可為環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0045]而且，在以下本實(shí)施例的說明中，將第一方向限定為徑向而進(jìn)行說明，旋轉(zhuǎn)軸的徑向電磁軸承單元￠0)(將在下文中詳細(xì)描述)作為“徑向電磁軸承單元￠0) ”進(jìn)行說明，將旋轉(zhuǎn)軸的軸向電磁軸承單元(80)(將在下文中詳細(xì)描述)作為“軸向電磁軸承單元(80)”進(jìn)行說明。
[0046]因此，現(xiàn)有的大部分渦輪裝置在用于支撐旋轉(zhuǎn)軸的部位使用機(jī)械接觸式軸承部件，與此相反，如圖2a所示，本發(fā)明的渦輪裝置(I)通過使用徑向及軸向電磁軸承單元(60)、(80)，將非接觸式軸承元件用作用于支撐旋轉(zhuǎn)軸的軸承元件。
[0047]特別地，本發(fā)明的渦輪裝置⑴的實(shí)質(zhì)性特征在于，實(shí)際上排列有兩個徑向電磁軸承單元(60)和至少一個軸向電磁軸承單元(80)。
[0048]另外，圖2a及圖2b示出了將軸向電磁軸承單元(80)配置在徑向電磁軸承單元
(60)和葉輪(10)之間的情況，但是其設(shè)置數(shù)量或設(shè)置位置并不限定于圖2所示的情況，也可以將軸向電磁軸承單元(80)配置在徑向電磁軸承單元￠0)之間。
[0049]然而，當(dāng)徑向及軸向電磁軸承單元(60)、(80)優(yōu)選分別以兩個和一個排列的情況下，可以優(yōu)選采用圖2的排列。
[0050]最終，在本發(fā)明的渦輪裝置(I)的情況下，當(dāng)接收由工作流體發(fā)生碰撞所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力的葉輪(10)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)時，旋轉(zhuǎn)軸(20)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，并且當(dāng)該旋轉(zhuǎn)軸(20)進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)時，發(fā)電單元(40)產(chǎn)生電，并且通過本發(fā)明的徑向軸承單元￠0)(將在下文中詳細(xì)描述)來以無摩擦的方式穩(wěn)定地支撐旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)，所述軸向電磁軸承單元(80)可通過電磁力控制軸向位移的變化。
[0051]由此，本發(fā)明的渦輪裝置代替了現(xiàn)有的機(jī)械接觸式裝置如滾珠軸承或推力軸承，因此，降低了由現(xiàn)有軸承元件的摩擦所引起的發(fā)電在商業(yè)化方面的受限程度，從而即使使用低壓低溫的工作流體也可以進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)電。
[0052]此時，優(yōu)選地，本發(fā)明的渦輪裝置(I)中使用的工作流體可以是150°C _300°C范圍內(nèi)的低溫工作流體，例如，對于本發(fā)明的渦輪裝置(I)中使用的工作流體，可以使用在低溫下也具有大膨脹力的H2、R134a、R245a、n-戊烷或一般的生物氣等來代替現(xiàn)有的水(液體)。
[0053]由此，本發(fā)明的渦輪裝置(I)使用低溫工作流體，因此，考慮到工業(yè)廢熱的60%以上在上述溫度范圍內(nèi)，本發(fā)明裝置可以直接利用現(xiàn)有技術(shù)中難以利用的由加熱爐、燒結(jié)爐、高爐等產(chǎn)生的廢氣，而無需另行對其進(jìn)行升溫等，最終容易進(jìn)行基于廢熱回收的能源應(yīng)用。
[0054]另外，可以將這種低溫(低壓)工作流體應(yīng)用于本發(fā)明是因?yàn)槭褂帽景l(fā)明的徑向及軸向電磁軸承單元出0)、(80)來代替現(xiàn)有的摩擦嚴(yán)重的機(jī)械接觸式軸承元件，因此不產(chǎn)生摩擦，從而即使不產(chǎn)生250°C的溫度差也可以應(yīng)用。
[0055]其結(jié)果是，本發(fā)明可以直接將現(xiàn)有工業(yè)中廣泛產(chǎn)生的廢氣用作能源，因此廢熱回收率非常高。
[0056]接著，如圖2a及圖3、4所示，在本發(fā)明的渦輪裝置(I)中，所述發(fā)電單元(40)包括:設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)軸(20)的永磁體(42)，即轉(zhuǎn)子；設(shè)置在永磁體(42)外側(cè)的殼體單元
(30)的線圈(44)，即定子。
[0057]因此，如果工作流體與葉輪(10)發(fā)生碰撞并對葉輪(10)施加旋轉(zhuǎn)力，從而使旋轉(zhuǎn)軸(20)高速旋轉(zhuǎn)，則永磁體(42)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)并將磁力施加于線圈，從而如眾所周知那樣會產(chǎn)生電。
[0058]此時，本發(fā)明的渦輪裝置(I)中，這種發(fā)電單元(40)的永磁體(42)可以以特定結(jié)構(gòu)設(shè)置，基本上，在本發(fā)明的發(fā)電單元(40)中，所述永磁體(42)可以在旋轉(zhuǎn)軸(20)的圓周方向上排列有多個。
[0059]S卩，如圖2a及圖3所示，本發(fā)明的發(fā)電單元(40)的永磁體(42)可以以極性互相不同的磁體在旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向和徑向中的至少一個方向上堆疊的結(jié)構(gòu)排列。
[0060]優(yōu)選地，永磁體(42)可以具有極性(S極、N極)互相不同的磁體(42a)、(42b)在旋轉(zhuǎn)軸(20)的圓周方向和徑向上堆疊并交替排列的結(jié)構(gòu)。
[0061]此時，對于所述永磁體而言，適當(dāng)?shù)膯卧朋w可以在旋轉(zhuǎn)的長度方向連續(xù)設(shè)置是理所當(dāng)然的。
[0062]因此，如圖3所示，對于本發(fā)明發(fā)電單元(40)的永磁體(42)而言，在旋轉(zhuǎn)軸(20)的圓周方向上具有適當(dāng)長度的單元S極磁體(42a)和N極磁體(42b)交替堆疊的方向，以水平(軸半徑方向)及垂直(軸圓周方向)形成，因此，與簡單地排列磁體的情況相比，產(chǎn)生進(jìn)一步增加的磁力，從而提高線圈(44)上的電產(chǎn)生能力。
[0063]或者，如圖4所示，具有相同極性的永磁體(42a)、(42b)可以在旋轉(zhuǎn)軸(20)的圓周方向上交替排列，在該情況下，磁體可以被設(shè)置為單元磁體安裝在鼓元件(46)的安裝部(在附圖中示意性示出)。
[0064]由此，如圖4所示，由于具有單元磁體連續(xù)設(shè)置的結(jié)構(gòu)，因此，與使用現(xiàn)有的細(xì)長延伸的單個磁體的情況相比，能夠產(chǎn)生更加充分的磁力，由此更能提高基于線圈的電產(chǎn)生能力。
[0065]更優(yōu)選地，如圖3及圖4所示，本發(fā)明的發(fā)電單元(40)的永磁體具有其截面積在旋轉(zhuǎn)軸的徑向方向上越靠向外側(cè)越大的四邊形結(jié)構(gòu)。
[0066]S卩，如果單元磁體具有上表面長度D2比下表面長度Dl更大的四邊形結(jié)構(gòu)，則磁力產(chǎn)生面積在徑向上擴(kuò)大，因此可以產(chǎn)生更充分的磁力。
[0067]例如，這種圖3及圖4的永磁體的四邊形結(jié)構(gòu)是用于在旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時抑制渦流的損失而提尚電發(fā)電能力的。
[0068]另外，最優(yōu)選地，將永磁體以如圖4所示的排列安裝在旋轉(zhuǎn)軸(20)，對此，在圖5a及圖5b中示出基于永磁體的排列的磁力產(chǎn)生程度的圖表。
[0069]S卩，與圖5a所示的極性互相不同的永磁體(42a)、(42b)互相交替且無堆疊而排列的情況相比，如圖5b所示，使極性互相不同的永磁體(42a)、(42b)在豎直及水平方向上咬合配置以使其堆疊的方向互不相同，則能夠使磁力產(chǎn)生能力以非常大的幅度增加，因此，在本發(fā)明的發(fā)電單元(40)中，即使作為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸側(cè)的永磁體(42)與作為定子的線圈
(44)隔開現(xiàn)有技術(shù)的1mm間隔的約2.5倍的間隔而配置(在圖2a示意性示出)，也能充分產(chǎn)生電。
[0070]因此，圖2a及圖4的永磁體的排列是最優(yōu)選的，但是如上所述，圖3的永磁體的排列也能提供充分的發(fā)電能力。
[0071]具體而言，在本發(fā)明的渦輪裝置(I)的情況下，如果工作流體(制冷劑)發(fā)生膨脹并與葉輪(10)碰撞而對葉輪(10)施加旋轉(zhuǎn)力，由此使葉輪旋轉(zhuǎn)，則作為定子的永磁體(42)也一體旋轉(zhuǎn)，從而由定子所產(chǎn)生的時變磁場在被固定的作為定子的線圈生成鋼板感應(yīng)電流而產(chǎn)生電。
[0072]特別地，在現(xiàn)有技術(shù)中，當(dāng)渦輪裝置的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，在軸向上螺桿強(qiáng)制性地被旋轉(zhuǎn)的同時發(fā)生線接觸，在徑向上發(fā)生基于滾珠軸承、推力軸承或者滾柱軸承元件的點(diǎn)接觸，因此在現(xiàn)有技術(shù)中，在發(fā)電初期需要相當(dāng)大的啟動轉(zhuǎn)矩，尤其在軸承元件中發(fā)生油(潤滑油)的泄露或水錘現(xiàn)象而降低維護(hù)效率，并且發(fā)電效率也存在限制，從而可進(jìn)行對工業(yè)廢熱中達(dá)到60 %的中低溫廢熱的回收。這可以使適用流體的幅度變寬從而還可以提高發(fā)電效率。
[0073]接著，圖2a、圖2b及圖6示出在本發(fā)明渦輪裝置⑴中，實(shí)質(zhì)上利用(電)磁力以非接觸且無摩擦的方式支撐旋轉(zhuǎn)軸(20)的高速旋轉(zhuǎn)的本發(fā)明的電磁軸承單元。
[0074]S卩，如圖2a及圖2b所示，本發(fā)明的渦輪裝置(I)的所述電磁軸承單元包括:徑向