(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーを変換するための風力システムであって，
地上から操縦可能で，少なくとも１つの気流（Ｗ）に突入する少なくとも１つの凧（１）と，
地上レベルに配置され，２本のロープ（４）を介して前記凧（１）に連結された少なくとも１つのアーム（３）が設けられた垂直軸の風力タービン（２）とを備え，
前記凧（１）は，前記アーム（３）を回転させ，発電機として動作しかつ前記風力タービン（２）と協働する少なくとも１つの発電機／モータシステム（１５ａ，１５ｂ）によって風力エネルギーの電気エネルギーへの前記変換を実行するために前記風力タービン（２）によって操縦されるように適応され，
前記ロープ（４）は，前記凧（１）から及び前記凧（１）へ機械的エネルギーを伝達しかつ前記凧（１）の飛行軌道を制御するように適応された風力システムにおいて，
前記凧（１）を前記飛行軌道に沿って自動制御するように適応されたコンピュータ制御システムと，
電気エネルギーの蓄積又は供給を制御するための前記コンピュータ制御システムと協働する給電システムを備え，
前記コンピュータ制御システムには，前記凧（１）上に配置されたセンサ群，及び，地上のセンサ群が設けられると共に，
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）のそれぞれが，少なくとも１つの第１支持システム（５ａ）と，少なくとも１つの第２支持システム（５ｂ）により支持されており，
前記第１支持システム（５ａ）が，
一端が前記風力タービン（２）の前記アーム（３）に取り付けられ，他端が前記風力タービン（２）の中心に配置されかつ前記アーム（３）と共に回転する１つの垂直構造体（１８）に取り付けられた第１のタイロッド（１７）を備えたシステムと，前記風力タービン（２）の回転面内に配置され，一端が前記風力タービン（２）の前記アーム（３）に，他端が前記風力タービン（２）の中心回転軸（１６）に取り付けられた第２のタイロッド（１９）を備えたシステムであり，
前記第２支持システム（５ｂ）が，前記風力タービン（２）の前記アーム（３）を地面に弾性的に載置させることができる少なくとも１つの緩衝トロリー（２０）を備え，少なくとも１つの緩衝装置（２２）に平行に連結された弾性手段が設けられ，前記緩衝トロリー（２０）には，前記風力タービン（２）の回転の中心を通過する回転軸に整列した少なくとも一対の車輪（２１）が設けられ，
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）が，静止した前記凧（１）を回収するように適応された少なくとも１つの回収装置（６）を備え，前記回収装置（６）が少なくとも１つの円筒パイプ（６ａ）を備え，前記円筒パイプ（６ａ）には，円形の出口縁部が設けられ，前記回収装置（６）が前記アーム（３）に対して傾斜しており，
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）が重力位置エネルギー蓄積システム（９）を備え，前記重力位置エネルギー蓄積システム（９）が少なくとも２つの減速滑車（３４ａ，３４ｂ）と，地上から吊り上げられ，垂直に移動することができる少なくとも１つの釣り合い錘（３５）とを備え，前記ロープ（４）が前記減速滑車（３４ａ，３４ｂ）に巻き取られ，前記釣り合い錘（３５）が前記ロープ（４）の張力によって地上から吊り上げられ，前記減速滑車（３４ａ，３４ｂ）が下位及び上位にそれぞれ配置され，前記上位に位置する前記減速滑車（３４ａ，３４ｂ）が前記風力タービン（２）の前記アーム（３）に取り付けられ，前記下位に位置する前記減速滑車（３４ａ，３４ｂ）が前記釣り合い錘（３５）に取り付けられるシステムであることを特徴とする風力システム。
【請求項２】
前記凧（１）上に配置された前記センサ群が前記コンピュータ制御システムに無線で情報を送信する請求項１記載の風力システム。
【請求項３】
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）が前記凧（１）の少なくとも１つの回収及び放出システム（７）を備え，前記回収及び放出システム（７）が前記回収装置（６）内に配置され，前記回収及び放出システム（７）が前記回収装置（６）の前記円筒パイプ（６ａ）内を少なくとも２つのレール（２４）に沿って摺動する少なくとも１つのトロリー（２３）を備え，前記トロリー（２３）がモータ減速機によって操作される少なくとも１つのベルトによって作動され，前記回収及び放出システム（７）には，前記回収装置（６）からの前記凧（１）の放出時に人工の気流を創出するように適応された人工の風推力装置が設けられる請求項１記載の風力システム。
【請求項４】
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）が前記ロープ（４）の少なくとも１つの伸張及び減衰システム（８）を備え，
前記伸張及び減衰システム（８）が，地上から吊り上げられ，垂直に移動することができる少なくとも１つの減衰釣り合い錘（２９）を備え，前記釣り合い錘（２９）が前記ロープ（４）の張力によって地上から吊り上げられており，
又は，
前記伸張及び減衰システム（８）が，一端が前記風力タービン（２）の前記アーム（３）に蝶着され，弾性手段を介在させることによって前記アーム（３）と協働するロッド（３２）を備えた少なくとも１つの装置（３０）を備え，前記弾性手段が少なくとも１つの減衰バネ（３３）である，
請求項１記載の風力システム。
【請求項５】
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）が前記ロープ（４）の伸張及び減衰システム（８）を備え，前記ロープ（４）の前記伸張及び減衰システム（８）が蓄圧器である請求項１記載の風力システム。
【請求項６】
前記ロープ（４）のそれぞれが前記上位に位置する前記減速滑車（３４ａ）及び前記下位に位置する前記減速滑車（３４ｂ）のどちらか一方に巻き取られる請求項１記載の風力システム。
【請求項７】
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）が前記ロープ（４）の巻き取り及び繰り出しシステム（１０）を備え，前記巻き取り及び繰り出しシステム（１０）が，前記ロープ（４）のそれぞれが巻き取られた及び巻き取られていない少なくとも２つの第１のウインチ（１１）を備え，前記第１のウインチ（１１）のそれぞれが前記コンピュータ制御システムによって制御される第１の電気モータ（３６）に連結され，前記第１の電気モータ（３６）が電気発電機でもあり，限られた数の回転が行われることによって各前記第１のウインチ（１１）のそれぞれにロープ（４）がそれぞれ巻き取られ，それにより単層巻が生じる請求項１記載の風力システム。
【請求項８】
前記ロープ（４）の前記巻き取り及び繰り出しシステム（１０）が，前記ロープ（４）がそれぞれの内部に挿入され，ピストン（３９）によって押圧される少なくとも２対の対向するトラック（３８）を備える請求項７記載の風力システム。
【請求項９】
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）が前記ロープ（４）の少なくとも１つの格納システム（１２）を備え，前記ロープ（４）の前記格納システム（１２）が，前記ロープ（４）がそれぞれ巻き取られている又は巻き取られていない少なくとも２つの第２のウインチ（１３）を備え，前記第２のウインチ（１３）のそれぞれが前記コンピュータ制御システムによって制御される第２の電気モータ（４１）に連結され，前記第２のウインチ（１３）が少なくとも１つの遊星歯車式減速機を介在させて前記第２の電気モータ（４１）に連結され，
前記ロープ（４）を前記第２のウインチ（１３）上に整然と巻き取るために，
前記第２のウインチ（１３）に案内モジュール（１４）を設け，
又は，
前記第２のウインチ（１３）を，前記第２のウインチ（１３）の回転軸に平行なレール（４５）に沿って摺動するトロリー（４４）上に取り付け，前記レール（４５）に沿った前記トロリー（４４）の摺動を前記第２のウインチ（１３）の回転と共に摺動機構によって制御し，前記摺動機構を前記コンピュータ制御システムによって制御される電気モータによって作動し，前記摺動機構を少なくとも１つの遊星歯車式減速機を介在させて前記電気モータに連結した，
請求項７記載の風力システム。
【請求項１０】
前記アーム（３）が，前記ロープ（４）の少なくとも１つの格納システム（１２）と，前記凧（１）に向かって前記ロープ（４）を案内するように適応された伝達システムを備え，
前記伝達システムが，
前記凧（１）の前記回収及び放出システム（７）の前記トロリー（２３）上に取り付けられた少なくとも一対の第１の滑車（２５）と，
前記風力タービン（２）の前記アーム（３）上に取り付けられた第２の固定滑車（２６）と，
前記ロープ（４）の各前記伸張及び減衰システム（８）のための少なくとも一対の第３の滑車（２７）と，
前記ロープ（４）の前記案内モジュール（１４）のスライダー（４２）上に取り付けられた少なくとも一対の第４の滑車（２８）と
を備え，
前記スライダー（４２）が，前記格納システム（１２）に設けた第２のウインチ（１３）の回転軸に平行したレールに沿って摺動するよう適応され，
前記レールに沿った前記スライダー（４２）の摺動が，前記第２のウインチ（１３）の回転と共に摺動機構によって制御され，
前記摺動機構が前記コンピュータ制御システムによって制御される第３の電気モータ（４３）によって作動し，前記摺動機構がネジ駆動式又はベルト駆動式である請求項３記載の風力システム。
【請求項１１】
前記発電機／モータシステム（１５ａ，１５ｂ）が，発電機として動作する場合は前記風力タービン（２）の前記アーム（３）の回転によって作動し，モータとして動作する場合は前記コンピュータ制御システムによって制御され，前記発電機／モータシステム（１５ａ）が，複数の発電機を組み合わせた状態で作動するように適応されるピニオンによって特徴付けられるギアシステムを備える請求項１記載の風力システム。
【請求項１２】
前記発電機／モータシステム（１５ｂ）が，前記緩衝トロリー（２０）上に配置され，前記車輪（２１）を回転させることによって作動し，前記発電機／モータシステム（１５ｂ）が，少なくとも１つの遊星歯車式減速機を介在させて前記車輪（２１）に連結され，前記発電機／モータシステム（１５ｂ）から前記風力タービン（２）の前記固定部分への前記電気エネルギーの伝達が，前記レールの中心に位置する又は前記レールに隣接するマニホールドによって行われる請求項１記載の風力システム。
【請求項１３】
前記コンピュータ制御システムが，以降の少なくとも１つの瞬間において前記凧（１）が取るべき最適位置を飛行及び制御パラメータに依存して瞬間毎に決定する少なくとも１つの予測アルゴリズムを実行する処理手段によって，前記凧（１）を前記飛行軌道に沿って案内するために前記ロープ（４）の前記巻き取り及び繰り出しシステム（１０）及び前記ロープ（４）の前記格納システム（１２）の前記第１及び第２のウインチ（１１，１３）上で動作し，前記気流によって生成された揚力Ｌを優先するシステムであって，前記凧（１）を操縦するための情報が，前記凧（１）上に配置された前記センサ群及び前記地上のセンサ群から送信される請求項９記載の風力システム。
【請求項１４】
前記コンピュータ制御システムが，飛行時の衝突を防止するために前記凧（１）の前記操縦に介入する安全サブシステムを備え，前記安全サブシステムが人工視野システムと協働するよう適応され，前記人工視野システムが光学式又はマイクロ波式であり，前記安全システムが前記ロープ（４）の切断システムと協働するよう適応され，前記切断システムが「監視装置」によって制御されるよう適応される請求項１記載の風力システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は，駆動翼様部材(power winged profile) （一般的な用語として「凧」と称される）によって駆動される垂直軸の風力タービンでエネルギーを変換するための風力システムに関する。更に，本発明は，同システムから電気エネルギーを生成する方法に関する。
【０００２】
再生可能エネルギー源を利用することによって低コストでエネルギーを生成するという課題は，これまで既に取り組まれてきた。特に，以下に説明するいくつかの先行特許では，凧によって風から風力エネルギーを取り出す装置の他に，風力エネルギーの変換方法が提案されている。
【０００３】
特に，米国特許第４，１２４，１８２号には，風力エネルギーを捕捉して，発電機を作動させる軸の回転運動に変換するための，「パラカイト」（すなわち「改造されたパラシュート」）を備えた装置が開示されている。この装置は，全ての凧が直列に配置された一対の「パラカイト列」によって特徴付けられる。各列には動力ロープが備え付けられている。そのようなケーブルは，地表面を吹く風よりも強くかつ均一な風が吹く高度までパラカイト列を到達させることができるほどの長さではない。全ての列は，対応する動力ロープを介してドラム又はウインチに取り付けられている。ドラム又はウインチの回転方向を切り替えることによって，ロープを巻き戻したり，気流の牽引力によってロープを繰り出したりすることができる。全てのパラカイト列には，各列の凧に連結されている「キャップロープ」と呼ばれる第２のロープが備え付けられており，このロープによってパラカイトを選択的に折り畳むことができるため，巻き戻しが容易になる。各ウインチの回転運動は，減速機を経て発電機に伝達される。発電機は作動されると電気を生成する。複数の滑車からなる単一のシステムが設けられており，そのシステムは，クラッチ及び回転ギアによって，一方のパラカイト列が上昇する間に，他方のパラカイト列の回収を可能にする。したがって，捕捉された風力エネルギーは機械的エネルギーに変換され，この機械的エネルギーの一部は，キャップが閉じられたパラカイト列を回収するために即座に消費され，一部は電気エネルギーに変換される。各列に取り付けられ，動作サイクル毎に膨張・収縮される空気バルーン（aerostatic balloon）によって，パラカイトは所望の高度に保持され，キャップの向きが固定される。
【０００４】
中国特許第１，０５２，７２３号には，一対の凧を備えた風力発電機が開示されている。この凧を介して気流によって加えられた牽引力は，高強度ロープを通じて，地上レベルに配置されたドラムの回転に変換される。ウインチによって油圧モータが作動し，それによって電流が生成される。
【０００５】
ドイツ特許第２，３１７，４２２号には，電流を生成する発電機に連結された垂直軸を風の作用によって回転させる複数の凧を備えた装置が開示されている。この凧は，風に押されることによって水平面上に円軌道を描く。全ての凧は，飛行の継続性を保障するために迎角(wind starting angle)を変更することができる装置を備えている。
【０００６】
米国特許第６，０７２，２４５号には，ループを形成するロープに連結された複数の凧で構成された，風力エネルギーを利用するための装置が開示されている。これらの凧は，上昇経路と下降経路を交互に切り替えて回転リング運動(rotary ring motion)を常に同じ方向に定めるように操縦される。全ての凧は，機械的エネルギーを伝達するための動力ロープと，各凧の迎角を調整するための操縦ロープ系に連結されている。動力ロープは滑車を回転させ，それにより電気を生成する。操縦ロープは，各凧に，上昇経路では風によって凧が上方に牽引される姿勢を取らせ，下降経路では凧がより低い風の推力を受ける第２の姿勢を取らせるために使用される。
【０００７】
米国特許第６，２５４，０３４号には，風力エネルギーを利用するために，制御された速度で気流に押される凧（「繋留航空機」）を備えた装置が開示されている。この凧は，電気エネルギーを生成するための発電機を作動させるウインチにロープによって連結されている。凧の上には，迎角を検出及び変更し，受風領 (intercepted wind front area)を変更する操縦システムが取り付けられている。このようなシステムは，適切なセンサから送信されてきたデータをディスプレイ上で読み取る操作者によって，又は遠隔制御システムによって地上から自動的に制御される。凧は大きな迎角で風下に(downwind)上昇するように操縦される。その上昇が終わると，迎角は小さくなり，凧は風上に(upwind)進むために滑空する。凧は回収され，再び風下に滑空し，このサイクルが繰り返される。
【０００８】
オランダ国特許第１０１７１７１Ｃ号には，前記と同様の装置が開示されている。しかしながら，その装置には手動操作モードは設けられておらず，凧の回収は，ロープを巻き戻す際の風の推力を最小化するために，凧を旗のように傾けることによって行われる。
【０００９】
米国特許第６，５２３，７８１号には，風力エネルギーを捕捉するための凧（翼型凧）で構成された装置が開示されている。この凧は，入口縁部と出口縁部と，２つの側方縁部とを有する。このような凧は，凧自体によって支持される機構を介して操縦される。この装置は凧の縁部に連結されたロープを備え，凧はこれらのロープを介してピッチ角を変更することによって操縦される。この操縦機構への給電は，凧と電気を生成するための発電機を作動させるウインチとを連結する動力ロープ内に配置された電気ケーブルを通じて行われる。凧は，風に押されると，揚力を利用し，風速方法にほぼ垂直な経路を描いて上昇する。その上昇が終わると，凧は回収され，その後再び風を捕捉するために操縦される。
【００１０】
米国特許出願公開第２００５０４６１９７号には，風力エネルギーを利用するための凧を備え，発電機に連結されたウインチを，ロープを介して作動させることによって電気を生成する装置が開示されている。この凧は，迎角を変更することができる別のロープによって操縦される。凧は大きな迎角で上昇する。上昇が終わると，迎角が最小になり，サイクルを再び開始するために凧が回収される。
【００１１】
既存の従来技術の分析から分かるように，凧を備えた既知の風力システムは，以下の共通した特徴を有する。
−凧は動力ロープ及び操縦ロープの両方を備える。すなわち，電流を生成するためのロープの負荷は凧の案内機構には伝達されないが，当該機能を実行するために使用される適切なロープを介して風力システムの他の構成要素に伝達される。凧を操縦するために動力ロープを使用しない場合，風力システムの構造は以下の全ての欠点を有する複雑な構造となる；
−凧は，凧に直接取り付けられた機構又は少なくとも４本の補助（操縦）ロープによって操縦される。これらのロープの繰り出し及び巻き戻しは，地上レベルに配置された又は地上から吊り上げられた（すなわち，凧自体によって支持された）そのような目的のみに使用されるウインチによって行われる。操縦ロープを使用する場合，地上レベルにウインチを配置することによって，気流から取り出したエネルギーの一部を消費せずに操縦機構自体の重量に置き換えることができる；
−凧は，抗力（すなわち，風速に平行な風の推力の成分）を利用して上昇することによって電気を生成するように操縦される。このような工程の後，制動力を最小化するために，旗のように凧を位置決めして凧を回収する。限られた数の風力システムでは，凧を上昇させるために抗力だけでなく揚力（すなわち，風速に垂直な風の推力の成分）を利用すると考えられている。前者に対して後者の操縦モードを使用することから得られる利点は，電気を生成するために，凧の抵抗力だけでなく凧の揚力も利用することにある。いずれにしても，両モードにおいて，断続的な(intermittence)動作サイクル（上昇工程と回収工程とを切り替える）は，凧の移動経路の半分の間のみ電気を生成する凧の牽引作用が存在することを示唆している（つまり，回収時には存在しない）；
−エネルギーの変換は，動力ロープによって発電機に連結されたウインチを回転させ，場合によっては減速機を介在させて行う。モータでこのようなウインチを作動させることによって凧の回収を行うため，動作サイクル中に連続的にエネルギーを生成することができない。このように，電気の生成が中断され，その際，先に生成したエネルギーの一部が消費される。外部のユーザーへの連続的な給電は，蓄電池を使用することによって行うことができる；
−周期的なプロセスによる電気の生成にのみに関心が集中している。エネルギー変換率を最大化するための飛行中の凧の移動経路の選択はほぼ完全に無視されている；
−凧又は多数の直列に連結された凧からなる列の制御システムに関する問題は，極めて限られた数のプロジェクト及び研究において細部にわたって取り組まれている。これは，現在の探求が，新しいエネルギー生成システムの開発ではなく，主に既存のシステムの生産性の向上に焦点が当てられていることも起因している。
【００１２】
前記問題の一部を解決するために，セコイアオートメーション(Sequoia Automation S.R.L.)社の欧州特許第１６７２２１４号には，垂直軸の風力タービンを使用する「メリーゴーランド」型のシステムに連結された凧の飛行の予測及び適応制御によって気流の運動エネルギーを電気エネルギーに変換するシステムが開示されている。
【００１３】
本発明の目的は，凧によってエネルギーを変換するための風力システムを提供することによって前記従来技術の問題を解決することにある。このシステムでは，エネルギーの変換は，垂直軸の風力タービンのアームを回転させて少なくとも１つの発電機を作動させることによって行われ，各アームは一対のロープを介して少なくとも１つの凧に連結され，凧は風に押されて適切に操縦されると，風力タービンの段階でねじりモーメントを生成してアームを回転させる。
【００１４】
本発明の別の目的は，風力システムを構成する凧が垂直軸の風力タービンのアームにエネルギーを伝達するロープと同一のロープによって操縦される風力システムを提供することにある。
【００１５】
本発明の別の目的は，地上レベルに配置され，ウインチに連結されたモータを作動させるコンピュータ制御(smart control)システムによって，場合によっては減速機を介在させて凧を操縦する風力システムを提供することにある。コンピュータ制御システムの機能は，周囲に巻かれたロープの繰り出し及び巻き戻しによって凧を操縦すること及びエネルギーを変換するためにロープの負荷を支持することである。
【００１６】
本発明の別の目的は，風から取り出すことができる風力エネルギーを最適化するために，動作サイクル毎に凧に最適な経路を選択させるコンピュータ制御システムによって凧を操縦する風力システムを提供することにある。
【００１７】
更に，本発明の目的は，主に揚力を利用することによって風力エネルギーを変換することができ，動作サイクルのほぼ全体にわたって牽引作用が存在する経路を成すように凧を操縦する風力システムを提供することにある。
【００１８】
更に，本発明の目的は，従来技術によって提案されているシステムよりも効率的に駆動させることができる本発明に係る風力システムによって電気エネルギーを生成する方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の前記及び他の目的及び利点は，以下の説明から明らかになるように，請求項１記載の凧によって駆動される垂直軸の風力タービンでエネルギーを変換するための風力システムによって達成することができる。
【００２０】
更に，本発明の前記及び他の目的及び利点は，本発明に係るシステムから電気エネルギーを生成する方法によって達成することができる。
【００２１】
本発明は，添付図面を参照して，非限定的な例として提供される本発明のいくつかの好適な実施形態によってより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る風力システムの好適な実施形態の斜視図。
【図２】図１の風力システムの拡大斜視図。
【図３】本発明に係る風力システムの好適な変形例の斜視図。
【図４】図３の風力システムの構成要素の拡大斜視図。
【図５】図４の構成要素の側面図。
【図６】図３及び図４の構成要素の上面図。
【図７】本発明に係る風力システムの別の構成要素の好適な実施形態の斜視図。
【図８】本発明に係る風力システムの別の構成要素の好適な実施形態の斜視図。
【図９】図８の構成要素の好適な変形例の概略側面図。
【図１０】図３の風力システムの構成要素の拡大斜視図。
【図１１】図１０の構成要素の拡大斜視図。
【図１２】図１０の別の構成要素の拡大斜視図。
【図１３】図１２の構成要素の別の好適な実施形態の概略図。
【図１４】図１２の構成要素の別の好適な実施形態の概略図。
【図１５】図１２の構成要素の別の好適な実施形態の概略図。
【図１６】いくつかの動作段階における本発明に係るシステムの概略図。
【図１７】気流に突入した定常空力面及びそれに関連して生成される力の概略図。
【図１８】風速に対して垂直な方向の移動がない空力面及びそれに関連して生成される力の概略図。
【００２３】
以下の説明から詳細に分かるように，全体として，本発明に係る風力システムは，好ましくは対流圏レベル（地表から上方約１５ｋｍまでの間）で気流から捕捉された風力エネルギーを電気エネルギーに変換するように適応された垂直軸の風力タービンを備える。エネルギーの変換は，そのような気流に突入し，垂直軸の風力タービンのアームに連結された凧によって行われ，そのような凧のそれぞれがコンピュータ制御システムによって自律操縦するサーボ付きウインチによって操縦される。本システムは，エネルギー変換率を最大化するために凧の飛行時に経路飛行に合わせて凧が操縦されるモードと，垂直軸を有する風力タービン構造とによって，とりわけ現行の技術とは区別される。
【００２４】
図面を参照すると，本発明に係るエネルギー変換用風力システムは，気流Ｗに突入し，地上レベルに配置された垂直軸の風力タービン２の少なくとも１つのアーム３に，２本のロープ４によって連結された，少なくとも１つの凧１を備えることが分かる。凧１は，該凧１が連結されたアーム３を回転させ，発電機として動作しかつ風力タービン２と協働する少なくとも１つの発電機／モータシステム１５ａ又は１５ｂによって風力エネルギーを電気エネルギーに変換するために風力タービン２によって操縦されるように適応されている。更に，２本のロープ４は，風力タービン２を駆動させるために凧１から及び凧１へ機械的エネルギーを伝達しかつ凧１自体の飛行軌道を制御するように適応されている。
【００２５】
なお，図面に示す本発明に係る風力システムの典型的な実施形態では，各端部に凧１がそれぞれ連結されている２本のアーム３を備えた垂直軸の風力タービン２の使用が提供されるが，本発明の範囲を逸脱することなく異なる数のアーム３及び凧１が連結した風力タービン２を使用することができることは明らかである。特に，ロープ４の引張力を合算するために，風力タービン２の各アーム３に，互いに直列に配置された複数の凧１（凧１の列）を連結することも可能である。凧１の列全体を単一系のロープ４によって風力タービン２に連結させているので，装置の動作原理は，直列に連結された凧１の数によって異なることはない。多数の凧１を使用することから得られる利点は，以下に詳述するが，そのような凧の受風領域を増加させ，その結果，風力タービン２を駆動させるモーメント及び動作サイクル毎に生成することができる電気エネルギーを増加させることにある。
【００２６】
凧１は捕捉される気流に突入するものであり，特定のスポーツ活動，例えばサーフィン及びカート用の特有の帆を製造する際に一般に使用される繊維を織ることによって製作される。凧１は，全体的に可撓性とするか，半剛性とすることができる。非常に軽量なフレームを使用することによって凧１を半剛性とすることができ，それにより凧を例えば剛性の優れた翼のうちの１つと同様な形状にすることができる。半剛性にすることで操縦が非常に容易になるため，性能を著しく向上させることができる。この凧を特徴付ける主要な仕様は，その大きな表面積である。最近の空気力学的研究により，制御及び操縦性の点から特定のニーズを満足させることができる凧が市販されている。凧を適切に操縦することによって，風からのエネルギー伝達の調整が可能となる。気流によって加えられる牽引力を最大化させると同時に，風力タービン２のアーム３の回転を損なわないように凧１を案内しなければならないため，これは必須である。すなわち，凧１は，各アーム３に隣接して，常に同一回転方向に維持されているか，場合によっては停止されている風力タービン２の段階で，電流の生成を妨害せずにモーメントを生成するように操縦されなければならない。下記に詳述するが，風からのエネルギーの伝達を適切に調整することによってこのような結果が得られる。
【００２７】
本発明に係る風力システムは，風力タービン２上で動作し，凧１の飛行を自動制御するコンピュータ制御システムと，このようなコンピュータ制御システムと協働して電気エネルギーの蓄積及び供給を管理する給電システムとを更に備える。
【００２８】
コンピュータ制御システムは，凧１上に配置された自律電源付きセンサ群と協働する。これらのセンサは，情報を，好ましくは無線モードで，コンピュータ制御システムの地上の構成要素に送信する。コンピュータ制御システムは，これらの情報群を地上のセンサ群から来る他の情報（例えば，後述するモータトルクの読み取りによって求められるロープの負荷値）と演算し，風力システムの動作中に凧１を自動的に操縦するための処理を実行する。
【００２９】
図２〜図６を参照すると，垂直軸の風力タービン２の各アーム３が第１支持システム５ａ又は第２支持システム５ｂによって支持されていることが分かる。各アーム３の端部には凧１の回収装置６が更に設けられており，図７に示すような凧１を回収及び放出するためのシステム７と一体化されている。ロープ４は，各アーム３に沿って，ロープ４の少なくとも１つの伸長システム８を備えた伝達システムによって操作される風力タービン２の中心に向かって移動する。各アーム３には，風力タービン２の中心に隣接して，急激な負荷変動を減衰させるためのエネルギー蓄積システム９と，凧１を操縦するための一対の第１のウインチによって特徴付けられるロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０と，一対の第２のウインチ１３を含むロープ格納システム１２とが設けられている。格納システムの各第２のウインチ１３には，ロープ４を各第２のウインチ１３上に整然と巻き取らせる案内モジュール１４が設けられている。風力タービン２のアーム３を回転させ，減速機を介在させて，エネルギー変換用発電機に依存して発電機／モータ１５ａ又は１５ｂを作動させる。
【００３０】
凧１は，各第１のウインチ１１上のロープ４の繰り出し及び巻き戻しによって操縦される。したがって，ロープ４は，凧１と風力タービン２のアーム３との間で力を連結及び伝達する要素である。風で凧１が上昇すると，風力タービン２のアーム３が回転し，その結果，発電機に依存して発電機／モータ１５ａ又は１５ｂによってエネルギーが変換される。当然のことながら，各ロープ４の長さ及び直径は，動作時の風及び必要とされる安全性条件に依存する。また，アーム３は，凧１をより容易に上昇させるために風力システムの開始時にも使用される。つまり，各アーム３の端部には，風力システムが動作していない際に凧１を回収する回収装置６が設けられている。凧１を上気へ放出するためには，地上レベルに少なくとも軽風が存在しなければならない。低高度に風が乏しい場合，発電機／モータ１５ａ又は１５ｂはモータに依存して作動し，アーム３を回転させ，原動力となるトルクを微風に変換して凧１を上昇させる。
【００３１】
各アーム３の構造は，例えば，建築部門で使用される一般的な吊り上げ機械（「クレーン」）のような格子状であってもよい。実際に，このような構造は，エネルギーの変換を最適化するために必要な軽量要件を満たす。
【００３２】
アーム３は，風力タービン２の中心に隣接して，風力タービン２の固定部分に対して相対的に回転軸１６に固定され，一連の回転体によって回転軸１６に連結されている。
【００３３】
風力タービン２に設けなければならないアーム３の数は，必要な給電量に依存する。
【００３４】
アーム３の第１支持システム５ａ又は第２支持システム５ｂは，各アーム３の重量の支持に寄与する風力タービン２の構成要素であり，アームの構造内における負荷を回避するためにロープ４を牽引すると，風力システムの動作を低下させるような歪みが生じる。
【００３５】
第１支持システム５ａ又は第２支持システム５ｂを実現するために，好ましくは２つの構成を採用することができる。図２に示す第１の構成５ａは，第１及び第２のタイロッドシステムを使用することによって風力タービン２のアーム３を支持する。第１のシステムは，その一端はアームに，他端は風力タービン２の中心に配置された１つの垂直構造体１８に取り付けられた第１のタイロッド１７からなり，アーム３と共に回転する。第２のシステムは，風力タービン２の回転面内に配置され，その一端はアーム３に，その他端はアーム３が連結された中心回転軸１６に取り付けられた第２のタイロッド１９からなる。タイロッドの第１のシステムがアーム３の重量を支持する間に，第２のシステムは風力システムの動作中のロープ４の引張力の抑制に寄与する。このような構成を実施するために必要な技術知識は，張力構造を実現するために使用される知識と同じである。
【００３６】
図３及び図４に示すような第２の構成５ｂは，弾性支持体として機能する緩衝トロリー２０によって風力タービン２のアーム３を地面に載置させる。したがって，第２の構成に係る全ての第２支持システム５ｂには，風力システムの動作中に接線方向の力のみを生成するために，例えば，一対の整列した車輪２１と，風力タービン２の回転の中心を通過する回転軸とが設けられている。トロリー２０と風力タービン２のアーム３との連結は，例えば，緩衝装置２２と平行に連結されたバネからなる弾性手段によって行われる。第２の構成を採用する場合，風力タービン２には各アーム３に隣接する第２支持システム５ｂを設けなければならない。
【００３７】
また，回収装置６は，静止した凧１を回収するために使用される風力タービン２の構成要素である。各回収装置６は，各アーム３の端部に配置され，風力システムの動作中にロープ４に対抗する抵抗力を最小化するために適切に傾けられた少なくとも１つの円筒パイプ６ａを備える。特に，風力タービン２の回転方向が常に同じである場合，各回収装置６は，水平面に対して上方に傾斜され（例えば図５を参照），凧１に向かってロープ４に追随するように垂直面に対して傾斜されている（例えば図６を参照）。回収装置６の円筒パイプ６ａの出口縁部は，凧１の回収及び上気への放出中に凧１を容易に通過させるために，好ましくは円形である。アーム３には，好ましくは各円筒パイプ６ａ内に配置され，ロープ４に追随し，凧１を回収及び放出するためのシステム７が設けられている。当然のことながら，風力タービン２には各アーム３に隣接して回収装置６を設けることができる。
【００３８】
凧１の回収及び放出システム７は，風力システムの停止及び開始時に凧１の回収及び上気への放出をそれぞれ行う風力タービン２の構成要素である。各回収及び放出システム７には，例えば２本のレール２４に拘束された少なくとも１つのトロリー２３が設けられており，トロリー２３は，レール２４によって回収装置６の対応する円筒パイプ６ａ内をそのような装置の軸と平行に摺動する。ロープ４を繰り出すための一対の滑車２５がトロリー２３上に設けられている。風力システムの動作及び静止中のトロリー２３は，行程の終端に位置する。特に動作条件下では，トロリー２３は回収装置６の外側端部に位置し，静止条件下では，トロリー２３は同要素の下流に位置する。トロリー２３は，モータ減速機（図示せず）によって操作される例えば少なくとも１つのベルト，好ましくは歯付ベルトで作動する。そのような牽引は，凧１を回収及び放出するために風力システムを開始及び停止する際に生じる。凧１の回収時に，凧１が風力タービン２のアーム３に隣接している場合には，２本のロープ４のうちの１本を牽引して，凧１を傾け，回収装置６の軸と平行に配置して当該要素内に凧１を収容することを補助する。仮定として歯付ベルトに連結されたモータ減速機を作動させ，トロリー２３を回収装置６内に下降させることにより，凧１を漸次的に回収することができる。
【００３９】
凧１又は凧１の列の放出時には，例えば，凧１を外側に押し出す人工の気流を創出する人工の風推力装置（図示せず）を作動させることができる。また，そのような場合，ベルトによって牽引されるトロリー２３は，回収装置６内の凧１の動きに連動する。風力タービン２には，各回収装置６に隣接して，凧１の回収及び放出システム７を設けることができる。
【００４０】
伝達システムは，凧１の回収装置６とエネルギー蓄積システム９との間でロープ４を案内する風力タービン２の構成要素である。図８に示す好適な実施形態では，伝達システムは，風力タービン２のアーム３上に取り付けられた滑車を備える。滑車はピンの周りを回転し，ピンに隣接して連結された２つの面とその頭部との間に挿入されている。風力タービン１の各アーム３に伝達システムが設けられており，伝達システムは凧１を操縦する２本のロープ４のそれぞれに対して１組の計２組の滑車を有する。そのような滑車は，その頭部を上方及び下方のどちらか一方に向けて配置される。これによりロープ４は風力タービン２のアーム３に沿った折線状になる。各伝達システム内の滑車は以下の４つのカテゴリーに分類することができる：
−凧１の回収及び放出システムのスライダー上に取り付けられた第１の滑車２５；
−風力タービン２のアーム３上に固定及び直接取り付けられた第２の滑車２６；
−ロープ４の伸長システム８の一部を構成する第３の滑車２７；
−ロープ４の案内モジュール１４のスライダー上に取り付けられた第４の滑車２８（各スライダーに１つ）。風力タービン２には，各アーム３に対して１つの伝達システムと，当然のことながらアーム３の長さに依存した伝達システムを構成する多数の滑車を設けることができる。
【００４１】
ロープ４の伸張及び減衰システム８は，静止条件下でもロープ４を風力タービン２のアーム３に沿って伸張した状態に維持しかつロープ４が吸収することができない急激な負荷変動の減衰に寄与する風力タービン２の構成要素である。特に図８に示す可能な実施形態では，伸長システム８は，地上から吊り上げられ，適切な案内によって拘束されながら垂直に移動することができる少なくとも１つの減衰釣り合い錘２９に連結された少なくとも１対の第３の滑車２７で構成されている。２つの第３の滑車２７のそれぞれに１つの凧１を操縦する２本のロープ４のうちの一方が巻き取られているため，釣り合い錘２９を吊り上げた状態に維持するのはロープ４の張力である。重力作用により，釣り合い錘２９は，一対のロープ４を地上に向かって牽引し，ロープ４上に更に負荷を生じさせる傾向がある。第１に，風力システムの静止時にもロープ４が常に伸張された状態に維持され，第２に，そのような伸長システム８が一定量の急減な負荷変動の減衰に寄与するため，その作用は２倍である。
【００４２】
強風 (a wind stroke)が生じると，急激な負荷の増加の一部は，ロープ４を伸長させることによって，及び，一部は伸長システム８の釣り合い錘を引き上げることによって減衰される。逆に，負荷が減少した場合には，ロープ４は収縮し，釣り合い錘２９が下降し，張力の減少を解消するためにコンピュータ制御システムが介入し得る遅延を部分的に補償する。各伸長システム８の一対の第３の滑車２７が１つの釣り合い錘２９に連結されていることが重要である。全ての滑車２７が異なる釣り合い錘に取り付けられている場合，コンピュータ制御システムによる凧１の操縦性が低下すると思われる。つまり，制御システムは，凧１の列を操縦するために，一対のロープ４の長さの相対的差異に基づいて動作することになる。各伸長システム８の滑車２７が異なる釣り合い錘に連結している場合，このような相対的差異は，もはやコンピュータ制御システムのみへの依存だけでなく，ロープ４と協働する釣り合い錘の，同じ一対のロープ４の他方のロープ４と協働する他の釣り合い錘に対する下降にも依存する。
【００４３】
図９に示す別の実施形態では，伸張及び減衰システム８に，一端が風力タービン２のアーム３に蝶着されたロッド３２の他端に取り付けられた一対の第５の滑車３１を備えた少なくとも１つの装置３０が設けられている。ロッド３２は，好ましくは少なくとも１つの減衰バネ３３から成り，ロープ４の牽引作用で圧縮される弾性手段を介在させることによって風力タービン２のアーム３と協働する。釣り合い錘２９を備えたシステム８に関する説明と同様に，システム８のこの変形例は，ロープ４を伸張した状態に維持し，バネ３３の圧縮の伸長作用によって急激な負荷変動を補償する。風力タービン２には，各アーム３に対してその長さに応じた複数の伸長システム８を設けることができる。
【００４４】
図１０から分かるように，重力位置エネルギー蓄積システム（the potential gravitational energy accumulating system）９は，アーム３の上流でありかつロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０の下流に配置された風力タービン２の構成要素である。風力タービンには，各アーム３に隣接して蓄積システム９を設けることができる。エネルギー蓄積システム９によって実行される機能は，エネルギーを貯蔵し，高い負荷変動を更に補償することである。高い負荷変動には，ロープ４及び伸長システム８の弾性による補償だけでは不十分である。特に図１１を参照すると，好適な実施形態では，システム９は，少なくとも２つの減速(gearing-down)滑車３４ａ及び３４ｂと，地上から吊り上げられ，垂直に移動することができ，好ましくは適切な案内に拘束された少なくとも１つの釣り合い錘３５とから構成されていることが分かる。凧１を操縦するロープ４は各滑車３４ａ及び３４ｂの周りに巻き取られるため，釣り合い錘３５を吊り上げた状態に維持するのはロープ４の張力である。風力システムの動作中，釣り合い錘３５は２つの限界高度の間に含まれる位置にある。特に，一対のロープ４の引張力が釣り合い錘３５の質量の重さ及びエネルギー蓄積システム９を構成する滑車の数による限界値よりも小さい場合，釣り合い錘３５は，最低高度に位置する（例えば，図１０，図１１及び図１２を参照）。逆に，ロープ４の引張力がそのような限界値よりも大きい場合，釣り合い錘３５は最高高度に位置する。したがって，エネルギー蓄積システム９は，最低高度及び最高高度に位置するという２つの安定状態のみを有する。その他の全ての中間位置は，一方の状態から他方の状態への通過であり，釣り合い錘３５が上昇する際にエネルギーを供給し，釣り合い錘３５が上昇する際にエネルギーを蓄積する。蓄積システムの滑車３４ａ及び３４ｂは，上位と下位の２つの高度に配置される。各高度に隣接して滑車３４ａ及び３４ｂは並列し，風力タービン２のアーム３に垂直なそれらの回転軸を有する。上位に位置する滑車３４ａは風力タービン２のアーム３に取り付けられ，下位に位置する滑車３４ｂは釣り合い錘３５に取り付けられる。各凧１は一対のロープ４によって操縦されるため，全ての蓄積システム９の滑車３４ａ及び３４ｂで構成されるシステムを機能的観点から２つのサブシステムに分類することができる。２本のロープ４のそれぞれは，上位にある滑車３４ａ及び下位にある滑車３４ｂのどちらか一方の周りに巻き取られる。蓄積システム９に設けなければならない滑車３４ａ及び３４ｂの数に依存した一定数の巻き取り後，２本のロープ４のそれぞれはそのようなシステムを離れ，ロープの巻き取り及び繰り出しシステム１０内に移動する。風力タービン２の動作中，各釣り合い錘３５は，対応する一対のロープ４の負荷によってその最高高度に維持される。凧がそれに連結するアームの回転に対抗しないように操縦される動作サイクル工程中のロープの負荷は，大きな牽引作用によって特徴付けられる前工程中に支持される負荷よりも非常に小さい。ロープ４の負荷が減少すると，そのような減少を補償しかつロープ４を伸張させた状態に維持するために釣り合い錘３５が下降する。大きな牽引作用によって特徴付けられ���工程に戻ると，コンピュータ制御システムは，一定の時間にわたって繰り出し及び巻き取りシステム１０の第１のウインチ１１を停止するため，ロープの負荷によって釣り合い錘３５が再び引き上げられ，それによって重力位置エネルギーが蓄積される。前記システム９は，動作サイクルの牽引作用が乏しい工程中に生じる張力の低下を，ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０を介入させずに釣り合い錘３５を引き下げることによって完全に補償するような大きさにしなければならない。伸長システム８に関する説明と同様に，各エネルギー蓄積システム９の滑車３４ａ及び３４ｂの２つのサブシステムが１つの釣り合い錘３５に連結されていることが重要である。つまり，滑車３４ａ及び３４ｂの全てのサブシステムが異なる釣り合い錘に取り付けられている場合，コンピュータ制御システムによる凧１の操縦性は低下すると思われる。
【００４５】
図示しない好適な実施形態では，エネルギー蓄積システム９は，蓄圧器としても作製することができる。したがって，そのような場合，蓄積されたエネルギーは，もはや重力位置エネルギーではなく，気体の圧力／減圧エネルギーである。風力タービン２には，各アーム３の上流に蓄積システム９が設けられている。当然のことながら，そのようなシステムはアーム３と一体化されている。
【００４６】
特に図１２から分かるように，ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０は，エネルギー蓄積システム９とロープの格納システム１２との間に配置された風力タービン２の構成要素である。風力タービン２の全てのアーム３には，これらのシステム１０のうちの１つが設けられており，好適な実施形態では，各システム１０は，対応する凧１の一対のロープ４が周囲に巻き取られた一対の第１のウインチ１１を備えている。これらの第１のウインチ１１は，一対の減速機を介して，コンピュータ制御システムによって駆動制御される一対の第１のモータ３６に連結されている。凧１の操縦が可能となるのはこれらの第１のウインチ１１によるものである。
【００４７】
各ロープ４は，エネルギー蓄積システム９の減速滑車３４ａから離れる場合，巻き取り及び繰り出しシステム１０の対応する第１のウインチ１１に巻き取られ，好ましくは限られた数（例えば，数回又は単層巻が生じるだけの数）だけ回転した後，格納システム１２内に移動する。つまり，巻き取り及び繰り出しシステム１０は，ロープの引張力全体を支持するものである。
【００４８】
ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０と格納システム１２とは，凧１の列に連結されたロープ４の長い連結部分によって区別されなければならない。つまり，各ロープ４に対して１つのウインチが設けられている場合，ロープはウインチドラムに完全に巻き取られ，多層を形成すると同時に大きな負荷を支持すると思われる。異なる巻き取り間の摺動により生じる摩擦により，その機械特性を低下させるような場所でロープ４が摩耗するため，そのような状況は回避しなければならない。
【００４９】
あるいは，ロープの巻き取り及び繰り出しシステム１０には，例えば，ロープ４が挿入される一対の対向するトラック３８がそれぞれに設けられた図１３に示すような適切な数の装置３７を備えることができる。トラックを備える単一の対向する要素は，成形ゴムパッドがそれぞれの上に取り付けられたピストン３９（例えばタイヤ）によって互いに押圧し合う。このタイプの装置では，トラック３８の回転は凧１に向かってロープ４に追従する。ウインチによって，例えば，そこでのロープの張力は最小であるが，一対のトラックの上流にロープ４を格納する。
【００５０】
特に図１４に示すもう１つの代替実施形態では，巻き取り及び繰り出しシステム１０は，各ロープ４に対して４つのウインチ４０を備えることができる。ウインチ４０は，二段に配置され（上段に２つ，下段に２つ），平行な回転軸を有する。全てのロープ４は，平均的に各ウインチ４０の円周の約４分の３に巻き取られる。各ロープ４に対して４つのウインチ４０が設けられているため，本システムのウインチ４０上へのロープ４の全巻き取り(global windings)は，１つのウインチ４０上へのロープ４の完全な巻き取りの３回分に相当する。したがって，４つのウインチ４０を有する本システムは，２つの上述した代替形態のうちの第１の形態のようにロープ４の負荷を支持することができる。各ウインチ４０とロープ４との間の摩擦摩耗は，ロープ４を収納するためにウインチ４０の表面を適切に成形し，ロープ４とウインチ４０との接触面を増加させることによって更に増加させることができる。
【００５１】
格納システム１２に向かって移動させることによってロープ４とウインチ４０との間の摩擦摩耗を漸次的に増加させるために，４つのウインチの表面粗度を変えても良い。１つのウインチの代わりに４つのウインチ４０を使用すると，異なるロープの巻き取りの間に重なりが生じるという危険が伴わないという利点がある。各ロープ４に対して１つの第１のウインチ１１を設けたシステム１０では，ウインチドラムが回転した際に，ロープ４が第１のウインチ１１の面に向かって前進する傾向がある（回転方向に依存する）。ロープ４はドラムの表面を摺動させなければならない。そうでない場合，ロープ４は前進によって第１のウインチ１１から離脱することになる。こうした摺動作用が原因で，ロープ４の連続的な巻き取りに重なりが生じる危険が生じる。ロープ４は，各ウインチ４０に隣接して，完全な巻き取りを１回も行わないため，各ロープ４に対して４つのウインチ４０が設けられたシステムではそのような事態は生じない。
【００５２】
風力タービン２には，各アーム３の上流にロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０を設けることができる。当然のことながら，そのようなシステムはアーム３と一体化されている。
【００５３】
ロープ４の格納システム１２は，凧１のロープ４を収容する機能を有する風力タービン２の構成要素である。
【００５４】
ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０と同様に，風力タービン２の全てのアーム３には，図１２に示す好適な実施形態ではそれぞれが対応する凧１の一対のロープ４が巻き取られた少なくとも一対の第２のウインチ１３を備えるこれらのシステム１２のうちの１つが設けられている。これらの第２のウインチ１３は，一対の減速機を介して，コンピュータ制御システムによって駆動制御される各一対の第２のモータ４１に連結されている。
【００５５】
上述したように，格納システム１２は凧１を操縦する機能は有していない。そのため，格納システム１２の第２のウインチ１３に巻き取られるロープ４の張力は，巻き取り及び繰り出しシステム１０の第１のウインチ１１に巻き取られるロープ４部分に生じ得る張力よりも相当小さい。そのため，ロープ４の負荷が最大な場所では，第１のウインチ１１のドラム上への巻き取り数は，ロープ４が決して２層以上の層上に巻き取られない数である。逆に，格納システム１２の第２のウインチ１３上では，ロープ４は多層の上に巻き取られるが，張力は最小である。巻線層の数を最小にするために，格納システム１２を構成する第２のウインチ１３のドラムの直径は，巻き取り及び繰り出しシステム１０の第１のウインチ１１のドラムの直径よりも大きい。
【００５６】
当然のことながら，コンピュータ制御システムの目的は，ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０の第１のウインチ１１の回転と，同一のロープ４が周囲に巻き取られる格納システム１２の第２のウインチ１３の回転とを同期させることである。これは，特に風力タービンの開始及び停止中，第１ウインチ１１と第２のウインチ１３との間に含まれるロープ４部分への負荷を制御するために必須である。
【００５７】
格納システム１２の第２のウインチ１３上へのロープ４の巻き取りは多層の上になされるため，ロープ４を第２のウインチ１３上に整然と巻き取らせかつロープ４と第２のウインチ１３の面との間及び巻線間での摺動を防止する案内モジュール１４を各第２のウインチ１３に隣接して配置する必要がある。風力タービン２には，各アーム３の上流に格納システム１２が設けられている。当然のことながら，そのようなシステムはアーム３と一体化されている。
【００５８】
ロープ４の案内モジュール１４は，ロープ４を各格納システム１２の第２のウインチ１３上に整然と巻き取らせかつロープ４と第２のウインチ１３の面との間及びロープ４自体の間での摺動を防止する風力タービン２の構成要素である。
【００５９】
図１０に示す好適な実施形態では，案内モジュール１４に，第２のウインチ１３の回転軸に平行に配置されたレールに拘束されたスライダー４２が設けられている。スライダー４２は２つの方向に沿って移動することができ，第４の滑車２８がその上に取り付けられている。特に，スライダー４２は，第２のウインチ１３の回転工程毎に移動する。スライダー４２の動きを決定する摺動機構に応じて，案内モジュール１４を，例えばそのような目的のために構成された２種類の直線モジュール，すなわち，ネジ制御式及びベルト制御式モジュールに区別することができる。ネジ制御式モジュールでは，スライダー４２の移動は，ボール再循環精密ネジ(ball-recirculation precision screw)の回転によって操作される。直線ベルト制御式モジュールでは，スライダー４２は歯付ベルト上に取り付けられている。
【００６０】
ロープの案内モジュール１４において，スライダーの移動は，凧１を操縦するコンピュータ制御システムによって動作が制御される第３の電気モータ４３により，第２のウインチ１３の回転と共に生じる。
【００６１】
風力タービン２には，格納システム１２の全ての第２のウインチ１３に対して１つずつ，すなわち，各アーム３に隣接して一対のロープ案内モジュール１４が設けられている。
【００６２】
ロープ案内モジュール１４を使用する代わりに，例えば図１５の代替実施形態に示すように，対応する第２のウインチ１３の回転軸に平行して配置された案内４５を移動させるトロリー４４上に，例えば，ロープ４の格納システム１２の各第２のウインチ１３を配置することができる。トロリー４４の摺動は，場合によっては少なくとも１つの遊星歯車式(epicycloidal)減速機を介在させて，コンピュータ制御システムに動作が制御される電気モータで作動される第２のウインチ１３の回転と共に摺動機構によって操作される。この構成を採用することによって，ロープ４を整然と巻き取ることを保証するために移動するのは第２のウインチ１３であるため，ロープ案内モジュール１４はもはや必要ではない。
【００６３】
風力タービン２には，発電機としても動作する電気モータ及びモータとしても動作する発電機が更に設けられている。
【００６４】
電気モータは，第１及び第２のウインチ１１及び１３と，ロープ案内モジュール１４とを作動させる風力タービンの構成要素である。特に，風力タービン２には，各ロープ４に対して以下の３つの電気モータが設けられている:
−ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０の第１のウインチ１１の回転を担う第１のモータ３６；
−ロープ４の格納システム１２の第２のウインチ１３の回転を担う第２のモータ４１；
−ロープ４の案内モジュール１４のスライダー４２又はロープ４の格納システム１２の第２のウインチ１３がその上に取り付けられたトロリー４４の移動を担う第３のモータ４３。
【００６５】
これらの各モータ３６，４１及び４３は，例えば遊星歯車式減速機によって，対応するウインチ又はロープ案内モジュールに連結させることができる。
【００６６】
これらのモータ３６，４１及び４３は発電機としても動作することができるため，ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステムの第１のウインチ１１上に凧１によって加えられる牽引力を利用して，第１のモータ３６によって電気を生成することができる。つまり，そのような牽引力は，反作用にならずに，発電機として動作する第１のモータ３６を第１のウインチ１１の回転によって作動させるために使用することができる。このモードにしたがってエネルギーが生成されるプロセスは，例えば，前記セコイアオートメーション社の欧州特許第１６７２２１４号に記載されているプロセスと同様である。
【００６７】
電気モータはコンピュータ制御システムによって操作され，凧１の同一のロープ４に対応する電気モータは，当然のことながら同期して動作しなければならない。
【００６８】
発電機／モータ１５ａ又は１５ｂは，電気を生成する風力タービン２の構成要素である。それらは，風力タービン２の動作中，アーム３の回転によって作動する。電気エネルギーの生成に関しては，風力タービン内の発電機の配置によって異なる２つの構成を採用することができる。
【００６９】
よりシンプルな構成では，発電機１５ａを風力タービン２の中心に配置する。特に配置に関しては以下の３つの選択肢がある:
−回転子として風力タービン２のアーム３が固定されたその中心軸１６を操作しかつ固定子として風力タービン２の中心に固定された部分を操作する単一の生成システムを実現する形態。回転子上に永久磁石を配置し（給電が不要なため），固定子に発生回路の巻線を設けることが望ましい;
−入力回転速度(inlet rotation speed)を上昇させるために適切な乗算器と連結させることで中心軸１６の回転によって回転子を作動させる単一の発電機を使用する形態；
−多数の生成システムを増加及び牽引する機能を有する，（各発電機に対して１つの）多数のピニオンと噛合する車輪によって特徴付けられるギアシステムで多数の発電機を作動させる形態。
【００７０】
発電機１５ａを風力タービン２の中心に配置する別の構成は，風力タービン２のアーム３が弾性支持体として動作する緩衝トロリー２０によって地上に載置されている場合のみ適用することができる。そのような場合，発電機１５ｂは，直接トロリー２０に隣接して配置することができ，車輪２１の回転によって作動させることができる。例えば，各トロリー２０に，各車輪２１に対して２つずつ，すなわち，各部分に１つずつ配置された４つの発電機１５ｂを設けることが想定される。この構成を採用した場合，その構造に電気エネルギーを風力タービン２の回転部分から固定部分に伝達させるためのマニホールドを設ける必要がある。
【００７１】
この構成は，先に記載した構成に対して以下の利点を提供する:
−トロリー２０の車輪２１の直径及び風力タービン２の中心からの車輪２１の距離を適切に決定することによって，車輪の角回転速度は風力タービン２の速度よりも大きくなる。
【００７２】
これは，当然のことながら電気の生成用発電機１５ｂの寸法決定に関する利点である;
−発電機１５ｂを緩衝トロリー２０上に取り付けた場合，原動力となるトルクがその生成位置に隣接して展開される，つまりアーム３上の曲げトルクがより小さくなるため，風力タービン２のアーム３に求められる剛性はより小さくなる。剛性がより小さくなることで，アーム３の重量がより軽量となり，その結果，慣性（起動時）によるエネルギー散逸が抑制され，特にその構造の製造コストが低下する。
【００７３】
本発明に係る風力タービン２では，発電機／モータ１５ａ又は１５ｂは，凧１をより容易に上昇させるように開始時にアーム３の回転を決定するため，モータとしても動作する。
【００７４】
また，発電機／モータ１５ａ又は１５ｂはコンピュータ制御システムによって操作され，アームの第２支持システム５ｂ上に取り付けられている又は風力タービン２の中心に配置されているという事実によれば，風力タービン２には可変数の発電機／モータ１５ａ又は１５ｂを設けることができる。
【００７５】
コンピュータ制御システムは，凧１を自動操縦するシステムである。この構成要素の主要な仕事は，特に，ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０及び格納システム１２の第１及び第２のウインチ１１及び１３のそれぞれの回転が依存するモータの動作の駆動によって各凧１の飛行を自動制御及び操縦することである。当然のことながら，各凧１は，他の凧とは独立して操縦されるが，飛行時に生じ得る干渉を如何にしても回避する。
【００７６】
コンピュータ制御システムによって実行される単一の凧１の飛行の自動制御は，振動，操縦の不安定性及び局所的牽引力の極大化を回避するために，凧１を操縦するコンピュータ制御システム自体の処理手段が実行する予測制御アルゴリズムによって実行される。動作サイクル中に生成されるエネルギーを最適化するために最大の安全条件下で凧１が移動する経路が予測され，動的仕様に最大限準拠して，現在位置から予測位置までの移動に必要な時間を最小化する。
【００７７】
単一の凧１の自動操縦は，地上のセンサ群及び凧１上のセンサ群から来る情報を受信及び処理するリアルタイムプロセスによって行われる。凧１上では，無線通信への過負荷を防止するために，センサ群によって検出されるデータの事前処理が必要となる。入力情報は，凧１の空間的位置，加速度，力（例えば，モータトルクの読み取りによって求められるロープの負荷），及び幾何学的に定義される数量に関する。このプロセスは，そのような入力を予測アルゴリズムによって処理し，第１のウインチ１１及び１３に連結されたモータ３６及び４１を作動させる出力を生成する。
【００７８】
入力情報の処理にはデータ分析の長さに比例する時間間隔が必要である。そのような間隔の長さを最小にすることによって，凧１の操縦遅延を低減する。このような理由から，短時間分析が優先されやすい。しかしながら，短時間分析は，最適な時間深度の経路を予測できないこともある。したがって，二律背反の最適な解を優先させることが重要であり，その結果，短時間であるが，最適な経路長を求めるのに十分な時間でデータ処理が行われる。しかしながら，動作サイクル中の移動経路よりも長い経路を予測することは無益であると看做すことは当然である。
【００７９】
予測アルゴリズムは，各瞬間において，以降の各瞬間に凧１が取るべき最適位置を，適切な飛行及び制御パラメータ（飛行の高さ，釣合い錘の動力学，牽引力データ，立入禁止領域における安全性の計算（構造の応力状況，不安定性又は過度な力），操縦を実行すべき各瞬間等）によって求める。各瞬間に対しては，このような特定の瞬間に凧１が取るべき最適位置（パラメータと称する）の座標は，各パラメータに対応する。全てのパラメータには相対的な重みも割り当てられる。重みの設定は，最重要パラメータがより重要であるという決定を下すために，このようなパラメータの重みを修正するフィードバックシステムによって各瞬間に行われる。各パラメータに対する最良の座標が収集されると，予測時に考慮される各瞬間に対してベクトル和が計算される。最後に，短時間の手法を優先させる時間の重みの導入に引き続き，各瞬間に対して最適座標が計算される。
【００８０】
リアルタイムプロセスは，凧１が以降の各瞬間に取るべき理想的な位置の座標を予測した後，これらの位置に到達するために凧１が移動すべき最善の経路を決定する。このような目的に使用されるアルゴリズムは，凧の操縦法則を決定するために，飛行方程式，凧の慣性，及びケーブル４上の牽引力の差に応じて凧が有し得る反応の割合を使用する。慣性要因(inertial reason)，運動学的連鎖の弾性，及び測定遅延に起因する振動及び過度のゲインのリスクを管理するために，適切な制御技術によって操縦が修正される。
【００８１】
コンピュータ制御システムによって実行される機能は第１及び第２のウインチ１１及び１３の各回転の制御だけではない。つまり，コンピュータ制御システムは，凧１上のセンサ群の自己修正手順を実行する自己修正サブシステムも備える。
【００８２】
つまり，凧１上に取り付けられたセンサは，測定量と実施の整合性を修正するために合算されるいくつかの外部変数の作用に対するそのようなセンサの感受性(susceptivity)のために，工場で事前に修正されかつ自己修正システムを必要とする。外部変数としては以下の項目が挙げられる:
−凧１（すなわち，柔軟な支持体）上のセンサの組立て精度;
−時間による修正の悪化；
−温度変化（センサ補正値を移動する場合がある）。
【００８３】
姿勢変化は，出力され正確に測定された変数の範囲に入るため，その作用が補償されているはずの外部変数に起因するものでない。
【００８４】
磁場及び電磁場の変動及び接地基準(earth reference)の一時的な割込みは妨害と見なされる。
【００８５】
センサが自己修正を行う方法は，実質的に，直接センサがシステムに提供することができる冗長レベルに基づいている。更に，コンピュータ制御システムは，例えば，ケーブルによって形成される角度及び構造上で測定された力の配置等の全体として風力システムからもたらされる入手可能な全ての情報を有する。
【００８６】
利用可能な手段と協働する直接センサによって提供される瞬間的冗長だけでなく，同一の風力システムの動作による修正の検査に基づいて，周期的な冗長を使用することができる。風力システムが動作している場合，センサは空間において凧１と一体的に移動する。各センサのデカルト基準座標系に対して，重力加速度ベクトル及び地磁場ベクトルは，方向及び向きを変化させるが，それらの係数を一定に維持する。ベクトル係数は，各センサによって測定される３つの構成要素のベクトル和によって定められるため，位置に依存した相対誤差を抽出することができる方程式系を作成することができる。適切な数学的方法を用いて，誤差をフィードバックループに入力し，誤差によって全ての単一軸に対するゲイン及びオフセットパラメータに影響を与えることができる。
【００８７】
地磁場は，その性質により，風力システムを設置するために選択された場所に応じて，重力加速度方向に対して一定の傾斜を有するという事実から，十分に知られている加速度(accelerometric)センサと磁気センサとの相互作用を更に与える場合がある。したがって，２つのベクトル間に含まれる角度は，全体としてそのシステムの自己修正に関する制御変数と看做すことができる。
【００８８】
磁力計の使用に関しては，地磁場が地理的な位置及び地質と結び付いた土地の形態に応じて入射角にばらつきを有するため，そのような機器を工場で修正するだけでは目的地での動作にとって明らかに不十分であることを念頭に置かなればならない。そのため，最初のシステム起動工程における磁力計の再修正は必須である。
【００８９】
自己修正手順は，常に稼働状態に維持しながら，診断システムとしても使用することができる。しかしながら，そのような場合，一時的な妨害によって過去の修正が無効となってしまうことを防止するトラップを設けることが必須である。
【００９０】
自己修正手順は，出来る限り迅速に良好な修正に向かって収束することできるが既に得られた結果を損なわないものでなければならない。そのような目的のために，統計値，積算及び誤差分散の評価方法を使用することができ，それにより，自己修正サブシステムのエラー確率を低減するために参照される修正データベースも作成することができる。
【００９１】
前記システムは，通常の風力システムの動作を干渉せずに動作できるものでなければならない。しかし，適正な修正安全性を保証するのに十分なデータベースをまだ入手していないため，そのような原則を最初のシステム起動時に順守することは不可能である。この初期の限定された状況を克服するには，凧１に限定的な幾何学的経路を与え，全てのシステムの自由度の使用を制限すればよい。そのような経路は，加速度計等の絶対センサによって選択されるため，本質的により安全である。絶対センサの工場での事前修正は，システムの起動の点で信頼性があるとみなされている。自己修正アルゴリズムが収束するまで，空域内での移動の自由度は制限される。この工程は秒単位の比較的短い時間を要する。風力システムの全ての完全な動作サイクルを行うことによって修正の精度が向上する。一定数のサイクル後，そのシステムは，自己修正の最適化の観点からは安定状態にあるとみなされるが，風力システムの動作中，自己修正は，依然としてバックグラウンド機能として稼働している状態である。
【００９２】
コンピュータ制御システムは安全サブシステムを更に備える。安全サブシステムは，凧１の操縦時に更に介入して，このような凧１と本発明の風力システムの飛行空間を占拠する可能性のある航空機又は飛行物体との間で生じる衝突を防止する。
【００９３】
つまり，風力システムは，航空機や鳥等の飛行可能な他の手段が横断できる空域を占拠する。そのため，例えば原子力発電所等の他の種類の工場に対して実施されるように，風力システムのための空域，すなわち，飛行が禁止される適当な大きさの領域を最初に確保することが望ましい。
【００９４】
しかし，不測又は緊急事態も考慮しなければならないため，そのような予防措置は凧１と飛行物体との衝突を防止するのに十分ではない。特に，飛行禁止領域に「侵入」することができる飛行物体としては以下のものが挙げられる：
−空路を見失ったが，遠隔操作で問い合わせ可能な識別機器を有する航空機；
−性質上，通信又は識別不可能な，あるいは飛行障害物が発見され得る場所を知り得ない，凧１のシステムからなる航空機；
−群れの又は一羽の鳥。
【００９５】
凧１は，３つの自由度，すなわち，風力タービン２の回転面に対する二本のロープ４の二等分線の２つの方向余弦(director cosine)及びロープ４自体の長さによって風力タービン２に拘束されながら飛行する。これらの３つの自由度により，風力システムの空域を横断する可能性のある航空機との衝突を回避するための手順を実施するのに十分な操縦の自律性が得られる。
【００９６】
このサブシステムの動作は，風力システムの空域及び高速で接近する航空機に対する時宜を得た反応を保障するのに十分な広さの隣接空域の人工視野に基づいている。そのため，本発明に係る風力システムは，安全サブシステムと協働する，例えば光学式又はマイクロ波式の人工観察システムを備えることができる。通常，古典的なレーダーは走査ビーム方式であるが，マイクロ波視野は，光学カメラの使用に備える配置と同様に，画像を生成する。
【００９７】
人工的観察システムから，航空機と風力システムのために確保した空域との間の交差経路を見つけるための全ての有用な情報は，適切な数学的プロセスによって抽出又は推測することができる。当然のことながら，そのような経路は一義的に決定することができ，更に，時間を変えることができる（衝突を回避しようとするときでさえも航空機を完全な操縦下に置くことができる）。このような理由から，各接近中の航空機に明確な経路を割り当てることはできないが，予想される軌道の連続的に更新される双曲錐が割り当てられる。そのような錐を形成するために，大型で高速の識別可能な航空機の場合には，それらの動的特性を知り，接近中の航空機に問い合わせを行い対話することができるデータベースを制御システムに提供しなければならない。双曲錐は，凧１を迂回させることで同じ錐によって特定される領域を回避させる目的で，凧が占拠することができる指定禁止空間(an interdiction appointment of the space)に凧１を導くように時空間に形成する。
【００９８】
双曲錐は，航空機の種類，接近速度及び操縦能力に依存して形状及び大きさが非常に異なる。より突発的な航空機の操作が可能になるほど，錐の出口縁部の幅は更に拡がり，航空機が更に高速になりほとんど操縦されなくなるほど，縁部の幅は狭くなり，いっそう予測可能となって更に限定される。
【００９９】
双曲錐を実現する機能を有する安全サブシステムは，凧１の飛行経路の全ての最適化パラメータに対して最優先して，凧１の各制御ユニットに禁止領域を示す座標を送信する。現在位置に応じて，各制御ユニットは，風力システムの空域と双曲錐との交差領域における各凧１の通過時に計算された現在位置及び時間に依存した異なる情報を有する。サブシステム(sottosystem)は，航空機の接近速度を計算し，風力システムが間もなく占める位置を知る。それにより，禁止領域は交差部分によって形成され，各制御ユニットに提供される情報と同様にその形状は連続的に更新される。禁止領域は可変の安全範囲と共に観察される。凧が，そのような領域及び予測衝突時間に対して最適に配置されることにより禁止領域を使用しなければならない場合は，本システムはその通過を許可する。制御段階でアルゴリズムに安全な場所を準備させるために，十分に詳細な将来の行動を予測しかつ安全な操縦を十分に早い時期にプログラムすることができるように，事象の現実の発生に十分に則した場面を再構築する必要がある。
【０１００】
衝突防止活動を制御する仕事を担う人工視野システムは，エネルギーを生成するために空域内の凧１の位置の測定の冗長機能を実行するための同一の錘(plummet)を有する。したがって，光学システムの出力は，適切な数学的方法，完全に既知のベクトル（方向，向き，回転）を用いた場合，ラスタ(raster)から幾何学的図形になる。レーダーは，十分に速い速度で走査して正確な予測を生成する。人工視野には一回の走査でいくつかのパラメータを認識することができるという利点がある。軌道及び航空機の経路の予想される双曲錐の処理アルゴリズムのための他の有用な情報は，初期設定された航空機又はリスト化できない鳥や航空機の発見のためにデジタル化することができる凧１の位置及び航空機の種類に関する識別子である。
【０１０１】
緊急の場合，風力システムの第一の目的，すなわち電気エネルギーの生成は，第２又は第３の優先事項となる。最初に，安全サブシステムは衝突の回避を試み，次に，風力システムが自ら限界状況のもとで移動することを回避しなければならない。それにより，航空機及び風力タービンの両方を保護し，緊急事態の後にエネルギー変換プロセスを再開することができる。
【０１０２】
飛行行動を予測することができない鳥の群れや航空機の場合，安全サブシステムは，凧１の操縦マージンを増加させて，アクロバット飛行に移行する，又は，限界航行速度条件下に凧１を導く。そのような操縦は，凧１の非常に小さい慣性によって可能となる。凧は莫大なコマンドフォースを備えた実質的に超軽量の乗り物である。つまり，大量のコマンドフォースを備えた超軽量の乗り物は，無限的に加速することができる。凧１は，その優れた操縦性のために，空中に単に保持される速度で維持することができる。それにより，予測が更に可能であって突発的でない障害物となり，パイロット又は鳥による望ましくない反応を生じさせることがなくなる。
【０１０３】
つまり，群れの又は一羽の鳥は，航空機のパイロットと同様に，凧１を見ると反応することができる。その際，軌道及び視界外の航空機の経路の予想される双曲錐を得るために評価することが望ましい。風力システムは，不快感や更なるリスクを与えるものであってはならない。
【０１０４】
究極的な極度の緊急レベルの場合，凧１は風力タービン２のアーム内に高速で回収される。迅速な回収システムは，極端に異なる長さのロープを介する凧の繰り出し手順とその後の迅速な巻き戻しによって利用可能となる。巻き取られていない凧１は，上昇せずに軸方向線，すなわち２本の操縦ロープ４の二等分線に追従する。
【０１０５】
最後の状況として，本発明に係る風力システムは，安全サブシステムと協働することによって，凧の牽引線を妨害する機能を有するロープ４の切断システム（図示せず）を備えることができる。そのような構成は，軸方向の力を失って慣性体(inert body)となった凧１を放棄及び紛失することができる。この状況は，いわゆる「監視装置(watch dog)」によって制御され，監視装置はコンピュータ制御システムによる制御が失われた後に介入する。
【０１０６】
上述したように，コンピュータ制御システムは，ロープ４の案内モジュール１４を作動させる機能も有している。モジュール１４を作動させる第３のモータ４３は，第２のウインチ１３のドラムの回転を案内モジュール１４のスライダー４２の移動に適切に結び付けるように操作される。風力システムにロープ４の案内モジュール１４は設けられていないが，ロープ４の格納システム１２の第２のウインチ１３が上に取り付けられたトロリー４４が設けられている場合，これらのトロリーを移動させるモータがコンピュータ制御システムにより作動する。
【０１０７】
したがって，ロープ４を第２のウインチ１３上に整然と巻き取らせかつロープ４と第２のウインチ１３の面との間及びロープ４自体の間の摺動を防止するためになされるスライダー４２又は第２のウインチ１３の速度及び移動方向の調整は，コンピュータ制御システムによって行われる。
【０１０８】
また，コンピュータ制御システムは，発電機／モータ１５ａ又は１５ｂの動作を制御する。特にこのシステムは，風力タービン２の開始時に介入し，モータを作動させることでアーム３を回転させ，凧１の上昇を容易にする。
【０１０９】
コンピュータ制御システムは，最終的に強風や負荷損失等の不測の事態を認識し，それらに対して最も時宜を得た対応をしなければならない。強風の場合，負荷の増加が同一のロープ４の伸張及び減衰システム８によって完全に補償できない際には，制御システムが介入してロープ４の張力を低下させ，過剰な負荷によって風力システムが破損されるのを防止する。これは，ロープ４の迅速な繰り出しが可能となるように第１のウインチ１１を作動させることによって行う。ロープ４の張力が不足すると，操縦が不可能となり，凧１を落下させるので，急激な負荷の減少は回避しなければならない。標準の動作サイクル中は，牽引作用が不足した工程後に負荷の減少が生じる。しかしながら，そのような張力の低下は想定内であるため，エネルギー蓄積システム９は，ロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０を介入させずに，本工程中のロープ４の適切な張力を保障するような寸法となっている。牽引作用が不足した工程とは関連のない急激な負荷の減少が生じた場合に，伸長システム８が負荷の減少を補償することができない際には，コンピュータ制御システムが介入してロープ４を迅速に巻き戻す。このようにして凧１の列の制御を復帰させる。
【０１１０】
給電システムは，電気エネルギーを蓄積及び供給するために必要な全ての構成要素を備える。特に風力タービン２には，電源，変圧器及び蓄電池が設けられている。これらの構成要素により，生成された電気を貯蔵し，風力タービン２の開始工程中に凧１を回収し，全ての電子構成部品に給電しかつ外部のユーザーに電力を供給するために電流をモータに供給することができる。風力システムの全ての電子構成部品の動作はコンピュータ制御システムによって制御される。
【０１１１】
上述した内容から，本発明に係る風力システムはコンピュータ制御システムに自動操縦される凧によって作動する垂直軸の風力タービンであることは明らかである。現行の技術によって提案されているシステムに対して，当該風力システムは，操縦ロープと動力ロープとの間に区別がなく，どちらの機能も各凧１のための一対のロープ４によって実行されるため，凧の革新的制御モードを提供する。既存の設計では，凧を操縦することができるウインチと凧を回収しかつ電気を生成するためのウインチとが設けられているが，本発明に係る風力システムでは，第１のウインチ１１は凧１を操縦するためのみに使用され，第１のウインチ１１の周りに巻き取られた同一の操縦ロープ４によってエネルギーを変換し，風力タービン２のアーム３の回転を決定することができる。その際，電力供給を最大にするためにロープ４の巻き取られていない部分の長さを調整することによって，凧１の迎角及び受風領を制御する。
【０１１２】
更に，本発明は，上述したような風力システムから電気エネルギーを生成する方法に関する。
【０１１３】
全体として，本発明に係る方法は，風力エネルギーから本発明に係る風力システムによって生成される電気エネルギーへのエネルギー変換方法を組み込むものであるが，風力システムの動作中に周期的に繰り返される４つの工程を含む。一例として風力タービン２の１つのアーム３を参照すると，本発明に係る方法の最初の３つの工程中のアーム３の回転は，アーム３に連結された凧１によって風から取り出された風力エネルギーによるものである。したがって，コンピュータ制御システムは，工程全体にわたって２本のロープ４をアーム３に可能な限り垂直に維持する必要性から，風から取り出すことができる風力エネルギーが最大となるようにアーム３に連結された凧１を案内する。つまり，アーム３の外側端部が追従する円周の孤に対してロープ４が更に接線に近づくと，アーム３を回転させるモーメントを生成するために有用な牽引力の成分が更に大きくなる。ロープ４が風力タービン２のアーム３に対して垂直に維持されるということは，制御システムが揚力，すなわち風速に垂直な力の構成要素を主に利用するように凧１を操作することを意味する。このようにして，凧１は風を正面に受けながら前進する。その際，風は，風力タービン２のアーム３に連結されたロープ４を伸張させた状態で凧１を前進させる。すなわち，この牽引作用によってアーム３を回転させ，場合によっては減速機を介在させてそのような回転によって作動する発電機に依存した発電機／モータ１５ａ又は１５ｂによって電気エネルギーを生成する。風力タービン２のアーム３は，１つの回転中心軸１６に取り付けられていることから，１つの剛体の一部をなすものと見なされることを念頭に置かなればならない。つまり，動作サイクルの所与の瞬間において，電力に変換するために利用可能な風力は，全てのアーム３の寄与を合算することによって得られるものであるということである。
【０１１４】
また，本発明に係る方法の第４の工程は，風下の領域で行われる。コンピュータ制御システムは，風力タービン２のアーム３に制動作用を生じさせることなくそのような領域を迅速に横断するように凧１を操縦する。つまり，アーム３を回転させるためにコンピュータ制御システムが凧１を案内するだけでなく，そのような工程中にも凧１による牽引作用は（効果は少ないとしても）依然として存在する。したがって，そのような工程中のアーム３の回転は，特に他の３つの工程における風力タービン２のアーム３の回転作用によって生じ，その結果，他のアーム３に連結された凧１によって風から取り出される風力エネルギーによって生じる。
【０１１５】
本発明に係る風力システムの標準的な動作サイクル中に使用される可能性のある経路を示す図１６を特に参照し，風速方向Ｗ及び矢印Ｒで示す風力タービン２の回転の向きが一定に維持されていると想定して風力タービンの１つのアーム３に注目すると，凧１が突入する気流方向Ｗに応じて凧１が存在する各種空間領域を区切った付影四辺形ａ，ｂ，ｃ，ｅ及びｄによってそれぞれ示される本発明に係る方法を構成する４つの工程は以下のとおりである:
ａ）凧１が風の方向Ｗに対して横方向に進む工程（図１６の四辺形ａ）。したがって，風は，凧の前進方向に対して横方向に吹く。凧１が風力タービン２のアーム３から遠ざかるため，ロープの巻き取られていない部分の長さは増加する。本工程の開始時に，凧１の牽引作用は，対応するエネルギー蓄積システム９の釣り合い錘を引き上げるために使用される。これは，ロープ４の負荷そのものを利用し，ロープ４の格納システム１２の第２のウインチ１３の回転を防止することによって行う。このようにして，重力位置エネルギーを蓄積し，このエネルギーは，下記第４の風下工程においてロープの負荷の急激な減少を補償するために方位角転回(azimuth turn)が生じる際に戻される。したがって，本工程では，風の方向Ｗに対して凧１が横方向に進み，それにより，凧１が風力タービン２のアーム３に連結されたロープ４を伸張させ，その結果，牽引作用によってアーム３それ自体を回転させ，凧１を風力タービン１のアーム３から遠ざけることで各エネルギー蓄積システム９の釣り合い錘３５を引き上げるように，好ましくはコンピュータ制御システムによって凧１の飛行軌道の制御をしなければならない;
ｂ）凧１が，風向きと同じ方向Ｗに沿って進む工程（図１６の四角形ｂ）。本工程では，凧１の揚力の利用に凧１の抵抗力の利用が加わる。これにより，牽引作用を利用するために凧１の速度を風速よりも高め，ロープ４の一部を巻き戻す必要がある。そのような回収にも関わらず，本工程中でさえエネルギー収支はプラスである。したがって，本工程では，凧が風向きと同じ方向に沿って進み，それにより，凧１が，風力タービン２のアーム３に連結されたロープ４を伸張させ，その結果，その牽引作用によってアーム３自体を回転させ，各エネルギー蓄積システム９の釣り合い錘３５を引き下げることなく，第１の電気モータ３６の第１のウインチ１１によってロープ４を巻き戻すことによって凧１を風力タービン２のアーム３に接近させるように，凧の飛行軌道を制御しなければならない；
ｃ）横方向の風を利用する前記第１の工程ａ）中に生じる状況と同様に，本工程では，
凧１は，風の方向Ｗに対して横方向に進むように導かれ（図１６の四角形ｃ），凧１が風力タービン２のアーム３から遠ざかるため，ロープ４の巻き取られていない部分の長さが増加する。本工程中の繰り出しは，ロープ４の格納システムの釣り合い錘３５を下降させないようにコンピュータ制御システムによって制御される。これにより，動作サイクルの次の工程のために位置エネルギーを貯蔵することができる。したがって，本工程では，凧１が風の方向Ｗに対して横方向に進み，それにより，風力タービン２のアーム３に連結されたロープ４を伸張させ，その結果，その牽引作用によってアーム３自体を回転させ，各エネルギー蓄積システム９の釣り合い錘３５を引き下げることなく第１の電気モータ３６による第１のウインチ１１によってロープ４を繰り出すことによって凧１を風力タービン２のアーム３から遠ざけるように凧１の飛行軌道を制御しなければならない；
ｄ）凧１が風の方向に対して反対方向に沿って進む工程（図１６の四角形ｄ）。コンピュータ制御システムは，「方位角転回」と呼ばれる急激な操縦が実行されるため，いかなる制動作用も生じさせないように凧１を操縦する。方位角転回は２つの横材間の迅速な移行であり，その間に凧１は，風力タービン２がその時間で移動する外周の円孤に沿った少なくとも３倍に等しい距離だけ空中を移動する。凧１は，風力タービン２のアーム３の回転にいかなる場合も対抗せずに下降する。そのような工程中に，ロープ４の巻き取られていない長い部分を比較的短い時間で回収しなければならない。エネルギー蓄積システム９を適切な寸法にすることによって，ロープ４の負荷の減少を補償し，同時に，場合によってはロープ４の巻き取り及び繰り出しシステム１０及びロープ４の格納システム１２の第１及び第２のウインチ１１及び１３をそれぞれ作動させることによって回収に寄与するコンピュータ制御システムを介入させることなく，そのようなシステムの釣り合い錘を引き下げてそれらの回収を行うことが想定され得る。方位角転回の終了時に，凧１は，風に捕捉され，風に対して横方向に進むように配置される。したがって，本工程では，凧が風力タービン２のアーム３の回転においていかなる制動作用も生じさせずに風の方向に対して反対方向に沿って進み，凧１が風の方向Ｗに対して横方向に進むことができる出発位置に戻るように各エネルギー蓄積システム９の釣り合い錘３５を引き下げて，凧１を風力タービン２のアーム３に接近させるように凧１の飛行軌道を制御しなければならない；
ｅ）風力タービン２のアーム３を完全に回転させるために前記工程を周期的に繰り返す工程。
【０１１６】
したがって，本発明に係る方法では，横方向の風を利用する工程中に，凧１は風力タービン２のアーム３から遠ざかるが，風下及び風上を利用する工程ではロープ４を回収しなければならないため，凧１は風力タービン２のアーム３に接近する。いずれにしても，本方法に係る動作サイクル全体にわたって，凧１は上昇と下降を交互に行うように操縦されることは確実である。この選択は，風力タービン２のアーム３が凧１よりもゆっくりと回転するため，第一に，技術的必要性からなされる。第二に，上昇と下降を連続的に交互に繰り返すことは，風から取り出すことができるエネルギーの最適化の点からも非常に有利である。つまり，風を正面に受けることによって，下記に詳述するように，凧が生成することができる電力が更に増加する。
【０１１７】
ロープ４を繰り出す際に生じるエネルギーは，ロープ４を巻き戻す際に消費されるエネルギーよりも大きい。したがって，エネルギー収支はプラスである。本発明に係る方法を使用すると，コンピュータ制御システムが設けられていることにより，凧１上に取り付けられたセンサ群及び地上のセンサ群から来る情報をリアルタイムで処理することができるため，主に揚力を利用して上昇するように凧１を操縦することができる。このようにして，本方法の全てのサイクル中に各凧１が移動する経路は，最大風量を受けるように経路を移動することによる風から取り出すことができる風力エネルギーの点で最適である。したがって，本発明に係る方法では，電気の生成の連続性が得られるだけでなく，既知のシステムに対して，同じ大きさの凧によって全てのサイクルで得られるエネルギーが確実に最適化される。
【０１１８】
本発明に係る風力システム及び方法によって実証される高い効率性の証明として，１つの凧１が風から取り出すことができる電力についての見解を提示することができる。
【０１１９】
そこで，特に図１７を参照して，最初にシステムの空気力学について説明することが適当である。気流が定常空力面（翼型）に当たると，このような気流によって２つの力が生成されることが知られている。すなわち，風向き方向Ｗに平行な抗力Ｄと，このような方向Ｗに垂直な揚力Ｌである。風が層流である場合，翼型ＡＳの上を通過する気流ＡＦ１は，該気流ＡＦ１の方が長い距離を移動しなければならないため，翼型ＡＳの下を通過する気流ＡＦ２より高速である。これにより，凧の上部における圧力が低下し，その結果，揚力Ｌを生成する圧力勾配が生じる。
【０１２０】
次に図１８を参照すると，凧ＡＭは，揚力の方向ＤＴに沿って移動すると推定される。このような動きにより，空力的凧ＡＭの下面は風速に対して傾斜する。このような場合，揚力及び抗力は，凧に対する相対風速に対して，それぞれ垂直及び平行である。
【０１２１】
運動方向に平行な力をＳ１とし，このような方向に垂直な力をＳ２とすると，運動方向に平行な揚力Ｌの成分は，空力的凧ＡＭの平行移動と同じ向きを有し，抗力Ｄの平行な成分は反対の向きを有する。
【０１２２】
このような理由から，動きを気流に垂直な方向に維持するためには，凧ＡＭの運動方向ＤＴに沿った揚力Ｌの成分の抗力Ｄの成分に対する比率を高めるために，凧ＡＭを傾斜させることが望ましい。
【０１２３】
これらの見解は，風力システムのどの凧１に対しても有効である。
【０１２４】
つまり，コンピュータ制御システムは，凧１による牽引作用が大きいことを特徴とする工程では，揚力と抗力との間の比率を高く維持するように各凧１を操縦する。このようにして，凧１は，風を正面に受けることによって振動し，ロープ４の牽引によって電力を生成する。
【０１２５】
１つの凧１によって生成される電力は，凧（すなわち，凧の面積）Ａが受ける風の表面積と，凧の力率ＫＰＦとを固有風力(Specific Wind)Ｐに掛けることによって計算される。ＫＰＦは，凧の速度Ｖｋと風速Ｖｗとの間の速度比Ｖｋ／Ｖｗと，２つの係数Ｋｄ及びＫｌとに依存する性能係数である。
【０１２６】
係数Ｋｄは抗力，すなわち凧が地面を牽引する際の風の方向に沿った力及び速度による拘束を指し，係数Ｋｌは揚力，すなわち凧が地面を牽引する際の風を正面に受けるための振動による拘束を指す。揚力により，凧の速度は風速よりもはるかに大きくなる。凧の力(kite power)が大きいほど，抗力に対する揚力が大きくなる。
【０１２７】
例として，Ｖｋ／Ｖｗ＝１０，Ｋｌ＝１．２，及びＫｄ＝０．１であると想定する。この場合，ＫＰＦ＝２０が得られる。
【０１２８】
空気密度ρが一定であり，１．２２５ｋｇ／ｍ３に等しいと想定すると，固有風力は次のようになる。
固有風力＝１／２ρＶ３ｗ＝０．５×１．２２５×６３＝１３２．３Ｗ／ｍ２
【０１２９】
凧が生成できる力「ＫｉｔｅＰｏｗｅｒ」は，次の式によって表される。
ＫｉｔｅＰｏｗｅｒ＝ＫＰＦ×固有風力×Ａ
【０１３０】
例えば，６ｍ／ｓで吹く風から速度６０ｍ／ｓで押される面積が１８ｍ２である凧を使用すると，ロープの段階で生成可能な電力は４７６２８Ｗになる。したがって，このような電力は，凧が生成できる最大電力に対応することになる。
【０１３１】
いずれにしても，ＫＰＦが取る値は，凧の効率に依存する。ＫＰＦが取る値を２０より大きくすることもできる。例えば，ＫＰＦが取る値が４０に等しい場合は，面積が１８ｍ２の凧から得ることができる最大電力は９５２５６Ｗになる。
【０１３２】
本発明に係る風力システムでは，風力エネルギーを電気エネルギーに変換し，数メガワット単位の電力を供給することができる。しかしながら，前記システムの高い拡張性により，本実施形態を修正し，例えば１ギガワット等の非常に高い単位の電力の生成が可能な風力システムを得ることは容易である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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