(57)【要約】  発電に使用するための垂直軸風力システム。本システムは、発電機を含む静止基部を含み、この基部に回転可能に結合された細長いシャフトを有する。細長いシャフトは、垂直中心軸線に沿って下端から上端に垂直に延び、発電機に係合する。少なくとも２つのアーチ状のブレード組立体が、細長いシャフトの下端と上端との間に取り付けられて、少なくとも２つのアーチ状のブレード組立体に作用する空気力学的な力が、発電用の細長いシャフトを回転させるようにする。
2009539032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電に使用するための垂直軸風力システムであって、
発電機を備える静止基部であって、回転可能に支持した細長いシャフトを有し、該細長いシャフトが下端から上端に垂直に延びて中心軸線を画定しかつ前記発電機に動作可能に係合するようにされている静止基部と、
第１の端部と第２の端部とを各々が有する少なくとも２つのアーチ状のブレード組立体であって、前記第１の端部が前記細長いシャフトの下端に近接して直接取り付けられ、前記第２の端部が前記細長いシャフトの上端に近接して直接取り付けられ、発電用の前記少なくとも２つのアーチ状のブレード組立体に作用する空気力学的な力に応答して、前記細長いシャフトを回転させるように構造化される、少なくとも２つのアーチ状のブレード組立体と、
を備える風力システム。
【請求項２】
前記細長いシャフトが、中空内部を画定する管状壁部を含む、請求項１に記載の風力システム。
【請求項３】
前記中心軸線に沿って前記中空内部内に配置されかつ底部部分から頂部部分に延びる内側支柱と、前記細長いシャフトの前記管状壁部と前記内側支柱との間の相対回転のために、前記管状壁部と前記内側支柱との間に配置される少なくとも１つの軸受とをさらに備える、請求項２に記載の風力システム。
【請求項４】
２つの軸受が前記細長いシャフトの前記下端と前記上端とに隣接してそれぞれ配置される、請求項３に記載の風力システム。
【請求項５】
前記内側支柱が、前記内側支柱それ自体と前記細長いシャフトとを支持するように選択された直径および高さを有する、請求項１に記載の風力システム。
【請求項６】
直径対高さのアスペクト比が約０．０１〜０．０２である、請求項５に記載の風力システム。
【請求項７】
前記細長いシャフトが、少なくとも２つの相互接続されたシャフトセグメントから形成される、請求項１に記載の風力システム。
【請求項８】
前記発電機が、ステータに相対し配置されたロータを含む、請求項１に記載の風力システム。
【請求項９】
前記細長いシャフトの１回転が前記ロータの１回転を生じるように、前記ロータが前記細長いシャフトに直接係合している、請求項８に記載の風力システム。
【請求項１０】
前記細長いシャフトの１回転が前記ロータの１回転超を生じるように、前記ロータが前記細長いシャフトに間接的に係合している、請求項８に記載の風力システム。
【請求項１１】
前記発電機に電力が印加されるときに、前記発電機が電気モータとして動作するように構成される、請求項８に記載の風力システム。
【請求項１２】
少なくとも１つの振動センサが、前記風力システムに取り付けられかつ振動を監視するように構成され、前記センサが、前記発電機に電力を印加して前記細長いシャフトの回転速度を高めるように構成された制御システムに接続される、請求項１１に記載の風力システム。
【請求項１３】
前記静止基部内に配置されかつ前記細長いシャフトに係合する制動システムをさらに備える、請求項１に記載の風力システム。
【請求項１４】
前記制動システムが、前記細長いシャフトの前記下端に取り付けられたブレーキディスクと、前記静止基部に取り付けられたブレーキキャリバとを含み、前記ブレーキキャリパが、前記細長いシャフトの回転を遅くするための前記ブレーキディスクに摩擦係合する、請求項１３に記載の風力システム。
【請求項１５】
前記発電機に取り付けられ、かつ前記細長いシャフトの回転を遅くするために前記発電機に負荷を印加するように構成された抵抗負荷バンクをさらに備える、請求項１に記載の風力システム。
【請求項１６】
前記少なくとも２つのブレードを前記細長いシャフトに取り付けるための、前記細長いシャフトの下端と上端とに隣接して配置されるブレード取付け組立体をさらに備える、請求項１に記載の風力システム。
【請求項１７】
前記ブレード取付け組立体は、前記細長いシャフトの周りに等しく隔てて配置され、前記中心軸線の部分に沿って軸方向に延び、また前記細長いシャフトから半径方向に突出する前記ブレード取付けブラケットを少なくとも２つ含み、前記取付けブラケットに係合する相補的なブレードフランジを含む、アーチ状のブレード組立体を少なくとも２つ含む、請求項１６に記載の風力システム。
【請求項１８】
前記ブレード取付けブラケットが、前記細長いシャフトから延びる取付けプレートと、前記取付けプレートに対し直角に取り付けられた取付けリップ部とを含む、請求項１７に記載の風力システム。
【請求項１９】
前記ブレードフランジが、内側面を形成するためにそれ自体の上に曲げ戻されるフォーク状端部部材を含み、前記フォーク状端部部材が、前記取付けリップ部が前記内側面によって部分的に囲まれるように前記取付けリップ部に係合する、請求項１９に記載の風力システム。
【請求項２０】
前記フォーク状端部部材に隣接する前記取付けプレートに設けられる開口と、前記端部部材を前記取付けブラケットに固定するために前記開口に設けられるクランププレートとをさらに備える、請求項２０に記載の風力システム。
【請求項２１】
前記内側面の部分と前記取付けリップ部との間に設けられるガセットをさらに備える、請求項２０に記載の風力システム。
【請求項２２】
前記取付けプレートが前記細長いシャフトの接線に対し直角に延び、前記取付けリップ部が前記取付けプレートに対し直角に突出する、請求項１９に記載の風力システム。
【請求項２３】
前記少なくとも２つのアーチ状のブレード組立体が、翼弦長によって隔てられた前縁および後縁を有し、前記アーチ状のブレード組立体が、前記細長いシャフトの下端と上端との間の曲線路を画定する、請求項１に記載の風力システム。
【請求項２４】
空気力学的な力を発生するために構成された前記翼弦長に沿って翼形形状を画定するスキンをさらに備える、請求項２４に記載の風力システム。
【請求項２５】
前記曲線路に沿って前記スキン内で延びる少なくとも１つのスパーと、前記スパーに沿って配列され、かつ前記リブに取り付けられる前記翼形形状および前記スキンに対応する複数のリブとをさらに備える、請求項２５に記載の風力システム。
【請求項２６】
アーチ状のブレード組立体が、１対の平行スパー、１対の管状スパー、「Ｈ字形の」スパー、「Ｕ字形の」スパー、「Ｔ字形の」スパー、およびそれらの組み合わせの内の少なくとも１つを含む、請求項２６に記載の風力システム。
【請求項２７】
前記アーチ状のブレード組立体の各々が、少なくとも２つの相互接続されたブレードセクションから形成される、請求項１に記載の風力システム。
【請求項２８】
前記アーチ状のブレード組立体の各々が、２つの直線セクションの間に相互接続された湾曲セクションを含む、請求項２８に記載の風力システム。
【請求項２９】
安全ケーブルが、前記アーチ状のブレード組立体の各々と前記細長いシャフトとの間に取り付けられる、請求項１に記載の風力システム。
【請求項３０】
発電方法であって、
垂直軸風力システムの前記共振周波数を決定するステップであって、前記風力システムが、静止基部と、該静止基部に回転可能に結合された細長いシャフトとを含み、前記細長いシャフトが、垂直中心軸線に沿って前記下端から前記上端に延び、前記細長いシャフトの下端と上端との間に取り付けられる少なくとも２つのアーチ状のブレード組立体を有して、前記少なくとも２つのアーチ状のブレード組立体に作用する空気力学的な力が前記細長いシャフトを回転させて、前記細長いシャフトに係合している発電機から電力を発生するようにするステップと、
前記風力システムを風にさらして、前記細長いシャフトを回転させ、前記発電機のロータを回転させることによって電力を発生するステップと、
前記細長いシャフトの回転を加速または減速させて、前記垂直軸風力システムの前記共振周波数で費やされる時間を最小にするステップと、
を含む方法。
【請求項３１】
前記細長いシャフトの回転が、前記発電機に電力を印加することによって加速され、抵抗負荷を印加することによって減速される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記決定するステップが、前記システムの前記共振周波数を経験的に測定することを含む、請求項３０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、それらの内容全体が参考として本出願に組み込まれている「改良された垂直軸風力タービン」という表題の２００６年５月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／８０３，４２０号明細書の利益を主張する。
【０００２】
本発明は風電力システムに関するものである。より具体的には、本発明は、垂直な向きの風力システムに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
垂直軸風力システムは、水平軸風力システムと較べていくつかの利点を提供する。例えば、垂直軸システムは、水平軸風力システムに必要とされる構造を再配向することなく、任意の方向からの風を動力化することができる。しかし、既存の垂直軸風力システムは、例えば、空気力学的効率、振動および適所にブレード組立体を固定することに関し問題を有する可能性がある。化石燃料および原子力源から得られる電力を補完するかまたは代替するために、風電力に対する高まる関心と共に、垂直軸風力システムについて対応する関心がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／８０３，４２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のことに鑑みて、改良された垂直軸風力システムに対する必要性が存在することが明白である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の必要性を満たすこと、ならびに関連技術の列挙された不都合および他の制限を克服することにおいて、本発明は、発電に使用するための垂直軸風力システムを提供する。垂直軸風力システムは、発電機を有する静止基部と、この基部によって回転可能に支持された細長いシャフトとを含む。細長いシャフトは下端から上端に垂直に延びて、中心軸線を画定する。細長いシャフトは、発電機に動作可能に係合する。２つ以上のアーチ状のブレード組立体は、第１の端部と第２の端部とを有し、第１の端部は、細長いシャフトの下端に近接して直接取り付けられ、第２の端部は、細長いシャフトの上端に近接して直接取り付けられる。アーチ状のブレード組立体は、発電用の空気力学的な力に応答して細長いシャフトを回転させるように構造化される。
【０００７】
一形態において、細長いシャフトは、中空内部を画定する管状壁部を含む。内側支柱は、底部部分から頂部部分を含む。細長いシャフトの管状壁部と、相対回転用の内側支柱との間には軸受が配置される。
【０００８】
他の形態において、内側支柱は、内側支柱それ自体と細長いシャフトとを支持するように選択された直径および高さを有する。一実施例において、このことは、内側シャフトの約０．０１〜０．０２の直径対高さのアスペクト比によって達成される。
【０００９】
なお他の形態において、発電機は、ロータとステータとを含む。一例では、細長いシャフトの１回転がロータの１回転を生じるように、ロータは細長いシャフトに直接係合してもよい。他の例では、細長いシャフトの１回転がロータの１回転超を生じるように、ロータは細長いシャフトに間接的に係合してもよい。
【００１０】
さらに他の形態において、電力が発電機に印加されるときに、発電機は電気モータとして動作するように構成されることが可能である。振動センサを風力システムに取り付けて、振動を監視するように構成することが可能である。このセンサは、電力を発電機に印加して細長いシャフトの回転速度を高め、システムの共振周波数を回避するように構成された制御システムに接続される。
【００１１】
一例では、細長いシャフトの回転を遅くするために、静止基部と細長いシャフトとの間に制動システムを配置してもよい。
【００１２】
他の例では、ブレード取付け組立体は、ブレード組立体を細長いシャフトに近接して取り付けるための細長いシャフトの下端と上端とに隣接して配置してもよい。ブレード取付け組立体は、細長いシャフトの周りに等しく隔てて配置された少なくとも２つのブレード取付けブラケットを含む。ブラケットは、中心軸線の部分に沿って軸方向に延在し、細長いシャフトから短い距離に半径方向に突出する。アーチ状のブレード組立体は、取付けブラケットに係合する相補的なブレードフランジを含む。ブレードフランジは、例えば、それ自体の上に曲げ戻されるフォーク状端部部材を有してもよい。
【００１３】
一形態において、ブレード組立体は、細長いシャフトの下端と上端との間の曲線路を画定する。スキンは、空気力学的な力を発生するために構成された翼弦長に沿った翼形形状を画定する。
【００１４】
他の形態において、少なくとも１つのスパーは、曲線路に沿ってスキン内で延びることが可能であり、複数のリブが、スパーに沿って配列され、翼形形状に対応する。スパーは、１対の平行スパー、１対の管状スパー、「Ｈ字形の」スパー、「Ｕ字形の」スパー、および「Ｔ字形の」スパーであり得る。
【００１５】
なお他の形態において、アーチ状のブレード組立体の各々は、２つの直線セクションの間に相互接続された湾曲セクションから形成される。選択的に、アーチ状のブレード組立体の各々と細長いシャフトとの間に、安全ケーブルを取り付けてもよい。
【００１６】
本発明はまた、垂直軸風力システムを操作して、風力システムの共振周波数を回避する方法を含む。本方法は、垂直軸風力システムの共振周波数を測定するステップと、細長いシャフトの回転を加速または減速させて、垂直軸風力システムの共振周波数を回避するステップとを含む。細長いシャフトの加速は、発電機に電力を印加することによって達成することが可能である。
【００１７】
本発明の別の目的、特徴および利点は、本明細書に添付されかつその一部を形成する図面および特許請求の範囲を参照して、次の詳細な説明を検討した後に当業者に容易に明らかとなるであろう。
【００１８】
本発明は、典型的でありまた限定しないことが意図される添付図面に例示され、添付図面では、同様の参照番号は、同様または対応する部分を指すように意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による垂直軸風力システムの側面図である。
【図２】図１の中心支柱組立体の断面図である。
【図３】図２の発電システムの詳細図である。
【図４】図２の上方ブレード取付け組立体の詳細図である。
【図５】図４のブレード取付け組立体の斜視図である。
【図６】図４のブレード組立体の一方の端部の斜視図である。
【図７】図１のブレード組立体の一部分の斜視図である。
【図８Ａ】図７のブレード組立体の一部分の部分斜視図である。
【図８Ｂ】図７のブレード組立体の一部分の部分斜視図である。
【図８Ｃ】図７のブレード組立体の一部分の部分斜視図である。
【図８Ｄ】図７のブレード組立体の一部分の部分斜視図である。
【図８Ｅ】図７のブレード組立体の一部分の部分斜視図である。
【図９】図１のブレード組立体の側面図である。
【図９Ａ】図９のブレード組立体の２つのセクションの間の継手の詳細図である。
【図１０】垂直軸風力システムの他の実施形態の側面図である。
【図１１】垂直軸風力システムのさらに他の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
次に図１を参照すると、本発明の垂直軸風力システムがこの図に５０で示されている。このシステムの一次構成要素として、垂直軸風力システム（以下「風力システム」と称される）は、中心支柱組立体１００と、静止基部２００と、ブレード取付け組立体３００、アーチ状のブレード組立体４００とを含む。風力システム５０は、中心支柱組立体１００の部分の周りに延在して、支持する土台５００によって支持される。風力システム５０は、地表面、水域（ｂｏｄｙ  ｏｆ  ｗａｔｅｒ）の上方で、建物の屋根の頂部に配置することが可能である。
【００２１】
図２に最善に示されているように、中心支柱組立体１００は、中心軸線１０１に沿って垂直に延びる。「垂直に」および「垂直の」という用語は、本明細書に使用されているように、完全に垂直から１０度までの偏差を含む。中心支柱組立体１００は、細長いシャフト１０４内に同軸に配列された内側支柱１０２を含む。細長いシャフト１０４は、静止基部２００に回転可能に結合され、基部２００内の発電機２０２と係合している。細長いシャフト１０４は、垂直中心軸線１０１に沿って下端１０４ａから上端１０４ｂに垂直に延び、内側支柱１０２は底部部分１０２ａから頂部部分１０２ｂに延びる。細長いシャフト１０４は、内側支柱１０２が配置される中空内部１０３を形成する管状壁部を有する。
【００２２】
一実施形態において、細長いシャフト１０４は、シャフト１０６の長さに沿って適切な間隔で配置された１つ以上の軸受１０６（例えば図２と図３に示したような回転軸受またはターンテーブル軸受）によって内側支柱１０２から隔てられて、内側支柱１０２の周りの細長いシャフト１０４の回転を容易にし、かつそれらの間の所望の間隙を維持する。図２の実施例では、１つの軸受１０６は、細長いシャフト１０４の下端１０４ａに隣接して配置され、他の軸受は上端１０４ｂに隣接して配置される。
【００２３】
内側支柱１０２および細長いシャフト１０４の各々は、例えば、セクションを共に固定するために適合された端部フランジ１１２を有する複数のセクション１１０から形成される。セクション１１０は、例えば、ナットおよびボルト締結体または溶接、半田付け、接着剤またはバンドクランプを含む他の適切な締結手段を使用して、共に固定することが可能である。内側支柱１０２および細長いシャフト１０４用のこの構造により、輸送および組立が容易になり、特定の適用の必要性に応じて風力システム５０を様々な高さで構築することもできる。
【００２４】
一実施例において、内側支柱１０２は、長さ１８フィート（５４８．６４ｃｍ）および外径３０インチ（７６．２ｃｍ）のセクションから組み立てることが可能である。細長いシャフト１０４は、長さ１８フィート（５４８．６４ｃｍ）であるが外径４２インチ（１０６．６８ｃｍ）のセクションから組み立てることが可能である。細長いシャフト１０４および内側支柱１０２は、例えば、１インチ（２．５４ｃｍ）の壁厚を有してもよく、これにより、内側支柱１０２の両側で支柱１０２とシャフト１０４との間の約５インチ（１２．７ｃｍ）の間隙が得られる。セクションの１つ以上は、中心支柱組立体１００の最終的な高さに合わせるために、必要に応じてそれらの長さを調整してもよい。図２を参照すると、内側支柱１０２および細長いシャフト１０４のフランジは、互いに千鳥配列で隔てられて組立を単純化し、細長いシャフト１０４の内壁にクリアランスを設けることが可能である。
【００２５】
いくつかの非限定的な実施例において、内側支柱１０２および細長いシャフト１０４の各々は、動作している風力システム５０を支持する程度に十分な構造的完全性を有する商業的に入手可能な鋼管またはアルミニウム管から形成することが可能である。内側支柱１０２および細長いシャフト１０４の一方または両方、またはそれらの部分は、代わりに、風力システム５０を操作するために適切な他の材料から形成してもよい。例えば、細長いシャフト１０４は、アーチ状のブレード組立体４００を支持する程度に十分な構造的強度の軽量の材料から形成してもよい。内側支柱１０２は、構造全体を構造的に支持するように構成されるので、より頑丈な材料から形成される。内側支柱１０２は、中実であるかまたは中空管から構成してもよい。中空管が使用される場合、このような管は、選択的に、組立の前にまたはそれに続き、コンクリート、ハニカム材料、構造フォームまたは他の適切な補強材で充填することが可能である。
【００２６】
一実施形態において、支線の補助なしに中心支柱組立体１００を支持することが望ましい。このことを達成するために、内側支柱１０２の高さに対する内側支柱１０２の直径のアスペクト比は、好ましくは約０．００５〜０．０３、より好ましくは０．０１〜０．０２の範囲にある。例えば、中心支柱組立体１００が１５０フィート（４，５７２ｃｍ）の高さを有する場合、内側支柱１０２は、１５０フィート（４，５７２ｃｍ）の高さおよび２．５フィート（７６．２ｃｍ）の直径を有することが可能である。この場合、０．０１７のアスペクト比が得られる。細長いシャフト１０４が８０フィート（２，４３８．４ｃｍ）の高さを有する場合、土台５００は、内側支柱１０２の残部を囲んで支持するために（図１０と図１１参照）、約７０フィート（２，１３３．６ｃｍ）の高さ（静止基部２００の高さを引いて）を必要とする。
【００２７】
図３を参照すると、静止基部２００の発電機２０２は、発電機ステータ２０６に対し配置され、かつ間隙２０８によって隔てられた発電機ロータ２０４を含む。ステータ２０６の周りに配置されたロータ２０４が示されているが、他の実施形態では、本発明の範囲を越えることなくロータをステータ内に配置してもよいことを理解すべきである。発電機２０２は、ロータ２０４とステータ２０６との間の相対回転の際に電力を発生するように構成される。逆に、発電機２０２はまた、モータとして働くように構成してもよい。この場合、発電機２０２への電力の印加により、ロータ２０４とステータ２０６との間の相対回転が引き起こされる。
【００２８】
細長いシャフト１０４は、図３に示したような発電機ロータ２０４に直接係合している。本実施例では、ゴム結合のようなフレキシブルコネクタ２１２を選択的にロータ２０４と細長いシャフト１０４のフランジとの間に配置して、２つの要素の間の振動の伝達を減衰することが可能である。他の実施形態では、細長いシャフト１０４が発電機ロータ２０４（図示せず）に間接的に係合してもよいことを理解すべきである。この実施形態では、例えば、トルクコンバータ組立体、プラネタリまたは他のギアセット、プーリシステム、あるいは機械式クラッチ組立体により、間接的な係合を提供してもよい。細長いシャフト１０４に係合するように構成された基部２００内に、任意の制動システム２２０を配置してもよい。この実施例では、制動システム２２０は、細長いシャフト１０４の回転を遅くするように構成されたブレーキディスク２２２およびブレーキキャリパ２２４を含んでもよい。ハウジング２３０は、発電機２０２および制動システム２２０を囲む。
【００２９】
いくつかの実施形態において、振動センサ２２６は、例えば、風力システム５０の内側支柱１０２に取り付けることが可能である。振動は細長いシャフト１０４および発電機ロータ２０４の異なる回転速度と共に変化するので、１つ以上の振動センサ２２６を使用して、風力システム５０の振動の周波数および振幅を監視してもよい。風力システム５０の各々の実施形態は、相当の大きさを有する振動をもたらす異なる共振周波数を有する。細長いシャフト１０４が共振周波数に対応する周波数で回転する場合、結果として生じる振動は、風力システム５０を損傷する可能性がある。したがって、それらの周波数による風力システム５０の運転を回避することが望ましい。このように、いくつかの実施形態は、振動センサ２２６、制動システム２２０および発電機２０２と接続され、かつそれぞれ、電力を発電機に印加するかまたは制動システム２２０に係合することによって、細長いシャフト１０４の回転速度を増加または減少させるように構成された制御システム２２８を含むことが可能である。選択的に、発電機２０２は、抵抗負荷バンク２３０に接続してもよい。抵抗負荷バンク２３０は、例えば、細長いシャフト１０４の回転速度を減少させるために、異なる負荷量を発電機２０２に印加するように構成することが可能である。本実施形態では、制御システム２２８はまた、抵抗負荷バンク２３０に接続することが可能であり、負荷を発電機２０２に印加して細長いシャフト１０４を減速させ、制動システム２２０の寿命を長くするように構成することが可能である。
【００３０】
図１の実施例に戻って参照すると、３つのアーチ状のブレード組立体４００の内の２つが見える。特定の用途に必要な電力に応じて、２つ以上のアーチ状のブレード組立体４００が設けられ、細長いシャフト１０４の周りに等しく隔てて配置される。図１１に最善に示されたブレード組立体４００の直径４０１はまた、様々な電力の必要性に合わせるために変更してもよい。アーチ状のブレード組立体４００の各々は、第１の端部４０４ａと第２の端部４０４ｂとを有し、第１の端部４０４ａは、細長いシャフト１０４の下端１０４ａに近接して直接取り付けられ、第２の端部４０４ｂは、細長いシャフト１０４の上端１０４ｂに近接して直接取り付けられる。アーチ状のブレード組立体４００は、細長いシャフト１０４の下端および上端１０４ａ、１０４ｂの間の曲線路を画定するように成形され、空気力学的な力に応答して発電用の細長いシャフトを回転させるように構造化される。
【００３１】
ブレード組立体の端部を細長いシャフト１０４に近接して取り付けるためのブレード取付け組立体３００が、図４〜図６に示されている。ブレード取付け組立体３００は、細長いシャフト１０４の上端および下端に取り付けるために適合されたフランジ付き端部３０４を有する中空円筒状部分３０２を有する。１つのブレード取付け組立体３００は、細長いシャフト１０４の下端１０４ａおよび上端１０４ｂの両方に隣接して配置される。少なくとも２つのブレード取付けブラケット３０６は、ブレード組立体４００に必要な円周方向間隔に対応する円周方向間隔をもって、円筒状部分３０２の外壁３０８から半径方向外側に短い距離延びる。特定の適用の構造的な必要性に応じて、短い距離は、例えば、約４〜１２インチ（１０．１６〜３０．４８ｃｍ）の範囲にあることが可能である。図５の実施例は、３つまたは４つのブレード組立体を収容するように構成される。この実施例の各々のブレード取付けブラケット３０６は、取付けプレート３０９と、取付けプレート３０９に対し直角の取付けリップ部３１０とを含む。取付けプレート３０９は細長いシャフト１０４に対し直角に延び、取付けリップ部３１０は取付けプレート３０９に対し直角に突出する。任意の開口３１２を設けてもよい。アーチ状のブレード組立体４００の各々の端部は、取付けブラケット３０６に係合するように構成された相補的な端部部材を含む。
【００３２】
図６の実施例では、相補的な端部部材は、取付けリップ部３１０の部分を引っかけて囲む内側面４０３を形成するために、それ自体の上に曲げ戻されるフォーク状端部部材４０２の形態である。フォーク状端部部材４０２は、ボルト、リベット、溶接、およびそれらの組み合わせの少なくとも１つを使用して、取付けリップ部３１０に取り付けられる。フォーク状端部部材４０２と接触する開口３１２を通して、任意のクランププレートを設け、リップ部３１０へのフォーク状端部部材の取付けを補強することが可能である。さらに、他の実施例は、１つの側面に沿って取付けリップ部３１０と、他の側面に沿って内面４０３の部分とに係合するガセットプレート４０６を含むことが可能である。
【００３３】
図７〜図９Ａを参照すると、ブレード組立体４００は一次構造４２２およびスキン４３０を含む。一次構造４２２は、翼弦長４２０によって離間された前縁４３２および後縁４３４を有する。ブレード組立体４００の長さに沿って延びる１つ以上のスパー４２６は、翼弦長４２０に沿って延びる複数のリブ４２８を支持する。スパー４２６およびリブ４２８は、ブレード組立体の大きさおよび意図する目的のために十分な構造的強度を有する軽量の材料から形成されることが好ましい。この材料は、鋼、アルミニウム、複合材または材料の組み合わせであることができる。スパー４２６は、翼形または風力システム発電に適切な他の空気力学的な形状で形成されることが好ましい。スパー４２６は、様々な実施形態の１つに設けられる。図８Ａは、１対の平行に延びるスパー４２６を示し、図８Ｂは、Ｈ字形のスパー４２６を示し、図８Ｃは、直線断面を有する１対の管状スパー４２６を示し、図８Ｄは、Ｕ字形のスパー４２６を示し、また図８Ｅは、Ｔ字形のスパー４２６を示している。
【００３４】
選択的に、アーチ状のブレード組立体４００と細長いシャフト１０４との間に、安全ケーブルを取り付けてもよい。図６と図７に最善に示された一実施例では、安全ケーブル４２５は、両端から突出して、細長いシャフト１０４（図示せず）に取り付けられる前に、ブレード組立体４００の各々の全長内にまたそれに沿って延びる。図７に示したように、ケーブルは、スキン４３０内のスパー４２６の１つに隣接して延びる。安全ケーブル４２５は、ブレード取付け組立体３００または相補的な端部部材の任意の部分の故障の場合、ブレード組立体４００の各々の追加保持を提供する。
【００３５】
スキン４３０は、発電に適切な空気力学的なブレード表面を画定するためにリブの上方に配置される。スキンは、転造、打ち抜き、押出成形、モールド、巻回、油圧形成、またはネットシェイプ製造工程（ｎｅｔ  ｓｈａｐｅｄ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）を用いて、鋼、アルミニウム、木、プラスチック、複合繊維を含む任意の適切な材料から形成することが可能である。スキン４３０は、塗装、コーティングするか、または抗力を低減し、かつ着氷を防止するプラスチックまたはポリウレタンのような任意の材料から形成することが可能である。スキン４３０は、機械式締結具、リング溶接、レーザ溶接、スポット溶接、ステッチ溶接、リベット、接着剤または他の任意の適切な締結手段を使用して、リブに取り付けることが可能である。
【００３６】
各々のブレード組立体４００は、多数の相互接続されたセクションから形成することが可能である。図９の非限定的な実施例に示したように、各々のブレード組立体４００は、３つのセクションから形成される。この実施例では、湾曲セクション４０３は、２つの真っ直ぐなセクション４０１の間に相互接続される。真っ直ぐなセクション４０１の各々の一方の端部は、例えば、上述のフォーク状端部部材４０２を含んでもよい。図９Ａは、真っ直ぐなセクション４０１と湾曲セクション４０３とを相互接続するための継手の一実施例を示している。
【００３７】
上述のように、支線の補助なしに内側支柱１０２によって中心支柱組立体１００を支持することが望ましい。したがって、様々な土台５００は、内側支柱１０２を支持することが可能である。土台５００の一実施例は、図１０に示したトラス構造５０２または図１１に示したコンクリート構造５０４を含む。図１０では、内側支柱１０２は、土台５００に取り付けられる基部プレート５０６を通して固定することが可能である。内側支柱１０２は、土台５００を通して延びて、底面５０３に係合することが好ましい。
【００３８】
本発明はまた、上述のような共振周波数による損傷を回避するように、風力システムを運転する方法を含む。本方法は、風力システムの共振周波数を測定するステップと、風力システムを風にさらして細長いシャフトの回転を引き起こし、電力を発生するステップとを含む。共振周波数を回避するために、共振周波数を生じる速度を迅速に通過するように、細長いシャフトの回転が加速されるかまたは減速され、これによって、それらの周波数で費やされる時間を最小にする。好ましくは、しかし必要ではないが、細長いシャフトの回転は、電力を発電機に印加することによって加速し、また電気抵抗負荷を発電機に印加するおよび／または機械式制動システムに係合することによって減速してもよい。コントローラを発電機、抵抗負荷バンクおよび制動システムの間に結合し、必要に応じて加速または減速するように構成してもよい。
【００３９】
当業者が容易に認識するように、上記の説明は、本発明の原理の実施の説明として意図される。この説明は、次の特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神から逸脱することなく、本発明の修正、変形および変更が可能であるという点で、本発明の範囲または用途を制限するようには意図されない。
【図１】
2009539032.tif 000003
【図２】
2009539032.tif 000004
【図３】
2009539032.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009539032.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
2009539032.tif 000010
【図８Ｂ】
2009539032.tif 000011
【図８Ｃ】
2009539032.tif 000012
【図８Ｄ】
2009539032.tif 000013
【図８Ｅ】
2009539032.tif 000014
【図９】
2009539032.tif 000015
【図９Ａ】
2009539032.tif 000016
【図１０】
2009539032.tif 000017
【図１１】
2009539032.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成21年3月13日(2009.3.13)
【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】請求項１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１４】
前記制動システムが、前記細長いシャフトの前記下端に取り付けられたブレーキディスクと、前記静止基部に取り付けられたブレーキキャリパとを含み、前記ブレーキキャリパが、前記細長いシャフトの回転を遅くするための前記ブレーキディスクに摩擦係合する、請求項１３に記載の風力システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１９】
前記ブレードフランジが、内側面を形成するためにそれ自体の上に曲げ戻されるフォーク状端部部材を含み、前記フォーク状端部部材が、前記取付けリップ部が前記内側面によって部分的に囲まれるように前記取付けリップ部に係合する、請求項１８に記載の風力システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２０】
前記フォーク状端部部材に隣接する前記取付けプレートに設けられる開口と、前記端部部材を前記取付けブラケットに固定するために前記開口に設けられるクランププレートとをさらに備える、請求項１９に記載の風力システム。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２４】
空気力学的な力を発生するために構成された前記翼弦長に沿って翼形形状を画定するスキンをさらに備える、請求項２３に記載の風力システム。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２５】
前記曲線路に沿って前記スキン内で延びる少なくとも１つのスパーと、前記スパーに沿って配列され、かつ前記リブに取り付けられる前記翼形形状および前記スキンに対応する複数のリブとをさらに備える、請求項２４に記載の風力システム。
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２６】
アーチ状のブレード組立体が、１対の平行スパー、１対の管状スパー、「Ｈ字形の」スパー、「Ｕ字形の」スパー、「Ｔ字形の」スパー、およびそれらの組み合わせの内の少なくとも１つを含む、請求項２５に記載の風力システム。
【手続補正７】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２７】
前記アーチ状のブレード組立体の各々が、少なくとも２つの相互接続されたブレードセクションから形成される、請求項２３に記載の風力システム。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２８】
前記アーチ状のブレード組立体の各々が、２つの直線セクションの間に相互接続された湾曲セクションを含む、請求項２７に記載の風力システム。
【国際調査報告】
2009539032.tif 000019