은 구조물들 사이의 간격을 유지하는 더 큰 안정성을 제공할 수 있는 (예컨대, 방사상 및 축 방향으로의) 상이한 베어링력 방향을 제공할 수 있다.
도 18 내지 도 73의 예시적인 실시예는 비제한적이고, 본 기술 분야의 당업자는 변형이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 도시된 배열 및 구성에 대해 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
다양한 예시적인 실시예에서, 협동식 베어링 메커니즘의 세트들 중 하나 이상이 고정 구조물에 대한 회전 구조물의 이동에 의해 전기를 발생시키도록 구성된 자석/전도성 코일 쌍으로 교체될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 도 18 내지 도 73의 예시적인 실시예에서, 도시된 베어링 메커니즘의 세트(5)들 중 적어도 하나가 자석/전도성 코일 쌍 형태의 발전 메커니즘에 의해 교체될 수 있고; 대안적으로 또는 추가적으로, 세트(5)를 형성하는 각각의 어레이 내의 베어링 메커니즘들 중 하나 이상이 자석/전도성 코일 쌍일 수 있다. 이는 이용되는 나머지 베어링 메커니즘의 유형에 관계없이 (예컨대, 그러한 세트가 자석 베어링 메커니즘을 포함하든지 그리고/또는 유체 베어링 메커니즘을 포함하든지 간에) 적용된다. 베어링 메커니즘의 하나 이상의 세트가 자기 부상을 달성하도록 구성되는 경우에, 베어링 메커니즘의 그러한 세트는 자기 부상 및 발전을 달성하도록 구성될 수 있다.
아울러, 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로, 도 1에 도시된 베어링 메커니즘(115, 125)의 하나 이상의 세트가 회전 구조물(110) 및 고정 구조물(120)의 상대 운동으로부터 생성되는 그들의 상대 운동 시에 전기를 발생시키도록 구성된 자석/전도성 코일 쌍으로 교체되거나 그를 포함할 수 있다. 다양한 다른 메커니즘이 또한 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에 따른 고정 구조물에 대한 회전 구조물의 회전 운동을 전기 또는 다른 유용한 형태의 에너지로 전환하도록 사용될 수 있다. 그러한 메커니즘은 유압 펌프, 회전 구동 샤프트 등의 사용을 포함할 수 있지만 그로 제한되지 않는다. 구조물의 회전 이동을 다른 유용한 형태의 에너지로 전환하기 위해 사용될 수 있는 다양한 기술의 예에 대해, 본원에서 참조로 통합된 미국 특허 제7,453,166호가 참조된다. 당업자는 본 발명에 따른 에너지 전환 시스템과 함께 사용하도록 그러한 기술을 적응시키기 위해 미국 특허 제7,453,166호에 개시된 다양한 기술을 변형시키는 방법을 이해할 것이다.
다양한 예시적인 실시예에서, 자기 부상을 달성하도록 그리고/또는 유체 베어링 메커니즘으로서 구성된 베어링 메커니즘에 추가하여, 본 발명은, 예를 들어, 롤러, 저마찰 패드(예컨대, 테플론 패드) 등을 포함하지만 이들로 제한되지 않는 추가의 베어링 메커니즘의 사용을 고려한다. 그러한 베어링 메커니즘은 회전 구조물 및 고정 구조물의 상대 위치 및/또는 이동을 안정화하기 위해 에너지 전환 시스템의 방사상 방향 및 축 방향 중 하나 또는 모두에서의 구속 (또는 추가의 구속)을 제공하도록 사용될 수 있다.
도 4-17을 참조하여 도시된 바와 같이, 예를 들어, 적어도 하나의 예시적인 실시예에서, 롤러 베어링 메커니즘이 시스템에 대한 래디얼 베어링을 제공하도록 사용될 수 있고, 자석 베어링 메커니즘(예컨대, 자기 부상 베어링 메커니즘)이 시스템에 대한 축방향 베어링을 제공하도록 사용될 수 있다. 다양한 추가의 예시적인 실시예에서, 자석 베어링 메커니즘이 시스템에 대한 래디얼 베어링을 제공하도록 사용될 수 있고, 롤러 베어링 메커니즘이 시스템에 대한 축방향 베어링을 제공하도록 사용될 수 있다. 다양한 추가의 실시예에서, 동적 자석 베어링 메커니즘 및/또는 유체 동역학적 베어링 메커니즘을 사용할 때, 회전 구조물이 동적 자석 베어링 메커니즘 및/또는 유체 동역학적 베어링 메커니즘이 작동하여 시스템의 적용 가능한 부하를 지탱하기에 충분한 속도에 도달할 때까지, 추가의 베어링 메커니즘(예컨대, 롤러 베어링 메커니즘)이 이용될 수 있다. 당연히, 베어링 메커니즘 유형의 다양한 조합이 원하는 용도에 의존하여 사용되고 배열될 수 있고, 본 기술 분야의 당업자는 원하는 효과를 달성하기 위해 이를 선택하는 방법을 이해할 것이다.
다양한 예시적인 실시예에서, 본 발명의 에너지 전환 시스템은 회전 구조물의 중심으로부터 멀리 또는 그를 향해 각각 회전 구조물로부터 방사상 외측 및 방사상 내측으로 연장하는 블레이드 부재를 포함한다. 그러나, 에너지 전환 시스템은 방사상 외측으로만 또는 방사상 내측으로만 연장하는 블레이드 부재를 포함할 수 있다. 블레이드 부재가 방사상 외측 및 방사상 내측으로 연장하는 실시예에서, 블레이드 부재는 회전 구조물에 장착된 일체형 구조물 또는 분리형 구조물을 포함할 수 있다. 다양한 예시적인 실시예에서, 방사상 외측으로 연장하는 블레이드 부재 및 방사상 내측으로 연장하는 블레이드 부재는 회전 구조물에 대해 비대칭일 수 있다. 예를 들어, 방사상 외측으로 연장하는 블레이드 부재의 길이는 방사상 내측으로 연장하는 블레이드 부재의 길이보다 더 길 수 있고; 대안적으로, 방사상 외측 및 방사상 내측으로 연장하는 블레이드 부재들은 회전 구조물에 대해 대칭일 수 있다. 방사상 내측으로 연장하는 블레이드 부재의 길이는 그러한 블레이드 부재가 에너지 전환 시스템의 중심을 통해 유동하는 유체와의 간섭을 최소화하도록 선택될 수 있다.
다양한 예시적인 실시예에서, 블레이드 부재는 회전 구조물에 대해 고정되거나 조정 가능할 수 있다. 예를 들어, 조정 가능한 블레이드 부재에 대해, 블레이드 부재는 유체 유동에 대한 블레이드 부재 표면의 각도를 조정하기 위해 그의 종축에 대해 회전 가능할 수 있다. 조정 가능한 블레이드 부재에 관련된 추가의 세부에 대해서는, 본원에서 참조로 통합된 미국 특허 제7,453,166호가 참조된다.
본 기술 분야의 당업자는 다양한 변형이 본 발명의 범주로부터 벗어남이 없이 본원에서 개시된 예시적인 실시예의 구성 및 방법에 대해 이루어질 수 있음을 인식할 것이다. 단지 예시적으로, 회전 구조물 및 고정 구조물의 단면 형상 및 상대 크기가 변형될 수 있고, 예를 들어, 원형 또는 타원형 단면 형상을 포함한 다양한 단면 구성이 이용될 수 있다.
추가로, 위에서 도시되고 설명된 예시적인 실시예들 중 많은 것이 세트 내의 하나의 요소가 고정 구조물 상에 위치되고 다른 요소가 회전 구조물 상에 위치되는 협동식 베어링 메커니즘의 세트를 포함하지만, 대안적인 실시예에서, 하나 이상의 베어링 요소가 구조물들 중 하나와만 관련될 수 있다. 예를 들어, 자석 요소가 고정 구조물에 장착될 수 있고, 회전 구조물은 철 재료로 만들어질 수 있으며 (그 반대도 가능하여), 자석 요소와 철 재료 사이의 인력이 구조물들을 서로에 대해 중심 설정하고 지지하기에 충분할 수 있다. 유사하게, 유체 정역학 또는 유체 동역학적 베어링 메커니즘에 대해, 유동 압력 공급원을 구비한 베어링 요소가 구조물들 중 하나 상에만 제공될 수 있고, 구조물들의 상대 회전 중에 다른 구조물을 지지하고 중심 설정하기에 충분할 수 있다. 본 기술 분야의 당업자는 베어링 메커니즘이 고정 또는 회전 구조물 중 단지 하나와 관련되도록 도면에 도시된 예시적인 실시예를 변형시키는 방법을 이해할 것이다.
또한, 본원에서 설명된 다양한 예시적인 실시예의 에너지 전환 시스템의 배향이 대체로 실질적인 수직 평면 내에 있지만, 본 기술 분야의 당업자는 변형이 임의의 배향에서 본 발명에 따른 에너지 전환 시스템을 작동시키도록 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.
본 기술 분야의 당업자는 또한 본원의 하나의 예시적인 실시예에 대해 개시된 다양한 특징들이 적절하게 변형된 다른 예시적인 실시예와의 조합으로, 그러한 조합이 본원에서 명확하게 개시되지 않더라도, 사용될 수 있음을 이해할 것이다.
이러한 명세서 및 첨부된 특허청구범위의 목적으로, 달리 표시되지 않으면, 명세서 및 특허청구범위에서 사용되는 양, 백분율, 또는 비율을 표현하는 모든 숫자, 및 다른 수치는 모든 경우에 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 표시되지 않으면, 기재된 설명 및 특허청구범위에서 설명되는 수치 파라미터는 본 발명에 의해 획득되도록 모색되는 원하는 특성에 의존하여 변할 수 있는 근사치이다. 적어도 그리고 특허청구범위의 범주에 대한 등가의 법칙의 적용을 제한하지 않으려는 시도로서, 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 숫자의 개수에 비추어 그리고 통상의 주변 기술을 적용함으로써 해석되어야 한다.
이러한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태는 하나의 지시 대상에 대해 명확하고 분명하게 제한되지 않으면, 복수의 지시 대상을 포함함을 알아야 한다. 본원에서 사용되는 바와 같이, "포함하다"라는 용어 및 그의 문법적 파생어는 목록 내의 품목의 언급이 열거된 품목에 대해 대체되거나 추가될 수 있는 다른 유사한 품목을 배제하지 않도록, 비제한적으로 의도된다.
다양한 변형예 및 변경예가 본 발명 및 첨부된 특허청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 본 발명의 시스템 및 방법에 대해 이루어질 수 있음이 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 본 발명의 다른 실시예가 본원에서 개시된 본 발명의 명세서 및 실현예를 고려함으로써 본 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 명세서 및 예는 예시적으로만 간주되도록 의도된다.

Claims (22)

  1. 에너지 전환 시스템이며,
    고정 구조물;
    고정 구조물에 대해 회전하도록 구성되어 회전 축을 형성하는 회전 구조물;
    회전 구조물에 장착되어 회전 구조물로부터 방사상 외측으로 연장하고, 회전 구조물이 회전 축에 대해 회전하게 하도록 회전 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 유동하는 유체 흐름과 상호 작용하도록 구성된 적어도 하나의 블레이드 부재; 및
    회전 구조물 상에 배치되는 제1 자석 베어링 메커니즘 구성요소와, 고정 구조물 상에 배치되는 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소를 포함하는 적어도 하나의 자석 베어링 메커니즘을 포함하고,
    고정 구조물에 대한 회전 구조물의 회전 중에 유체 흐름에 기인하는 서로에 대한 제1 및 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소의 축방향 변위에 응답하여, 자석 베어링 메커니즘 구성요소들 사이에 자기장이 생성되고, 자기장은 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 축방향 복원력을 제공하여 유체 흐름의 유동을 상쇄하고 서로에 대해 제1 및 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소를 축방향으로 재정렬하는
    에너지 전환 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 유압 베어링 메커니즘 및 롤러 베어링 메커니즘 중 적어도 하나로부터 선택되는 적어도 하나의 추가의 베어링 메커니즘을 더 포함하는, 에너지 전환 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 각각의 제1 및 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 할바하 타입 어레이로 배열된 복수의 자석을 포함하는, 에너지 전환 시스템.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 제1 및 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소의 변위에 응답하여, 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 방사상 공기 갭 영역이 생성되는, 에너지 전환 시스템.
  8. 유체 흐름 이동을 다른 형태의 에너지로 전환하는 방법이며,
    고정 구조물; 고정 구조물에 대해 회전하도록 구성되어 회전 축을 형성하는 회전 구조물; 및 회전 구조물 상에 배치되는 제1 자석 베어링 메커니즘 구성요소와, 고정 구조물 상에 배치되는 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소를 포함하는 적어도 하나의 자석 베어링 메커니즘을 포함하는 에너지 전환 시스템을 유체 구역 내에 위치시키는 단계;
    유체 구역 내의 유체 흐름이 회전 축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 유동하여 회전 구조물의 회전을 일으키도록, 유체 구역 내에서 에너지 전환 시스템을 배향하는 단계;
    를 포함하고
    회전 구조물의 회전 중에, 유체 흐름에 기인하는 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소에 대한 제1 자석 베어링 메커니즘 구성요소의 축방향 변위는 자석 베어링 메커니즘 구성요소들 사이에 자기장을 생성하고, 자기장은 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 축방향 복원력을 제공하여 유체 흐름의 유동을 상쇄하고 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소에 대해 제1 자석 베어링 메커니즘 구성요소를 축방향으로 재정렬하는
    유체 흐름 이동을 다른 형태의 에너지로 전환하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 각각의 제1 및 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 할바하 타입 어레이로 배열된 복수의 자석을 포함하는, 유체 흐름 이동을 다른 형태의 에너지로 전환하는 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서, 제1 및 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소의 축방향 변위는, 회전 구조물과 고정 구조물 사이에 방사상 공기 갭 영역을 생성하는, 유체 흐름 이동을 다른 형태의 에너지로 전환하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서, 에너지 전환 시스템은 회전 구조물에 장착되어 회전 구조물로부터 방사상 외측으로 연장하는 적어도 하나의 블레이드 부재를 추가로 포함하고, 유체 흐름은 회전 구조물의 회전을 일으키도록 적어도 하나의 블레이드 부재와 상호 작용하는, 유체 흐름 이동을 다른 형태의 에너지로 전환하는 방법.
  15. 제8항에 있어서, 제1 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 전기 전도체를 포함하고, 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 할바하 타입 어레이로 배열된 복수의 자석을 포함하는, 유체 흐름 이동을 다른 형태의 에너지로 전환하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 회전 구조물의 회전 중에, 고정 구조물에 장착되는 코일에 대해 전기 전도체를 이동시킴으로써 전기를 생산하는 단계를 더 포함하고, 전기 전도체는 회전 구조물 상에 간헐적으로 배치되는 복수의 전기 전도체를 포함하는, 유체 흐름 이동을 다른 형태의 에너지로 전환하는 방법.
  17. 제1항에 있어서, 제1 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 제1 자석 어레이를 포함하고, 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 제2 자석 어레이를 포함하는, 에너지 전환 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 제1 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 전기 전도체를 포함하고, 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 자석 어레이를 포함하는, 에너지 전환 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 전기 전도체는 강철 C-코어 또는 강철 요크를 포함하는, 에너지 전환 시스템.
  20. 제18항에 있어서, 제2 자석 베어링 메커니즘 구성요소는 할바하 타입 어레이로 배열된 복수의 자석을 포함하는, 에너지 전환 시스템.
  21. 제1항에 있어서, 에너지 전환 시스템은 개방 중심 구성을 갖는, 에너지 전환 시스템.
  22. 제19항에 있어서, 고정 구조물에 장착되는 코일을 더 포함하고, 전기 전도체는 회전 구조물 상에 간헐적으로 배치되는 복수의 전기 전도체를 포함하고, 전기 전도체는 회전 구조물의 회전 중에 전기를 생산하기 위해 코일에 대해 이동하도록 구성되는, 에너지 전환 시스템.
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