(57)【要約】風力タービン（２）が複数枚のＳ字状ブレード（６）を有し、各ブレード（６）は、水平に延びるシャフト（４）に対して平行な方向に取り付けられた後縁（５６）を有している。各ブレード（６）は、シャフト（４）から半径方向外向きに延びている。発電システムが、配列された複数基のタービン（２）により構成されており、それらタービン（２）は、タワー（８６）の頭部に配置されたプラットフォーム（８４）に取り付けられている。シャフト（４）は発電機（７８）に直結してもよい。【選択図】図１
2007536454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力駆動型タービンであって、
水平に延びる少なくとも１本のシャフトと、
複数枚のＳ字状ブレードであって前記少なくとも１本のシャフトのまわりに取り付けられたものと
を含み、
各Ｓ字状ブレードは、後縁を有しており、
各Ｓ字状ブレードの前記後縁は、前記少なくとも１本のシャフトの中心軸線に対して平行に延びており、
各Ｓ字状ブレードは、前記少なくとも１本のシャフトから半径方向外向きに延びている風力駆動型タービン。
【請求項２】
請求項１に記載の風力駆動型タービンであって、さらに、
各Ｓ字状ブレードの第１横側端部に取り付けられた第１リム、および各Ｓ字状ブレードの第２横側端部に取り付けられた第２リムと、
各Ｓ字状ブレードの前記第１横側端部に取り付けられた第１ハブ、および各Ｓ字状ブレードの前記第２横側端部に取り付けられた第２ハブと
を含み、
前記第１ハブおよび前記第２ハブのそれぞれは、ベアリング穴を有しており、
前記第１ハブおよび前記第２ハブはそれぞれ、前記第１リムおよび前記第２リム内に同軸に配置されており、
当該風力駆動型タービンは、さらに、第１スポーク・セットおよび第２スポーク・セットを含み、
前記第１スポーク・セットは、前記第１ハブと前記第１リムとの間において延びており、
前記第２スポーク・セットは、前記第２ハブと前記第２リムとの間において延びており、
前記少なくとも１本のシャフトは、前記第１ハブおよび前記第２ハブのそれぞれの前記ベアリング穴内に着座している風力駆動型タービン。
【請求項３】
請求項２に記載の風力駆動型タービンであって、前記少なくとも１本のシャフトは、前記第１ハブと前記第２ハブとのうちの少なくとも一方に取り付けられている風力駆動型タービン。
【請求項４】
請求項２に記載の風力駆動型タービンであって、前記少なくとも１本のシャフトは、前記第１ハブと前記第２ハブとのうちの少なくとも一方に着脱可能に取り付けられている風力駆動型タービン。
【請求項５】
請求項２に記載の風力駆動型タービンであって、前記第１ハブおよび前記第２ハブのそれぞれは、小形ハブ・ハウジングと大形ハブ・ハウジングとを有する２分割構造である風力駆動型タービン。
【請求項６】
請求項２に記載の風力駆動型タービンであって、前記第１リムおよび前記第２リムのそれぞれは、第１リム半割部と第２リム半割部とを有する２分割構造である風力駆動型タービン。
【請求項７】
請求項２に記載の風力駆動型タービンであって、
前記第１ハブおよび前記第２ハブのそれぞれは、小形ハブ・ハウジングと大形ハブ・ハウジングとを有する２分割構造であり、
前記第１リムおよび前記第２リムのそれぞれは、第１リム半割部と第２リム半割部とを有する２分割構造であり、
前記第１スポーク・セットのうち半数のスポークは、前記第１リムの前記第１リム半割部に取り付けられており、
前記第１スポーク・セットのうち半数のスポークは、前記第１ハブの前記第２リム半割部に取り付けられており、
前記第１スポーク・セットのうち半数より多い数のスポークは、前記第１ハブの前記大形ハブ・ハウジングに取り付けられており、
前記第１スポーク・セットのうち半数より少ない数のスポークは、前記第１ハブの前記小形ハブ・ハウジングに取り付けられており、
前記第２スポーク・セットのうち半数のスポークは、前記第２リムの前記第１リム半割部に取り付けられており、
前記第２スポーク・セットのうち半数のスポークは、前記第２ハブの前記第２リム半割部に取り付けられており、
前記第２スポーク・セットのうち半数より多い数のスポークは、前記第２ハブの前記大形ハブ・ハウジングに取り付けられており、
前記第２スポーク・セットのうち半数より少ない数のスポークは、前記第２ハブの前記小形ハブ・ハウジングに取り付けられている風力駆動型タービン。
【請求項８】
請求項２に記載の風力駆動型タービンであって、
前記少なくとも１本のシャフトは、第１シャフトと第２シャフトとを有しており、
前記第１シャフトは、前記第１ハブの前記ベアリング穴内に着座しており、
前記第２シャフトは、前記第２ハブの前記ベアリング穴内に着座している風力駆動型タービン。
【請求項９】
請求項１に記載の風力駆動型タービンであって、
各Ｓ字状ブレードは、さらに、
前縁と、
その前縁に隣接した前側曲部と、
その前側曲部と前記後縁との間に位置させられた後側曲部と
を含み、
各Ｓ字状ブレードの第１側において、前記前側曲部は凸状を成し、前記後側曲部は凹状を成している風力駆動型タービン。
【請求項１０】
風力駆動型タービンであって、
各々、地面に対して水平に配置された第１シャフトおよび第２シャフトと、
第１ハブおよび第２ハブと
を含み、
前記第１ハブおよび前記第２ハブのそれぞれは、軸方向ベアリング穴を有しており、
前記第１シャフトは、前記第１ハブの前記軸方向ベアリング穴を通過しており、
前記第１シャフトは、前記第１ハブに着脱可能に取り付けられており、
前記第２シャフトは、前記第２ハブの前記軸方向ベアリング穴を通過しており、
前記第２シャフトは、前記第２ハブに着脱可能に取り付けられており、
当該風力駆動型タービンは、さらに、
前記第１ハブおよび前記第２ハブに対してそれぞれ同軸に配置された第１リムおよび第２リムと、
第１スポーク・セットおよび第２スポーク・セットと
を含み、
前記第１スポーク・セットの各スポークは、前記第１ハブおよび前記第１リムと連結されるとともに、それら第１ハブと第１リムとの間において半径方向に延びており、
前記第１スポーク・セットの各スポークは、前記第１スポーク・セットの、隣接する各スポークから等角度間隔で離れており、
前記第２スポーク・セットの各スポークは、前記第２ハブおよび前記第２リムと連結されるとともに、それら第２ハブと第２リムとの間において半径方向に延びており、
前記第２スポーク・セットの各スポークは、前記第２スポーク・セットの、隣接する各スポークから等角度間隔で離れており、
当該風力駆動型タービンは、さらに、
複数枚のＳ字状ブレードを前記第１および第２スポーク・セットの一方と同数含み、
各ブレードは、
前縁と、
その前縁に隣接した前側曲部と、
後縁と、
前記前縁と前記後縁との間に配置された後側曲部と
を有しており、
各ブレードの前記前縁の各横側端部は、前記第１リムと前記第２リムとにそれぞれ連結されており、
各ブレードの前記後縁の各横側端部は、前記第１ハブと前記第２ハブとにそれぞれ連結されている風力駆動型タービン。
【請求項１１】
請求項１０に記載の風力駆動型タービンであって、
各ブレードの各横側端部は、前記第１スポーク・セットのうち、対応する１本のスポークと、前記第２スポーク・セットのうち、対応する１本のスポークとに対して概して半径方向に並ぶように配置されている風力駆動型タービン。
【請求項１２】
請求項１１に記載の風力駆動型タービンであって、
各ブレードの前記前側曲部は、前記第１スポーク・セットのうち、対応する１本のスポークと、前記第２スポーク・セットのうち、対応する１本のスポークとに取り付けられている風力駆動型タービン。
【請求項１３】
請求項１０に記載の風力駆動型タービンであって、さらに、
当該風力駆動型タービンを鳥類および風塵から防護するための第１防護スクリーンおよび第２防護スクリーンを含み、
それら第１防護スクリーンおよび第２防護スクリーンはそれぞれ、前記第１リムおよび前記第２リムのうち対応するものによって画定される領域に、その領域に広がるように取り付けられている風力駆動型タービン。
【請求項１４】
風力駆動型発電システムであって、
配列された複数基の風力駆動型タービンであってタワーの頭部に配置された第１プラットフォームに取り付けられるものを含み、
各風力駆動型タービンは、
水平に延びるシャフトと、
そのシャフトのまわりに取り付けられた複数枚のＳ字状ブレードと
を含み、
各Ｓ字状ブレードは、後縁を有しており、
各Ｓ字状ブレードの前記後縁は、前記シャフトの中心軸線に対して平行に延びており、
各Ｓ字状ブレードは、前記シャフトから半径方向外向きに延びており、
当該発電システムは、さらに、
各風力駆動型タービンの前記シャフトに連結された少なくとも１台の発電機を含む風力駆動型発電システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載の風力駆動型発電システムであって、前記配列された複数基の風力駆動型タービンにおける２基のタービンは、互いに隣接するように取り付けられており、
それら２基のタービンのそれぞれのシャフトは、互いに連結されている風力駆動型発電システム。
【請求項１６】
請求項１４に記載の風力駆動型発電システムであって、前記配列された複数基の風力駆動型タービンのうちの一部は、第２プラットフォームに取り付けられ、その第２プラットフォームは、前記第１プラットフォームの上方に取り付けられる風力駆動型発電システム。
【請求項１７】
請求項１４に記載の風力駆動型発電システムであって、さらに、
各タービンの前記複数枚のＳ字状ブレードのうちの少なくとも一部を、進入する風から遮蔽し、それにより、前記複数枚のＳ字状ブレードに影響を及ぼす風量を減少させる遮蔽手段を含む風力駆動型発電システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の風力駆動型発電システムであって、さらに、
風速モニタと、
その風速モニタに接続されるとともに、その風速モニタから出力される測定値によって作動させられる制御装置と
を含み、
その制御装置は、風速に応じて、前記複数枚のＳ字状ブレードに影響を及ぼす風量を増加・減少させるために、前記遮蔽手段を作動させる風力駆動型発電システム。
【請求項１９】
請求項１４に記載の風力駆動型発電システムであって、さらに、
前記風力駆動型タービンを鳥類および風塵から防護するために前記風力駆動型タービンのまわりにおいて前記第１プラットフォームに取り付けられる防護スクリーンを含む風力駆動型発電システム。
【請求項２０】
請求項１６に記載の風力駆動型発電システムであって、さらに、
前記風力駆動型タービンを鳥類および風塵から防護するために前記風力駆動型タービンのまわりにおいて前記第２プラットフォームに取り付けられる防護スクリーンを含む風力駆動型発電システム。
【請求項２１】
請求項１４に記載の風力駆動型発電システムであって、さらに、
前記配列された複数基の風力駆動型タービンの上方において前記第１プラットフォームに取り付けられるルーフを含む風力駆動型発電システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の参照】
【０００１】
本出願は、２００４年５月３日に出願された米国仮出願第６０／５６８,０５３号の優先権を主張しており、その米国仮出願は、その全体において参照されることにより、あたかも全体的に本明細書に記載されるように引用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、電気エネルギーを発生させるための風力駆動型タービンに関する。
【背景技術】
【０００３】
風は、作業を行うための動力源として、何世紀にもわたり利用されてきた。最初のウインドミル（風車）は、製粉および揚水作業を自動化するために開発された。風力タービン（風車）について知られている最初の設計は、西暦約５００ないし９００年にペルシャで開発された垂直軸風車である。ペルシャ風車は、葦を束ねたものまたは木材で製作された、垂直に延びる複数の帆を有するように設計されており、それら帆は、水平な複数のストラットにより、中央に位置する垂直シャフトに取り付けられていた。製粉のために石臼が垂直シャフトに取り付けられていた。製粉機類は、通常、建物内に包囲されており、その建物は、さらに、壁すなわちシールドを有することを特徴としており、それにより、進入する風により、抗力型ロータのうち風に向かって進行する部分が減速しないようになっていた。
【０００４】
一般に、オランダ人は、風力タービンの設計を著しく進歩させた主要な開発者たちであると考えられている。オランダ人は、標準的な水平軸ポストミルを多層タワーの頭部に取り付け、その多層タワーは、互いに独立した複数のフロアとして、製粉のためのフロア、脱穀のためのフロア、穀物を貯蔵するためのフロア、ならびに風車守およびその家族が居住するためのフロア（最下階）を有している。ポストミルおよびその後に誕生したタワーミルの設計では、いずれも、風車の背後にある大きなレバーを押すことにより、手動で風車を風に向かわせることが必要であった。風車守の主要な仕事には、風車エネルギーおよび発電量を最適化するという仕事と、暴風雨の間、ロータの複数の帆を畳むことによって風車を損傷から保護するという仕事があった。ヨーロッパの風車に対する最初の改良項目は、風車の設計者が、空力学的揚力を発生させる複数の帆を使用したことであった。この特徴により、ロータ速度が上昇し、ペルシャの風車に比べてロータ効率が向上して、優れた製粉および揚水機能が可能になった。
【０００５】
現在商業的に稼動している風力タービンの設計のうち最も一般的な種類は、オランダ人の設計に倣っている。その設計は、３枚ブレード・プロペラ型タービンおよび２枚ブレード・プロペラ型タービンであって、各ブレードの一端が水平シャフトに取り付けられているものである。３枚ブレード型風力タービンは、それの複数のブレードが風上を向いている状態で作動する。それとは対照的に、２枚ブレード型風力タービンは、ダウンウインド方式で作動する。これに対し、現在の垂直軸ロータの設計も遂行された。現在の垂直軸ロータの開発は、早くも１９２０年代に開始された。それら設計は、一般に、複数枚のブレードであって各々が細長く、湾曲し、しかも、飛行機翼型断面を有するものによって構成されるロータを組み込んでおり、それら複数枚のブレードは、回転する垂直な筒の上部および底部に取り付けられていた。
【０００６】
風力タービンは、ファン（扇風機）とは逆の仕事をする。ファンのように、風を得るために電力を使用する代わりに、風力タービンは、電力を得るために風を使用する。風が複数枚のブレードを回転させ、それにより、発電機に取り付けられた１本のシャフトが回転し、磁界内でのロータ・コイルの回転によって、電流が誘導される。実用的規模のタービンの大きさは、５０キロワットの規模から数メガワットの規模の範囲を有する。単基で小型の風車であって、例えば５０キロワット以下のものは、例えば、隣家から遠く離れている家庭、遠距離通信用アンテナまたは揚水のために使用される。
【０００７】
現在、実用的規模の風力タービンは、第６等級の風地域（平均風速が、地上１０メートルの高さにおいては秒速６．７メートル、地上３３フィートの高さにおいては時速１６マイルである地域）において、キロワット時（ｋＷｈ)当たり約４セントで発電することができる。しかしながら、多くの地域が開発されるにつれて、第６等級の風地域のうちアクセスが容易である良好な風地域が消えつつある。さらに、第６等級の風地域の多くは、送電線に容易にアクセスすることができない遠隔地に位置している。
【０００８】
第４等級の風地域（平均風速が、地上１０メートルの高さにおいては秒速５．８メートル、地上３３フィートの高さにおいては時速１３マイルである地域）は、テキサス州の中央部および北部からカナダの国境まで及ぶグレート・プレーンズの広大な地域にわたっている。第４等級の風地域はさらに、多くの海岸線沿いおよび五大湖の砂浜沿いにも見られる。第６等級の風地域は、主な電力負荷中心地からの平均距離が５００マイルであるのに対し、第４等級の風地域は、それより顕著に電力負荷中心地に接近しており、電力負荷中心地からの平均距離が１００マイルである。このように、第４等級の風地域への実用的なアクセスは、より魅力的であり、かつ、より安価である。さらに、第４等級の風地域は、開発可能な風資源を、第６等級の風地域のほぼ２０倍有する。現在、第４等級の風地域の風力エネルギーが、キロワット時当たり５ないし６セントの範囲の価格で市場で取引され得る。National Renewable Energy Laboratory, Developing Low Wind Speed Turbine, http://www.nrel.gov/wind/about lowspeed.html(最後にアクセスしたのは２００４年４月１４日)
【０００９】
風力タービンのプロペラおよびそのプロペラをロータ・システムに中継させる中継器は、タービンの設計に関して唯一でかつ最も重要な要素であるかもしれない。プロペラの設計により、風から取り出される動力が設定されるとともに、タービンの荷重および動的特性のうち重要な要素が発揮される。よく理解されていることであるが、３枚ブレード・アップウインド方式でかつ剛構造による現在の設計では、将来の機械類に対し、負荷に関する限界を有するかもしれない。これに代わる広範な設計手法であってプロペラ構造のうちの一つまたは多くの要素を変更するものが提案されており、それら要素は、ブレードの数、ダウンウインド方式での運転、ティータリング、フラッピング、フレッキシング、および、システムを制御しフィードバックする多くの手法であって最大荷重および疲労荷重を低減するために設計されたものを含んでいる。しかしながら、今日まで、重要な研究および改良がすべて、プロペラ型タービンの効率向上に向けられてきた。
【００１０】
現在の２枚または３枚ブレード型タービンのほとんどは、発電能力を高めるために大型化されてきた。しかしながら、大型化により、発電効率がそれほど向上することなく、材料費の増加、重量の増加および騒音の増加が招来される。そのようなタービンは、例えば風速１０ｍｐｈ以下というように風速が低い状態においては、稼動することができず、また、一旦風速が１０ｍｐｈ以上に到達したら、モータが、複数枚のブレードの回転を開始することを要求される。さらに、そのようなタービンは、例えば風速６５ｍｐｈ以上というように強風の環境においては、稼動することができない。さらに、そのようなタービンのシャフト回転速度は、３０ｒｐｍから６０ｒｐｍである。これに対し、ほとんどの発電機によって要求される回転速度は、１，２００ｒｐｍから１，５００ｒｐｍであり、これは、タービンの回転速度の２０倍から５０倍の大きさである。したがって、タービンのシャフトによって与えられる回転速度を増大させるために、タービンのシャフトと発電機のロータとの間にギアボックスを配置することが必要である。しかしながら、そのギアボックスは、運動エネルギーから電気エネルギーへの変換の効率を著しく低下させる。
【００１１】
本明細書の背景技術の欄に記載された情報は、本明細書において引用された参考文献およびそれについての説明ないしは検討を含んでいるが、この情報は、技術的な参照のみを目的として記載されており、しかも、この情報は、本発明の範囲を画定すべき主題であると考えるべきではない。
【発明の開示】
【００１２】
本発明は、配列された複数基の新規な風力駆動型タービンによって構成される発電システムに関するものであり、その風力駆動型タービンは、タワーの頭部に配置されたプラットフォームに取り付けられている。各タービンは、複数枚のＳ字状ブレードを有し、それらブレードは、水平に延びる少なくとも１本のシャフトに対して平行に取り付けられるとともに、そのシャフトから半径方向外向きに延びている。各タービン・シャフトは発電機に直結してもよい。
【００１３】
本発明の他の特徴、詳細、実用性および利点は、後述の、本発明の種々の実施例についてのさらに具体的な文章による記述から明らかであって、さらに、それらは、添付図面において図示されるとともに、添付された特許請求の範囲において規定されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本明細書に開示された本発明は、新規な発電用風力駆動型タービン・システムに関する。現在の風力発電業界において支配的であるプロペラ型タービンによる設計とは対照的に、本発明により、タービン構造と発電機との新規な連係系が提供される。各タービンは、複数枚のＳ字（シグモイド）状ブレードを有し、それらブレードは、水平に延びる１本のシャフトに対して平行に取り付けられるとともに、そのシャフトから半径方向外向きに延びている。各タービン・シャフトは、発電のために、伝達装置を介することなく、発電機のロータに直結してもよい。本発明は、そのような風力駆動型タービンが複数基配列されたものであってタワーの頭部に配置されたプラットフォームに取り付けられるものを含んでもよい。
【００１５】
図１には、本発明の一実施例に従う風力駆動型タービン・システムに使用されるタービン２が示されている。タービン２の主要な部品として、シャフト４と、複数枚のブレード６と、それらブレード６の両端にある一対のリム８と、各リム８内において中心に位置する一対のハブ１０と、各リム８内における複数本のスポーク１２とがあり、それらスポーク１２は、ブレード６の数に対応するとともに、各ハブ１０から各リム８へ半径方向に延びている。図示された実施例においては、リム８の直径を約１２フィートとしてもよい。リム８は、図６に明瞭に示されているように、２個の半割部すなわち第１リム半割部１４および第２リム半割部１６が互いに締結されて構成されている。各リム半割部１４，１６は、円形断面を有する鋼管であって半円弧状に曲げられたものによって構成してもよい。各リム半割部１４，１６の各端部には、第１リム半割部１４を第２リム半割部１６と合わせるためのフランジ１８が形成されている。第１および第２リム半割部１４，１６のそれぞれの一端には、リム・プラグ２０が取り付けられており、そのリム・プラグ２０は、リム半割部１４，１６を形成する鋼管の内径よりやや小さい外径を有する。各リム・プラグ２０は、対向するフランジ１８およびリム半割部の内径の内側において着座する。各リム・フランジ１８は、４個の穴部２２を有し、それら穴部２２は、リム半割部１４，１６を形成する鋼管の円周部において等間隔で配置されている。互いに対向する２個のリム・フランジ１８の穴部２２同士は、互いに並ぶように配列されるとともに、複数本のリム・フランジ・ボルト２４を収容し、それにより、第１および第２リム半割部１４，１６の対向するフランジ１８同士を互いに結合する。
【００１６】
前述のように、ハブ１０すなわちハウジングは、各リム８の中央に位置する。ハブ１０は、２個の非対称部品すなわち小形ハブ・ハウジング２６および大形ハブ・ハウジング２８によって構成される。複数本のスポーク１２、すなわち、図１および図６に示される実施例においては８本のスポーク１２が、ハブ１０に取り付けられるとともに、それぞれのスポーク１２がハブ１０から半径方向外向きに延び、さらに、各スポーク１２の反対側の端部が、リム８に取り付けられている。各スポーク１２は、正方形断面を有する鋼管の直線部としてもよいが、その他の断面形状を用いてもよい。タービン２は、各リム８についてスポーク１２を１０本まで有してもよい。各スポーク１２は、隣接するスポーク１２から等角度間隔で離れている。各スポーク１２は、ハブ１０の外面に取り付けられるとともに、ハブ１０の各端部から等距離離れている。８本のスポーク１２のすべてがハブ１０に取り付けられる。８本のスポーク１２のうちの３本は、例えば溶接部により、小形ハブ・ハウジング２６に取り付けられ、また、８本のスポーク１２のうちの５本は、例えば溶接部により、大形ハブ・ハウジング２８に取り付けられる。大形ハブ・ハウジング２８に取り付けられた４本のスポーク１２が、例えば溶接部により、それらスポーク１２の他端部において、第２リム半割部１６に取り付けられる。小形ハブ・ハウジング２６に取り付けられた３本のスポーク１２も同様に、例えば溶接部により、それらスポーク１２の他端部において、第１リム半割部１４に取り付けられる。
【００１７】
８番目のスポーク１２は、着脱可能スポーク１２’である。その着脱可能スポーク１２’は、大形ハブ・ハウジング２８には溶接されているが、第１リム半割部１４には着脱可能に取り付けられる。第１リム半割部１４は、第１リム半割部１４上のある位置において半径方向内向きに延びるスポーク・プラグ３０であって着脱可能スポーク１２’のうち半径方向に延びる端部に並ぶものを有してもよい。スポーク・プラグ３０の側壁寸法を、着脱可能スポーク１２’の側壁寸法よりやや小さい寸法にしてもよく、それにより、着脱可能スポーク１２’を、スポーク・プラグ３０を包囲するようにはまり合うとともに、スポーク・ボルト３２によってスポーク・プラグ３０に取り付けられるようにしてもよい。これに代えて、スポーク・プラグ３０の側壁寸法と着脱可能スポーク１２’の側壁寸法との関係を逆にし、そして、着脱可能スポーク１２’が、スポーク・プラグ３０の内にはまり入るようにしてもよい。別の実施例においては、着脱可能スポーク１２’を、第１リム半割部１４に、第１リム半割部１４について取り付けられたＵ字状ブラケット（図示しない）により、そのＵ字状ブラケットの各脚部が８番目のスポーク１２’にボルト止めされた状態で取り付けてもよい。第１リム半割部１４上の定位置に維持するため、そのＵ字状ブラケットは、さらに、第１リム半割部１４に溶接するかまたはボルト止めしてもよい。
【００１８】
前述のように、ハブ１０は、２個の非対称部品すなわち小形ハブ・ハウジング２６および大形ハブ・ハウジング２８に、図６および図７に明瞭に示されているように、ハブ１０を形成する円筒部を通過して延びるコード（弦）平面に沿って分割されるように設計されている。それら小形ハブ・ハウジング２６および大形ハブ・ハウジング２８は、４本のハブ・ハウジング・ボルト３４によって互いに結合してもよい。ハブ１０の部品同士が非対称の構造を有していることから、第１および第２リム半割部１４，１６のスポーク１２が非対称に構成されるとともに、着脱可能スポーク１２’を第１リム半割部１４に着脱可能に取り付ける設計の理由が明らかになる。特に、小形ハブ・ハウジング２６の弧の長さがより短いため、３本のスポーク１２しかそこに取り付けることができない。これに対し、大形ハブ・ハウジング２８の弧の長さはより長く、残りの５本のスポーク１２を収容することができる。しかしながら、第１および第２リム半割部１４，１６のそれぞれの構造上の強度のためには、それぞれが同数のスポーク１２によって支持されることが望ましい。よって、ハブ１０とリム８とが分解されると、大形ハブ・ハウジング２８は４本のスポークのみによって第２リム半割部１６に取り付けられ、また、小形ハブ・ハウジング２６は残りの３本のスポーク１２によって第１リム半割部１４に取り付けられる。最後に残ったスポークすなわち着脱可能スポーク１２’は、さらに、大形ハブ・ハウジング２８から延びているが、第１または第２リム半割部１４，１６のいずれかに恒永的に取り付けられるわけではない。このようにして、ハブ１０のハウジング部品同士が非対称であるにもかかわらず、第１および第２リム半割部１４，１６のそれぞれは、同数本のスポーク１２によって支持される。
【００１９】
図１に示される実施例においては、シャフト４は、実際には、左側シャフト４ａと右側シャフト４ｂとによって構成され、各シャフト４ａ，４ｂは、タービン２の各端部にある別々のハブ１０内に位置している。シャフト４が２個の部品に分割され、それにより、このタービン・システムを、例えばメンテナンスの目的で、簡単に分解・組み立てることが容易である。これに代えて、シャフト４を一体構造（図示しない）として、ハブ１０およびリム８の各セット間を延びるようにしてもよい。別の実施例（図示しない）においては、左右のシャフトを互いに連結するために、シャフト・スリーブを、それら左右のシャフトのそれぞれの内側端部の間に、かつ、それら内側端部の周囲に挿入して、それら左右のシャフトのそれぞれの内側端部を互いに連結してもよい。左右のシャフト４ａ，４ｂはそれぞれ、各ハブ１０の中央に位置する軸方向ベアリング穴３６を通過して延びている。左右のシャフト４ａ，４ｂはそれぞれ、それぞれのハブ１０内においてそれと同軸に並んでいる。
【００２０】
図３，図６および図７に示されるように、各ハブ１０のベアリング穴３６は、第１の直径を有する中央穴として形成され、その中央穴は、ハブ１０の各端部においてフレア状を成して、第１の直径より大きい第２の直径を有する円周凹部を形成している。それら円周凹部は、密封型で円形のシャフト・ベアリング４０のレースのためのベアリング座３８として機能する。中央に位置するベアリング穴３６の周面から半径方向に測定すると、各シャフト・ベアリング４０の壁の半径方向奥行きは、ベアリング座３８の半径方向奥行きより大きい。各シャフト４ａ，４ｂの直径は、中央に位置するベアリング穴３６の直径より小さいが、シャフト・ベアリング４０の内径と等しい。したがって、シャフト４ａ，４ｂは、シャフト・ベアリング４０によってハブ１０内において支持される。しかしながら、シャフト４ａ，４ｂは、シャフト・ベアリング４０のレースにまさに着座する一方、実際には、ハブ１０内において、かつ、ハブ１０に対して相対回転しない。シャフト・ベアリング４０としての主な目的は、後にさらに説明されるように、ハブ１０内のベアリング穴３６内へのシャフト４ａ，４ｂの挿入およびベアリング穴３６からのシャフト４ａ，４ｂの取外しを容易にすることにある。
【００２１】
各々、円周方向に延びてドーナツ状を成す一対のシャフト・フランジは、それぞれ内側シャフト・フランジ４２および外側シャフト・フランジ４４として識別されるが、それら一対のシャフト・フランジは、シャフト４ａ，４ｂの各端部に位置する。各シャフト・フランジ４２，４４は、ハブ１０内の各ベアリング座３８に並ぶとともに、ハブ１０の端面に着座して、各ベアリング座３８内の円形のシャフト・ベアリング４０のレースを支持する。シャフト・フランジ４２，４４の外径は、ハブ１０内のベアリング座３８の凹部によって規定される直径より大きい。各シャフト・フランジ４２，４４は、ハブ１０の各端面に、４本のシャフト・フランジ・ボルト４８によって固定される。各シャフト・フランジ４２，４４は、シャフト４に一体的に形成してもよく、シャフト４に恒永的に取り付けてもよく、シャフト４に着脱可能に取り付けてもよく、または、連結せずに単にシャフト４を包囲してもよい。
【００２２】
図７に示される実施例においては、外側シャフト・フランジ４４は、シャフト４に固定されていないのに対して、内側シャフト・フランジ４２は、例えば、ウェルド・シーム（溶接継ぎ目）５０によって示されている溶接部により、恒永的にシャフト４に固定されている。したがって、ブレード６はハブ１０に固定され、そのハブ１０は内側シャフト・フランジ４２に固定され、そして、その内側シャフト・フランジ４２はシャフト４に固定される。この一連の連結部を経て、ブレード６の回転運動がシャフト４に伝達される。シャフト４は内側シャフト・フランジ４２に恒永的に固定されているにすぎないため、単に、複数本のシャフト・フランジ・ボルト４８を内側シャフト・フランジ４２から取り外すとともに、シャフト４を、シャフト・ベアリング４０上にあるハブ１０およびピロー・ブロック５２（ハブ１０に隣接して、シャフト４を支持するブロック）から軸方向内向きに引き抜くだけで、シャフト４をハブ１０およびピロー・ブロック５２から取り外すことができる。外側シャフト・フランジ４４はシャフト４に固定されていないため、シャフト４はハブ１０のみならず外側シャフト・フランジ４４からも引き抜くことができる。これにより、このタービン・システムのメンテナンスが容易になる。
【００２３】
本発明の実施例であって図１に示されるものにおいては、タービン２は８枚のブレード６によって構成される。各ブレード６は、寸法および形状において同一である。実験的な実施例においては、各ブレード６は、幅寸法が約６フィート、長さ寸法が約１０フィートであるように設計された。ブレード６は、そのブレード６の長さ方向がシャフト４の軸線に平行である状態で、タービン２に取り付けられる。各ブレード６の、長さ方向に延びる両端部の一方がリム８に取り付けられる。この端部は、前縁５４とされる。各ブレード６の、長さ方向に延びる反対側の端部が、各ハブ１０に取り付けられる。この端部は、ブレード６の後縁５６とされる。ブレード６の前縁５４は、前縁支持部５８に取り付けられる。この前縁支持部５８は、正方形断面を有する鋼管の直線部であってブレード６の前縁５４に沿って溶接されるものとしてもよい。同様に、ブレード６の後縁５６は、後縁支持部６０に取り付けられる。この後縁支持部６０も、同様に、正方形断面を有する鋼管の直線部であってブレード６の後縁５６に沿って溶接されるものとしてもよい。
【００２４】
図２に明瞭に示されているように、複数個のリム・ナット６２のそれぞれを、各前縁支持部５８において互いに対向する両端部のうち対応する端部に溶接で外付けするか、またはその対応する端部の内部に溶接で設けてもよい。複数個の穴部が、リム８内に、各前縁支持部５８上の各リム・ナット６２の位置と対応する位置に形成される。対応する複数本のリム・ボルト６４が、リム８内の前記複数個の穴部に挿入されて貫通するとともに、各ブレード６の前縁支持部５８内の複数個のリム・ナット６２のうち対応するものに締結される。図３に明瞭に示されているように、一対の穴部が各後縁支持部６０の各横側端部に形成され、それら一対の穴部を経て各後縁支持部６０が各ハブ１０に取り付けられる。複数本のハブ・ボルト６６が、各後縁支持部６０内の各対の穴部を貫通して配置されるとともに、ハブ１０の外面部内に形成されたねじ穴部に締め付けられ、それにより、後縁支持部６０が各ハブ１０に固定される。
【００２５】
図１，図４および図５に示されるように、各ブレード６は、飛行機翼形状に形成され、前側曲部６８から後側曲部７０に移行する。前側曲部６８はブレード６の前縁５４に隣接する一方、後側曲部７０はブレード６の後縁５６に隣接する。前側曲部６８および後側曲部７０は、図５に示されるように、ブレード６の横側端部から見た場合にブレード６がＳ字形状を示すように、ブレード６の両側部において、そのブレード６内の凹部を形成する。前述のブレード諸寸法に合致するいくつかの実験的な実施例においては、前側曲部６８の曲率半径を、約３５インチから約５０インチまでの範囲内としてもよく、また、後側曲部７０の曲率半径を、２０インチから３０インチまでの範囲内としてもよい。図１，図４および図５に示されているものに概して合致するある実験的な実施例においては、前側曲部６８の曲率半径は約４２．１２５インチであり、また、後側曲部７０の曲率半径は約２５．２５インチである。前側曲部６８は、ブレード６の前縁５４からブレード６の幅の約３分の２の距離離れた位置において、後側曲部７０に遷移する。
【００２６】
各スポーク１２は、各ブレード６の各後縁支持部６０がハブ１０に固定される位置にすぐ隣接した位置においてハブ１０に溶接される。各ブレード６および各スポーク１２は、各ハブ１０から半径方向に、概して互いに隣接しつつ、リム８に向かって延びている。前側曲部６８および後側曲部７０が各ブレード６に形成されるため、各スポーク１２がリム８に取り付けられる位置は、各前縁支持部５８がリム８にボルト止めされる位置から離れている。前側曲部６８の凸部側は、対応するスポーク１２の一側部に隣接して位置している。構造による支持能力を各ブレード６に付加するために、スポーク板７２が、前側曲部６８の凸部側の頂部に溶接され、さらに、隣接するスポーク１２のうち対応する側にも溶接される。ハブ１０がシャフト４より大径であるため、各ブレード６の後縁５６は、タービン２のハブ１０間を延びるシャフト４から離れている。
【００２７】
図１に示されるように、各シャフト４は、各ハブ１０から横方向外向きに延びるとともに、タービン２を回転可能に支持するピロー・ブロック５２を貫通する。各ピロー・ブロック５２はシャフト・スタンド７４に取り付けられ、そのシャフト・スタンド７４は、ピロー・ブロック５２を取り付けるための表面を提供し、それにより、タービン２を垂直方向に支持する。本明細書に開示された実施例においては、各シャフト・スタンド７４は、鋼製脚部が２本付いたＡ型フレームを有する支持構造物である。各シャフト・スタンド７４の高さ寸法は、タービン２のリム８の半径より長く、それにより、各シャフト・スタンド７４が載置されるプラットフォーム表面の上方において、タービン２が支持される。これにより、タービン２のシャフト４がピロー・ブロック５２内のリング状ベアリング７６内において自由に回転することができる。シャフト４は、さらに横方向に延びており、シャフト４を、発電機７８（図８参照）から延びるロータ・シャフト（図示しない）、または、隣接するタービン２（後述する）から延びる別のロータ・シャフト（シャフト４に対向するとともにそのシャフト４に対応するもの）に連結することを可能にするのに十分な長さだけ、各ピロー・ブロック５２を超えて延びている。タービン・シャフト４を発電機７８のロータに連結することにより、タービン２の運動エネルギーが発電機７８によって電気エネルギーに変換される。発電機のロータを無視すると、シャフト４への抵抗は、ピロー・ブロック５２内のリング状ベアリング７６のみであるから、介在するギア、伝達装置および他の支持構造物の抗力および摩擦なしで、タービン２は回転自在であり、また、風速が非常に低い状態でさえ回転させられる。
【００２８】
本発明の一実施例においては、一例としての発電機７８を、３相ステータと永久磁石−ロータ組立体とを備えた可変速発電機としてもよい。発電機７８は、さらに、双方向回転用に設計して外部回路によって整流してもよい。空気、水分または他の異物が発電機７８に侵入することを防止するために、ステータ、界磁巻線およびコアを密封することが望ましい。そのような一例としての発電機７８は、２００ｒｐｍの回転速度で２４０ｋＷ、１００ｒｐｍの回転速度で１２０ｋＷ、５０ｒｐｍの回転速度で６０ｋＷである出力定格を有するものとしてもよい。無負荷状態における無拘束速度を、約３００ｒｐｍとしてもよい。発電機７８は、約８,０００ｆｔ−ｌｂｓの定格トルクと、約８０ｆｔ−ｌｂｓのコギング・トルクすなわち起動トルクを有するものとしてもよい。発電機７８は、約９５％以上の効率を有するものとしてもよい。各発電機７８は、この風力駆動型タービン・システムを電力供給網に接続する送電線に電気的に接続される。
【００２９】
発電機７８は、図８および図９に示されるように、１個以上の発電機スタンド８０に取り付けてもよく、その発電機スタンド８０は、構造的に、シャフト・スタンド７４と類似するものとしてもよい。例えば、発電機スタンド８０は、鋼製のＡ型フレームを有する支持体であってそれの頂部に発電機７８が取り付けられるものとしてもよい。発電機７８は、発電機スタンド８０に、発電機７８から露出するロータ・シャフト（図示しない）がタービン・シャフト１２と同軸に配列されるような高さで取り付けられる。発電機７８のロータ・シャフトは、ロータ・カップラ（図示しない）を介してタービン・シャフト４に直結してもよい。別の実施例においては、タービン・シャフト４とロータ・シャフトとの間の増速比を実現するために、ギア・ボックス（図示しない）をタービン・シャフト４とロータ・シャフトとの間に介在させてもよい。風速が非常に低い地域においてこのタービン・システムを利用する場合には、そのギア・ボックスは、そのような低い風速での発電を可能にするために、発電機７８内のロータ・シャフトの回転数を増加させてもよい。さらに別の実施例においては、タービン２の左右のシャフト４をそれぞれ、別々の発電機７８に取り付けてもよい。
【００３０】
いくつかの実施例においては、図８におけるように、前記タービンが、配列された第１タービン２ａおよび第２タービン２ｂの一部である。そのような実施例においては、第２タービン２ｂが第１タービン２ａのすぐ隣りに取り付けられ、しかも、それらタービン２ａ，２ｂにおいて隣接シャフト４同士が並ぶように配列されている場合には、タービン２ａ，２ｂ間において隣接シャフト４同士をシャフト・カプラ８２によって互いに連結してもよい。図８に示されるように、右側のタービン２ｂのうち右側シャフト４ｂの右側端部は、第１発電機７８から延びるロータ・シャフト（図示しない）に連結される。同様に、左側のタービン２ａのうち左側シャフト４ａの左側端部は、第２発電機７８から延びるロータ・シャフト（図示しない）に連結される。シャフト・カプラ８２は、隣接するシャフト４同士を同期させ、ひいては、隣接するタービン２同士を同期させ、それにより、シャフト４の外側端部のそれぞれと連結された発電機７８のロータ・シャフト同士が同じ速度で回転する。
【００３１】
図９に示されるように、１基以上のタービン２およびそれに取り付けられた発電機７８は、タワー８６の頭部に配置されたプラットフォーム８４に、単基としてであるか、同じタービン２が複数基配列されたものとしてであるかを問わず、二、三百フィート（例えば、２００フィート）までの高さで配置してもよい。タワー８６は、ラチス構造またはチューブラ構造としてもよい。プラットフォーム８４は、タワー８６の頭部に動かないように取り付けても、介在するヨー・システム（図示しない）の頭部に、プラットフォーム８４がタワー８６の頭部を中心にいずれの回転方向にも回転してタービン２が風の方向に向くようにしてもよい。プラットフォーム８４には、そのプラットフォーム８４にタービン２を設置したりその設置されたタービン２を修理点検する作業者らの安全を提供するために、そのプラットフォーム８４の周囲に安全レール柵装置８８を設けてもよい。
【００３２】
図９に示されるように、２基の同一なタービン２およびそれらに取り付けられる２個の発電機７８は、プラットフォーム８４上のシャフト・スタンド７４および発電機スタンド８０にそれぞれ設置される。一方のタービン２がメンテナンスのために休止させられる場合でも、他方のタービン２が依然として稼動することができるようにするために、タービン２を対にして設置することが望ましい。複数本の支柱９０が、プラットフォーム８４に取り付けられるとともに、設置されたタービン２より高い位置まで垂直方向に延びている。雨、雪および他の気象条件からタービン２をある程度保護するために、ルーフ９２を、一対のタービン２に、それら一対のタービン２より上方の位置に取り付けてもよい。ルーフ９２は、図９に示されるように、アーチ状を成しているが、例えば、平屋根、勾配屋根、先のとがった屋根など、ルーフとして望ましい形状であればいかなる形状をとってもよい。ルーフ９２のパネルは、さらに、発電機７８をも覆う幅まで、横方向に延びるものとしてもよい。これに代えて、各発電機７８を、各発電機７８に専用のカバーを設けるなど、その他、耐候性を有するように構成してもよい。
【００３３】
所望の発電量を特定の地域から電力供給網に供給するために、複数基のタービン２を支持する複数本のタワー８６の列においてそれらタワー８６を互いに近接するように配置してもよい。それに加えるかまたはそれに代えて、図１０に示されるように、タワー８６によって支持されるプラットフォーム８４上の複数本の支柱９０を、第１対のタービン２の上方に位置する第２プラットフォーム８４’を支持し、それにより、第２対のタービン２および発電機７８を支持してもよい。この実施例における支柱９０は、第２対のタービン２と発電機７８の重量を支持するために十分な強度を必要とする。図１０における第１対のタービン２および第２対のタービン２の配置構成は、図９に関連して前述した単一の対のタービン２の配置構成と、あらゆる点で同一である。第２プラットフォーム８４’上の第２組の支柱９０（支持用）は、雨、雪および他の気象条件からタービン２をある程度保護するために、堅固にしてアーチ状を成すルーフ９２であって第２対のタービン２の上方に位置するものを支持している。ルーフ９２のパネルは、さらに、発電機７８をも覆う幅まで、横方向に延びるものとしてもよい。
【００３４】
前側スクリーン（金網）９４および後側スクリーン（金網）９６（図１０参照）が、図９および図１０のいずれにおいても、各対のタービン２の前側および後側の双方に位置する複数本の支柱９０の間に張られている。図９においては、前側スクリーン９４および後側スクリーン９６が、プラットフォーム８４からルーフ９２まで延びるとともに、横方向には、一対のタービン２と同じ幅寸法だけ少なくとも延びている。図１０においては、第１の前側および後側スクリーン９４，９６が、プラットフォーム８４から第２プラットフォーム８４’の底面まで延びている。第２の前側および後側スクリーン９４，９６は、第２プラットフォーム８４’からルーフ９２まで延びている。前側および後側スクリーン９４，９６は、金網ないしはスチール網のパネルで製作してもよく、また、それら前側および後側スクリーン９４，９６は、ごみまたは他の異物がタービン２に吹き込むことを防止するとともに、タービン２内に鳥類が飛び込んだり巣作りすることを防止するために設けられる。同様に、複数の横側スクリーン９８を、対を成すタービン２の各側において、前側および後側スクリーン９４，９６の間を延びるように使用してもよい。横側スクリーン９８は、メンテナンスのためにタービン２にアクセスすることを可能にするために、ヒンジ付きパネルとしてもよい。発電機７８を、横側スクリーン９８の内側または外側において、ハウジング内に収容してもよい。
【００３５】
これに代えて、図１０において上側の一対のタービン２に関連して示されるように、タービン２の各リム８によって仕切られる領域も、異物がタービン２のブレード６に吹き込むことを防止するために、金網ないしはスチール網で製作されたリム用スクリーン・パネル１００で覆ってもよい。それらリム用スクリーン・パネル１００は、組立てを容易にするために、複数枚のパイ形（扇形）パネルの集合体とするとともに、図示されるように、タービン・スポーク間に広がるものとしてもよい。リム用スクリーン・パネル１００は、ボルト止めによって各スポーク１２に取り付けてもよい。リム用スクリーン・パネル１００は通気性があるため、一旦空気がタービン２を通過すると、その空気は、その空間に閉じ込められずにその空間から排出され、それにより、タービン２に抗力を与えるデッド・ポケットも渦も発生させない。
【００３６】
前側および後側防風パネル１０２を、図９に示されているように、プラットフォーム８４に追加的に設けてもよい。各防風パネル１０２は、ルーフ９２の下面（または、図１０における上側の第２プラットフォーム８４’）およびプラットフォーム８４，８４’にそれぞれ位置する上側および下側スライディング・トラック（スライド式軌道）１０４の範囲内に取り付けられる。スライド式の各防風パネル１０２の幅は、タービン２の幅の半分以上としてもよい。タービン・ブレード６に当たる空気の流れの量を減少させるために、それらスライド式の防風パネル１０２を、スライディング・トラック１０４の範囲内において、タービン２の前方位置に、流体式駆動または電気機械式駆動によって移動させてもよい。タービン２を覆うための防風パネル１０２の移動を、風速監視装置から風速が入力されるとコントローラによって行われるものとしてもよい。風速が複数個のしきい値にそれぞれに到達するにつれて段階的に防風パネル１０２をタービン２の前方位置に移動させてもよい。例えば高風速環境においては、ブレード６に当たる風の量を減少させ、それにより、タービン・シャフト４の変換回転速度を低下させるとともに、機械的な故障または発電機の過負荷を懸念してタービン２を停止させることなくタービン２が運転し続けられるようにするために、空気の量を減少させることが望ましい。タービン・ブレード６に当たる空気の流れのバランスをとって余分な横方向トルクがタービン２の左側または右側シャフト４ａ，４ｂの一方に付加される可能性を最小化するために、各防風パネル１０２を、対応する各タービン２のリム８間において等間隔になるように中央に配置することが望ましい可能性がある。
【００３７】
別の実施例においては、図１０において上段の一対のタービン２に関連して示されるように、各タービン２に、一対の防風パネル１０２であってタービン２の各横側部からタービン２の前方位置に移動させられるものを設けてもよい。そのような一対の防風パネル１０２がタービン２の前方位置に等間隔で位置させられると、それら一対の防風パネル１０２により、タービン２に当たる空気の流れが安定的にタービン・ブレード６の中心位置に向かうことが確保され、それにより、余分なトルクが左側または右側シャフト４ａ，４ｂのいずれかに付加されることが最小化される。このようにして一対の防風パネル１０２を各タービン２について利用すると、空気の流れを各タービン・ブレード６の長さに沿って横方向に均等に分散させることが可能になる。さらに別の実施例においては、図１０に示されるように、ローリング・シャッタ１０６を、上側の第２プラットフォーム８４’の下方（または、ルーフ９２の下方）に取り付けるとともに、タービン２の前方位置に配置してもよい。この実施例においては、左側または右側シャフト４ａ，４ｂのいずれかへのアンバランスなトルクを発生させることなく、同様にして空気の流れを制限するために、ローリング・シャッタ１０６を、タービン２の前方位置において、下向きに開くものとしてもよい。風速が極めて高い環境において、タービンの回転を効果的に抑制するとともに、タービン２またはそれに取り付けられた発電機７８の損傷を防止するために、ローリング・シャッタ１０６を、プラットフォーム８４とルーフ９２との間を延びるものとすることが望ましい可能性がある。
【００３８】
前述のように、各ブレード６は、飛行機翼型として設計されており、それにより、非常に風速が低い状況であれ、風の迎え角(angle of incidence)がタービン・ブレード６に対してちょうど直角であるわけではない場合であれ、タービン２の回転が誘導される。タービン・ブレード６の正面が風の優勢方向に対して実質的に直角な方向を向くように、タービン２が概して配置される。これによれば、ブレード６の前側曲部６８が、風のうち進入する空気の量を集めるバケットして機能する。風圧によってシャフト４のタービン２の回転が開始される。風がタービン２の正面に向かって吹き付ける場合には、ブレード６の前縁５４が下向きに押される。図面において右側からタービン２を見ると、タービン２は反時計方向に回転することになる。さらに、ブレード６が飛行機翼型であるため、タービン２の横側端部から進入する風によってもタービン２の回転が開始され、ブレード６は、フライホイールと同様にして、風によって起動される。
【００３９】
風圧がブレード６の前側曲部６８を下向きに押すことに加えて、余った圧力により、隣接ブレード６間に形成される空間の各端部から空気が押し出される。タービン２の正面から見ると、タービン・ブレード６の前縁５４のうちの上向き曲部(upward curvature)により、下側タービン・ブレードと上側タービン・ブレードとの間に形成されたポケットへの風の進入を防止するために風を遮蔽することが部分的に行われるが、その遮蔽は、下側タービン・ブレードが、その下側タービン・ブレードに風が進入することによってその下側タービン・ブレードが下向きに押される角度に至るまで行われる。したがって、ブレード６の前縁５４のうちの上向き曲部により、タービン２が、それの正面から見ると、絶えず、同じ下向きに回転することが保証される。
【００４０】
ブレード６が下向きに回転してそれに引き続いてタービン２の後側に向って回転するにつれて、２枚の隣接ブレード６間に形成されるポケットにおいては、ブレード６の後縁５６に向うにつれて高圧になるとともに、ブレード６の前縁５４に向うにつれて低圧となる。この圧力差は、タービン２の遠心力が前縁５４近傍の空気を上記ポケットから排出することによって引き起こされる。この圧力高低差が原因となり、上記ポケットが圧力平衡状態に到達しようとするにつれて、後縁５６から前縁５４に向う空気の流れも発生する。タービン２の後側においてブレード６を横切って外向きに向う空気の流れは、前側曲部６８を横切る方向においてある程度の空力学的揚力を実現するように作用する。
【００４１】
さらに、各ブレード６の後縁５６がシャフト４に取り付けられておらず、しかも、そのシャフト４がハブ１０間を全体的に埋めるように延びているわけではないため、ブレード６の各後縁５６とシャフト４との間にギャップが存在する。これにより、タービン２の前側に位置する２枚の隣接ブレード６間に形成されるポケットから、ギャップを通過して、タービン２の後側に一時的に位置する２枚の対向隣接ブレード６間に形成されるポケットに向かう空気の流れが生起される。前側に位置するブレードから後側に位置するブレードに向かうこのような空気の流れは、タービン２の後側に位置する後側曲部７０の凸部側に影響を及ぼし、よって、タービン２の後側に位置するブレード６を上向きに押すとともに、タービン２が反時計方向に回転することを促進する。さらに、タービン２の軸線からのこの空気の流れは、ブレード６の後縁５６における高圧部から前縁５４における低圧部に向かう空気の流れに合流する。この追加的な空気の流れにより、前側曲部６８の凸部側において空力学的揚力が増加する。タービン２の後側に位置する隣接ブレード６間に形成される排出面積が、シャフト４の近傍に位置する隣接ブレード６間に形成される流入面積より大きいという理由により、空気の流れのよどみもチョーキング（絞り）も防止される。
【００４２】
これも明らかなことであるが、風の優勢方向がタービン２の後側を開始点とする方向に変化しても、同様にして、ブレード６が風を捕捉してタービン２を回転させる。このとき、タービン２は、図面の右端から見ると、依然として反時計方向に回転することになる。しかしながら、この場合には、前側曲部６８において風が集められることにより、タービン２の後側に位置する前縁５４が上向きに押されることになる。同様に、前述の圧力差および空力学的揚力の影響が現れる位置が、タービン２の前側に位置するブレード６に移動し、それにより、そのブレード６が下向きに押されることになる。
【００４３】
以上、、本発明の種々の実施例を具体的にすなわち少なくとも一つの個別的な実施例を参照して説明したが、当業者であれば、本発明の主旨および範囲を逸脱することなく、開示された実施例に対して多くの変更を施すことが可能である。意図するところは、上記文章による説明に含まれている事項および添付図面に示されている事項のすべては、具体的な実施例についての解説にすぎず、本発明を限定するものではないと解釈すべきであるということである。方向に言及する表現（例えば、「近い」、「遠い」、「上側」、「下側」、「上向き」、「下向き」、「左」、「右」、「横」、「前」、「後」、「頭部」、「底部」、「上方」、「垂直」、「水平」、「時計方向」および「反時計方向」）は、読者が本発明を理解することを助けるために特定を行うことを目的としてのみ使用されており、特に、位置、向きおよび本発明の使用法を限定するものではない。接続態様に言及する表現（例えば、「取り付けられ」、「連結され」、「接続され」および「結合され」）は、広く解釈すべきであり、特に断りがない限り、複数の部材の組合体がそれら部材の間に中間部材を含んでよいし、複数の部材間の相対運動を含んでもよい。意図するところは、上記文章による記述に含まれているかまたは添付図面に示されている事項のすべては、解説にすぎず、本発明を限定するものではないと解釈すべきであるということである。後に続く特許請求の範囲において記載される本発明の基本的な要素から逸脱することなく、細部ないしは構造を変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例に従う風力駆動型タービンの斜視図である。
【図２】図１における風力駆動型タービンのリムにブレードを取り付ける構造を示す分解詳細図である。
【図３】図１における風力駆動型タービンのハブに複数枚のブレードを取り付ける構造を、それらブレードのうち１枚が取り外れた状態で、かつ、シャフトが仮想線で示される状態で示す詳細図である。
【図４】図１における風力駆動型タービンのブレードの斜視図である。
【図５】図４におけるブレードの右側面図である。
【図６】図１における風力駆動型タービンのうちハブ、リムおよびスポークの組立体を示す分解斜視図である。
【図７】図１における風力駆動型タービンの一部であってシャフトとハブとの間の連結構造を含むものを図１における７−７線で切断した場合の断面図である。
【図８】本発明の別の実施例に従う一対の風力駆動型タービンの連結体であって一対の発電機を駆動するものを示す斜視図である。
【図９】本発明のさらに別の実施例に従う一対の風力駆動型タービンの連結体であってタワーのプラットフォームに取り付けられるものを示す斜視図である。
【図１０】本発明のさらに別の実施例に従う複数基の風力駆動型タービンの配列であってタワーのプラットフォームに取り付けられるものを示す斜視図である。
【図１】
2007536454.tif 000003
【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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【手続補正書】
【提出日】平成19年3月23日(2007.3.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
発電機７８は、図８および図９に示されるように、１個以上の発電機スタンド８０に取り付けてもよく、その発電機スタンド８０は、構造的に、シャフト・スタンド７４と類似するものとしてもよい。例えば、発電機スタンド８０は、鋼製のＡ型フレームを有する支持体であってそれの頂部に発電機７８が取り付けられるものとしてもよい。発電機７８は、発電機スタンド８０に、発電機７８から露出するロータ・シャフト（図示しない）がタービン・シャフト４と同軸に配列されるような高さで取り付けられる。発電機７８のロータ・シャフトは、ロータ・カップラ（図示しない）を介してタービン・シャフト４に直結してもよい。別の実施例においては、タービン・シャフト４とロータ・シャフトとの間の増速比を実現するために、ギア・ボックス（図示しない）をタービン・シャフト４とロータ・シャフトとの間に介在させてもよい。風速が非常に低い地域においてこのタービン・システムを利用する場合には、そのギア・ボックスは、そのような低い風速での発電を可能にするために、発電機７８内のロータ・シャフトの回転数を増加させてもよい。さらに別の実施例においては、タービン２の左右のシャフト４をそれぞれ、別々の発電機７８に取り付けてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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【国際調査報告】
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