(57)【要約】  本発明は、垂直軸式風力タービンに関する。風力タービンは、上部円環、中央円環、及び下部円環を含み、複数の垂直な翼がこれら円環同士の間に配置されていることを特徴とする。例えば、３つの垂直な翼が上部円環と中央円環との間に取り付けられている。さらに、３つ以上の垂直な翼が下部円環と中央円環との間に取り付けられている。風が垂直に配置された翼に接触した場合に、これら円環は回転を開始する。これら円環を、発電機を回転させる中心ポールに接続することによって、風力発電が達成される。
2008540922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、下面、及び中心線を有する少なくとも１つの翼を備えている垂直軸式風力タービンであって、
前記上面から前記中心線までの距離が、前記翼の長手方向に亘って前記下面から前記中心線までの距離に等しいことを特徴とする風力タービン。
【請求項２】
前記少なくとも１つの翼は、発泡材料が充填された複合材料から作られることを特徴とする特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項３】
前記少なくとも１つの翼は、前縁及び後縁を有し、
前記後縁は、丸められていることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項４】
前記少なくとも１つの翼は、表１に表わす寸法を有していることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項５】
上部円環、中央円環、及び下部円環と、
前記上部円環と前記中央円環との間に垂直方向に配置された複数の上側翼と、
前記下部円環と前記中央円環との間に垂直方向に配置された複数の下側翼と、
を備えていることを特徴とする垂直軸式風力タービンのロータ。
【請求項６】
前記上部円環及び前記下部円環は、空力的な円環面を備えていることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項７】
前記複数の上側翼は、３つの翼であることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項８】
前記複数の下側翼は、３つの翼であることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項９】
前記複数の上側翼は、前記複数の下側翼から６０°オフセットされていることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項１０】
前記ロータは、前記ロータが回転した場合に回転する中心ポールに接続されていることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項１１】
前記中心ポールは、前記中心ポールが回転した場合に回転する発電機に接続されていることを特徴とする請求項１０に記載のロータ。
【請求項１２】
前記発電機は、バッテリを充電するために制御システムに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載のロータ。
【請求項１３】
前記ロータは、前記ロータが回転した際に機能するように機械的装置に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項１４】
前記ロータは、前記ロータの回転速度を減速させるように構成されている、大きな風速時に制御するための空気調整器をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項１５】
前記空気調整器は、可動式翼を備えていることを特徴とする請求項１４に記載のロータ。
【請求項１６】
少なくとも１つの翼を備え、風によって回転するように構成された垂直軸式ロータと、
前記ロータからの遠心力によって制御され、前記少なくとも１つの翼の位置を移動させることによって前記ロータの回転速度を減速させるように構成されている空気調整器と、
を備えていることを特徴とする垂直軸式風力タービン。
【請求項１７】
前記空気調整器は、少なくとも２つの翼を移動させることを特徴とする請求項１６に記載の風力タービン。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの翼は、両方向に移動することを特徴とする請求項１７に記載の風力タービン。
【請求項１９】
前記空気調整器は、スポイラーをさらに備えていることを特徴とする請求項１６に記載の風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、”IMPROVED VERTICAL AXIS WIND TURBINES”というタイトルで２００５年５月１３日出願の米国特許仮出願第６０／６８１，２１０号明細書に基づく優先権を主張するものである。当該出願の内容は、参照によって完全に本明細書に組み込まれている。
【０００２】
［連邦政府によって支援された研究開発］
本発明は、契約第ＤＥ−ＡＣ０２―０５ＣＨ１  １２３  １号に基づいて米国エネルギ省による支援によってなされたものである。米国政府は、本発明に関する権利を一部有している。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、風力タービンに関し、より詳しくは垂直軸式風力タービンに関するものである。
【０００４】
大部分の風力タービンに関する文献は、高い効率を有するブレードによって風力エネルギを発生させることに特化した、水平軸を有する風力タービンに関するものである。高いブレードの効率は、先端の大きな速度によって得られる。しかしながら、このような高い速度は、騒音を増大させ、動作中にブレードが衝突した場合における損傷を大きくすることになる。
【０００５】
多くの垂直軸式風力タービンの設計は、ブレードの速度が低いものについては従来から提案されてきたが、ブレードの速度が低いことによる利点があるにも関わらず、広範囲に亘る適合させることはできなかった。主たる問題は、構造的共振に起因する故障、高い製造コスト、及び風速が低い地表近傍に設置することが必要とされることに関するものであった。電力の出力は、地表近傍の低速に起因して減少する。
【０００６】
多くの垂直軸が有する構造的問題及びコスト的問題は、ブレードの迎え角を調整することによって風力エネルギをさらに回生しようとする試みに関連する。他の試みは、大きな風速や突風に適応可能な構造的形状を変化させる。このような設計は、必然的に付属物が故障率及び製造コストの点で増加すると共に、ハードウエアの複雑さを高めることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書に開示される実施例は、従来技術が有する幾つかの欠点を解決し、様々な種類の風に対しても完全にシステムが動作するように分析するために、近代的な技術を用いたシステム構築ツールを活用している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の実施例は、垂直軸式風力タービンである。当該実施例は、上面、下面、及び中心線を有する少なくとも１つの翼を含み、上面から中心線までの距離が、翼の長手方向に亘って下面から中心線までの距離に等しいことを特徴とする。
【０００９】
さらに他の実施例は、上部円環、中央円環、及び下部円環と、上部円環と中央円環との間に垂直方向に配置された複数の上側翼と、下部円環と中央円環との間に垂直方向に配置された複数の下側翼とを備えている。
【００１０】
さらなる他の実施例は、少なくとも１つの翼を備え、風によって回転するように構成された垂直軸式ロータと、ロータによって生じる遠心力によって制御され、少なくとも１つの翼の位置を移動させることによってロータの回転速度を減速させるように構成されている空気調整器とを備えている。
【００１１】
要約書及び発明の詳細な説明は、共に本発明を規定することを目的とするものではない。本発明は、特許請求の範囲によって規定されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一の実施例における垂直軸式風力タービンは、風速の約２．５倍で最大トルクを発生するように設計及び検証されたブレードを備えたロータを有している。一の実施例では、ブレードは、風速２ｍ／ｓ〜４ｍ／ｓで風力タービンを自己作動可能とする固定された迎角を有している。この実施例の風力タービンは、風力タービンの基本形状を変更することなく、突風状態であっても全風向でエネルギを発生させることができる。風力タービンは、風力タービンを貫く中心軸を全く必要としないように構成されている。当該構成は、適切な形状及び回転軸を中心とした連続回転を維持するために空力を利用する。
【００１３】
本明細書には、空力スポイラーや空力ブレーキとしても知られている空力調整装置（aerodynamic regulator）が開示されている。一の実施例では、空力調整装置は、風力タービンのロータの上部横梁に設けられている。空力調整装置は、ロータの最大回転速度を制御するために遠心力及びバネエネルギによって動作し、これにより過度の回転速度に起因するタービンの故障を防止することができる。
【００１４】
さらなる他の実施例では、風力タービンは、必要なときにロータを減速又は停止させるように動作可能な機械的ブレーキを含んでいる。一の実施例では、風力タービンは回転式パイプに接続されたロータを含んでいる。回転式パイプは、扁平形発電機と角速度を制御するための付加的な機械的ブレーキとのための空間を有する、風力タービンのベースでハブに接続している。このような機械的ブレーキシステムによって、高速回転する風力タービンを停止させ、その停止状態を維持させることができる。扁平形発電機と共に動作する場合には、風力発電機は単一の可動部（moving part）を備えている。出力電圧は、発電機を適切な大きさとすることによって、利用時に常規電圧（normal line voltage）近傍の大きさとなる。
【００１５】
［垂直軸式風力タービン：４つのブレードを有する実施例］
図１は、ロータ１００が回転することによって回転式チューブ２も回転するように、回転式チューブ２に取り付けられたロータ１００を含む垂直軸式風力タービンシステム１を表わす。回転式チューブ２のベースは、回転式チューブ２が回転することによって発電機２００も回転するように、発電機２００に固定されている。発電機２００は、制御システム３００及びバッテリ４００に電気的に接続されている。図示するように、ロータ１００は、高速の風に接近するために地面に対して上方に位置している。ロータ１００は、該ロータから得た機械的エネルギを電気的エネルギに変換するために発電機２００に接続されている。発電機２００は制御システム３００に接続され、該制御システムは風力タービン１００によって発生した電気的エネルギを蓄積するためにバッテリ４００に接続されている。制御システム３００は、バッテリに流れる電流を制御する。風力タービンシステム１がバッテリではなく電気格子（electric grid）に電力を供給するために、直接又は間接に関わらず電気格子に接続されていることは言うまでもない。さらに、ロータ１００は役割を果たすためにポンプ又は他の装置を機械的に回転させるように利用される場合があることも言うまでもない。
【００１６】
図２Ａは、４つのブレードを備えた垂直軸式ロータ１００を表わす。図２Ｂは、４つのブレードを備えた垂直軸式ロータ１００の概略的な側面図を表わす。図２Ｃは、異なる角度から見た、４つのブレードを備えた垂直軸式ロータ１００の概略的な側面図を表わす。図２Ｄは、４つのブレードを備えた垂直軸式ロータ１００の上面図を表わす。
【００１７】
図２Ａ〜図２Ｄに表わすように、垂直軸式ロータ１００は、４つの傾斜したブレードユニット１０，２０，３０，４０から成る。４つのブレードユニットは図２Ａ〜図２Ｄに表わす４つのブレードを有する実施例の主要な機能的要素であるが、物理的スペース及び空力的捕捉をある程度考慮すると、設けられるブレードユニットが２つよりも多ければ実施可能である。さらに、本明細書で説明される実施例では特定の角度が利用される。しかしながら、本発明の実施例は、特定の角度ではなく、互いに関連するブレード同士の構成に限定される。
【００１８】
各ブレードユニット１０は、下部ブレード組立体１２及び上部ブレード組立体１５から成る。両ブレード組立体は、構造的負荷を伝達し且つブレードに剛性及び最適な迎角を付与する２つの内部チューブ（図示しない）に取り付けられた、同一又は略同一の翼１８から成る。上部ブレード組立体１５は、頂部取付点、すなわち上部結合部５０に直接取り付け可能な延長チューブ２５，２７を有している。水平戻り部材１７は、下部ブレード組立体１２と、回転力を発電機２００又は他のエネルギ変換機構（図示しない）に伝達する下部結合ハブ３５とを接続するように構成されている。延長チューブ２５，２７の長さは、下部ブレード組立体１２と上部ブレード組立体１５との間におけるブレードユニット１０の傾斜角が約１４５°となるように構成されている。図示する風力タービンの全体形状においては、下部ブレード組立体と上部ブレード組立体との傾斜角は１４５°とされる。しかしながら、この傾斜角は、他の角度であっても適切ならば良い。水平戻り部材１７、下部ブレード組立体１２、上部ブレード組立体１５、延長チューブ２５，２７、及び下部結合ハブ３５のすべては、ブレードユニット１０が図２Ａ〜図２Ｄに表わすような形状になるように高剛性なコネクタと適切に相互接続されている。
【００１９】
図２Ａ〜図２Ｄに表わす実施例では、４つのブレードユニット１０，２０，３０，４０は上部結合部５０及び下部結合ハブ３５で取り付けられていると共に、各ブレードユニットが回転面の周囲に互いに対して約９０°の角度で離隔して回転可能に配置され、且つ、一対のブレードユニットそれぞれが垂直方向で互いに対して１８０°の角度で回転された状態となっている。この構成におけるブレードユニット１０及びブレードユニット２０は、図２Ｂに表わすように互いに対して１８０°の角度を形成して向かい合っている。倒置されたブレードユニット３０，４０も、図２Ｃに表わすように互いに対して１８０°の角度を形成して向かい合っている。風力タービンの垂直方向の形状は、各ブレードユニットの構成部材と相互接続する高剛性な結合部によって形成される。
【００２０】
図２Ｂに表わすように、翼１８は、下方水平戻り部材１７を備えている。これらの翼１８は、空力抵抗を低減するための整流部として機能する。これらの翼１８は、ベアリングに作用する垂直力の負荷の統制を補助するために０ではない小さな迎角で取り付けられているが、実質的に回転抵抗を発生させることはない。例えば、０ではない小さな迎角は±５°とされる。ブレードユニット１０は、下方水平戻り部材１７によって下部結合ハブ３５に接続されている。類似する下方水平戻り部材２３は、ブレードユニット２０と共に同一の機能を発揮する。
【００２１】
図２Ｃに表わすように、４つの可動式翼２２ａ〜２２ｄは、上方水平戻り部材１９に位置している。上方水平戻り部材１９は、ブレードユニット３０，４０のそれぞれに設けられ、これによりブレードユニットは上部結合部５０に接続されている。可動式翼２２ａ〜２２ｄは、ロータ１００の回転によって動作する。従って、ロータが高速回転するに従って、可動式翼同士は大きな角度を成して連結される。一の実施例では、可動式翼２２ａ〜２２ｄの連結は、ロータ１００に作用する回転力に応答して径方向に移動するウエイト５によって制御される。ロータ１００が回転するに従って、ウエイト５は外方に移動し、機械的結合を通じて可動式翼１９の位置を変更する。従って、ロータ１００がより高速回転する場合にはウエイト５は遠心力によって外方に移動するので、可動式翼１９は、その位置を変化させ、抵抗発生装置となる。これにより、ロータ１００の回転速度が低減される。
【００２２】
当該実施例では、可動式翼２２ａ，２２ｂは対向する方向で連結しており、投影面積が大きくなるので、抵抗も大きくなる。同様に、可動式翼２２ｃ，２２ｄは対向する方向に連結している。このように、ロータがさらに高速回転するに従って、可動式翼は空力調整装置又は空気ブレーキとして機能する。可動式翼２２ａ〜２２ｄは、ウエイト５の移動によって制御される内蔵バネ及び遠心アクチュエータを用いて最も簡便に動作させることができ、これにより最大許容速度又はこれを下回る速度でロータ１００の回転速度を維持することができる。
【００２３】
図２Ａを参照すると、風力タービンが非常に高速で回転しており、減速する必要があるように、可動式翼２２ａ〜２２ｄが配置されている。可動式翼２２ａ〜２２ｄは、正反対の角度で配置されており、ロータ１００に作用する垂直力を実質的に０とする一方で、風力タービンを減速させるために抵抗力を発生させる。可動式翼２２ａ〜２２ｄは、必要な場合に垂直力を等しく抵抗低減するために、同様の向きに配置されている。複数の可動式翼は、回転速度を制御するために水平に配置されている。このように、本発明の実施例は、当該構成や可動式翼の数に限定される訳ではない。
【００２４】
支え線１３はブレードユニット１０とブレードユニット２０との間に位置している。同様に、支え線１４はブレードユニット３０とブレードユニット４０との間に位置している。支え線１３，１４は、回転時に一組のブレード組立体から遠心的に発生する回転負荷によって張設状態になる引張部材として機能する。
【００２５】
当該実施例では、下部結合ハブ３５は、機械的ブレーキ及び扁平形発電機（axial gap alternator）を収容するハブと、僅かに縮径された入れ子式部分（nesting segment）（図示しない）から成るタワーへの取付部とに接続されている。さらには、各入れ子式部分は、他の入れ子式部分の行程を制限し、且つタワー全体の強度のために必要とされる入れ子式部分同士の重なりを設定する縮径端部の近傍でチューブに沿った所定位置に少なくとも２つのタブを有している。このように、タワーは据付位置に適するように高さを変更可能とされるので、タワーは小さな車両で容易に輸送可能である。
【００２６】
図３は、本明細書に開示される垂直軸式風力タービンの実施例で利用するためのブレードユニット１０の概略図である。当該実施例では、ブレードユニット１０は折り畳み式とされる。図３に表わすブレードユニット１０の例示的な実施例には、下部ブレード組立体は下方水平戻り部材１７に接触するように矢印Ａの向きに折り畳み可能であることが示されている。その後に、上部ブレード組立体１５は矢印Ｂの向きに折り畳まれる。図示の如く、下方戻り部材１７と下部ブレード組立体１２とが成す角度は、９０°±５°である。上部ブレード組立体１５と下方水平戻り部材１７とが成す角度は、１４１．３０°±５°である。本発明の実施例は、上記角度に限定される訳ではなく、他の構成を有するロータとすることもできることは言うまでもない。
【００２７】
［翼］
図４Ａは、前縁２４及び丸められた後縁１６を有する翼１８の概略的な平面図である。断面図には、翼１８を固定し、且つ翼１８の歪みを最小限に抑えた状態で負荷を伝達するために、構造的な構成要素を挿入するための２つの開口部２１ａ，２１ｂが表わされている。構造的な構成要素は、他の実施形態であっても本発明の技術的範囲に属する。典型的な構造的な構成要素は、延長チューブ２５，２７である（図２Ａを参照）。一の実施例では、翼１８は、発泡材料が充填された複合材料やストリンガを有する金属材料から製造される。この金属材料の製造には、押出成形又は引抜成形が適している。
【００２８】
図示の如く、翼１８は、翼１８に亘って水平に沿って引かれた中心線ｘ軸及び該翼に沿って垂直に引かれたｙ軸に関連して設計される。図４Ｂに表わすように、上面３５０及び下面３５５は、翼１８の長さ方向に沿ってｘ軸から同一の距離を維持している。このように、上面３５０から中心線ｘまでの距離は、上面３５０に沿った任意の位置で下面３５５から中心線ｘまでの距離と同一とされる。
【００２９】
図４Ｂは、風力タービンシステムで利用するための翼の一の実施例における概略的な平面図である。翼１８の形状についての一の実施例は、図４Ｂを参照して、以下に示す表１の座標を表わす表を利用して設計される。ここで、‘ｂ’は翼弦の長さであり、‘ｃ’は翼断面の最大厚さであって、ｂ／ｃは定数である。
【００３０】
【表１】
2008540922.tif 000003
【００３１】
図４Ｂ及び表１は本明細書に開示する風力タービンで利用するための翼１８の一の例示的な実施例を示すが、揚力を発生させることができれば他の形状であっても良い。翼１８の例示的な形状は、低い風速であっても高い効率を有しているので、本明細書に開示する当該実施例で利用するために選定される。例えば、低い風速とは３ｍ／ｓ〜４ｍ／ｓである。当該実施例における翼１８の空力係数は、翼１８が迎え角０°〜５°で固定されている場合に、垂直軸式ロータ１００が自動作動するような値になっている。しかしながら、一の実施例では、迎え角は２°とされる。翼の前縁１６は、翼１８が回転中に風によって後方に変位した場合に乱気流の発生を防止するために丸められている。
【００３２】
図４Ｃは、１８０°回転させた場合に、丸められた（blunted）前縁１６が鋭い前縁よりも乱気流を発生させないことを表わす空力試験の結果のグラフである。グラフは、丸められた後縁を備えた翼の抗力係数（四角）と鋭い後縁を備えた類似する翼の抗力係数（三角）とを比較した空力試験の結果を表わす。丸められた後縁は、乱気流の発生及び動的な構造的負荷を低減し、これらの低減によって風力タービンの効率が高められる。
【００３３】
［垂直軸式風力タービン：６つのブレードを備えた実施例］
図５は、６つのブレードを備えた垂直軸を有し、発電機９０に接続されたロータ６００の実施例を表わす。６つのブレードを備えた垂直軸式ロータ６００は、１０％未満の力のリップルがシステムに機械的に作用することが望ましい状況で有用である。図示する実施例においては、６つの垂直方向に向いているブレードユニット８１が中央円環８２に取り付けられている。中央円環８２は、ポール１０５を回転させ、これにより発電機９０を回転させるベース１０４に接続している。ロータ６００の上側部分８３に位置するブレードユニット８１ａ〜８１ｃの角度は、下側部分８５に位置するブレードユニット８１ｄ〜８１ｆの角度の半分に設定されている。オフセットブレードのこのような構成によって、自動作動が改善され、ブレードユニット８１から構造物６００に伝達する動的な衝撃が最小限度に抑えられる。このように、ロータ６００はさらに低い風速で回転開始可能となり、当該装置を通じた衝撃が最小限度に抑えられる。ロータ６００の上部及び下部に設けられた中空の空力的な形状をしたリング８４は、ブレードユニット８１のための整流端部として機能し、ブレード先端の負荷を中央円環８２全体に分散させる。空力的な形状をした円環面（torus）、すなわち上部円環８４及び下部円環８４によって、ブレードユニットの端部の渦から誘発される先端の渦が低減又は解消される。円環面は、円と同一面内に配置された軸を中心として該円を回転させることによって形成されるドーナッツ状の表面であることは言うまでもない。さらに、上部円環８４及び下部円環８４の構成及び位置は、ロータ６００のための構造的構成要素として機能する。以下の説明するように、３つの空力調整装置３００ａ〜３００ｃから成る一組によって、ロータ６００は強風時の回転速度を低減可能とされる。
【００３４】
６つのブレードユニットの設計は、空力調整装置を利用する場合と同様に重量と構造的強度とのバランスを付与するが、６以外の数量のブレードユニットを利用した他の設計も、風力タービンにとって最適な条件及び要件に従って、本明細書に開示される当該実施例に基づいて利用可能である。
【００３５】
図６は、６つのブレードを備えたロータ６００の概略的な側面図である。図６と図５に関する上記説明とに示すように、ロータ６００は中心軸線Ａを中心として回転する。さらに、ロータ６００の上側部分８３に位置するブレードユニット８１は、風力タービンの自動作動を容易にし、且つブレードユニット８１とロータ６００との間に生じる動的衝撃を低減するために、下側部分８５に位置するブレードユニット８１に対して６０°オフセットされている。図示された実施例では、上側部分のブレードユニットが下側部分のブレードユニットに対して６０°回転した状態になっているが、風力タービンの自動作動を容易にし、且つ動的衝撃を低減するために任意の他の角度であっても良い。さらに、上側部分８３及び下側部分８５では、ブレードユニット８１同士が互いに１２０°離間した状態で配置されている。図示された実施例では、ブレードユニット同士が互いに１２０°離間した状態で配置されているが、風力タービンの利用を容易にするために任意の他の角度であっても良い。
【００３６】
一の実施例では、ブレードユニット８１の形状は翼１８の形状と同一であることに留意すべきである。このように、表１に表わす翼１８の形状の寸法は、ブレードユニット８１の形状を設計する際に有用である。さらに、ブレードユニット８１は、翼１８に関する上記説明のように丸められた前縁を有している場合がある。ブレードユニット８１の形状は、任意の特定の形状に限定される訳ではなく、他の優位な形状であっても良いことは言うまでもない。
【００３７】
図７は、６つのブレードを備えた垂直軸式ロータ６００の上面図である。中央円環８２は、空力調整装置３００内でパイプ１０３を通じてベース１０４に接続されている。パイプ１０３は、空力調整装置３００内部で延在し、可動式翼１０５，１０６に係合している。空力調整装置３００は、両方向に可動式翼１０５，１０６を移動させ、これによりロータの移動を減速させるために、ロータ６００の回転から得られる遠心力を利用する。可動式翼１０５，１０６は、自身が両方向に移動されることによって、ロータ６００の回転効率を低減させる作動ブレーキとして機能する。
【００３８】
［空力調整装置］
図８は、強風時にロータ６００の回転を減速させるために利用される空力調整装置３００の概略的な平面図である。図８に表わす実施例では、ベース１０４に対する取付点６１の回転中心近傍における低い速度を考慮して、空力調整装置の翼６２，６３は互いに異なる長さを有している。さらに抗力を低減させるための整流部が、空力調整装置３００の遠位端に取り付けられている場合がある（図示しない）。整流部が固定された状態で、空力調整装置の翼１０５，１０６は、自身に作用する空力的な力を釣り合わせるために両方向に移動可能とされる。当該実施例では、風力タービンは、風速が毎時２５マイルを超過した場合に、空力調整装置が風力タービンの回転数を調整するために動作するように風速センサ（wind sensor）を有していることを特徴とする。しかしながら、風が上述のようになった場合、例えば毎時５０マイルになった場合に、風速センサは、強風による損傷を防止するためにロータを減速させるか、又は完全に停止させる機械的ブレーキを動作させる。
【００３９】
図９は、空力調整装置組立体３００の実施例の概略的な断面図である。図９に表わすアクチュエータにおいては、小さなチューブが回動部（pivot point）を通じてウエイトに取り付けられ、これにより力が滑り継手７７を通じてスプリング７５に作用する。空力調整装置３００がロータ６００の中心軸を中心として回転するに従って、ウエイトは、ウエイトに作用する遠心力によって中心軸から外方に移動される。可動式翼は、この運動によって、ロータ６００の回転を減速させる空気ブレーキとして機能するように動作する。スプリング７５は、可動式翼が正しい回転速度で動作するように選定される。内部のウエイトによって生じる滑り運動は、翼の迎え角を変化させるチューブ上でカム要素又はネジ要素を動作させる。アクチュエータの一の実施例では、ウエイトは、遠心力がバネ力を越えるまでスプリングを押す、外部チューブ内部に位置する重いチューブである。対向配置され、感知することによって翼を動作させるネジ式カムが、ウエイトであるチューブに取り付けられている。このように、空力調整装置は、付加的な制御装置を必要とせず、ロータの１分当たりの回転数（“ＲＰＭ”）を比較的安定した回転数に調整する。
【００４０】
上記説明した風力タービンは様々な方法で直接適用可能であるか、又は応用可能である。上記説明は特定の実施例を説明するものであるが、特許請求の範囲及び特許請求の範囲に記載される要素のみが本発明の技術的範囲を規定するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】発電機、制御システム、及びバッテリに接続された、垂直軸式風力タービンの一の実施例である。
【図２Ａ】４つのブレードを備えた垂直軸式風力タービンシステムの概略的な前面図である。
【図２Ｂ】４つのブレードを備えた垂直軸式風力タービンシステムの一の実施例の概略的な側面図である。
【図２Ｃ】４つのブレードを備えた垂直軸式風力タービンシステムの一の実施例を異なる角度から見た概略的な側面図である。
【図２Ｄ】４つのブレードを備えた垂直軸式風力タービンシステムの一の実施例の概略的な平面図である。
【図３】垂直軸式風力タービンの実施例と共に利用するためのブレードユニットの概略図である。
【図４Ａ】２つの構造的構成要素のための開口部及び鈍角を有する先細り部を備えた翼の一の実施例の概略的な平断面図である。
【図４Ｂ】風力タービンシステムと共に利用するための翼の一の実施例の断面図である。
【図４Ｃ】鈍角を有する前縁が１８０°の回転に亘って鋭角を有する前縁よりも乱気流を発生させないことを示す空力試験の結果のグラフである。
【図５】発電機に接続された、６つのブレードを備えた垂直軸式風力タービンの一の実施例である。
【図６】６つのブレードを備えた垂直軸式風力タービンの一の実施例の概略的な側面図である。
【図７】６つのブレードを備えた垂直軸式風力タービンの一の実施例の上面図である。
【図８】空力調整装置組立体の実施例の上面図である。
【図９】空力調整装置組立体の実施例の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  垂直軸式風力タービンシステム１
２  回転式チューブ
５  ウエイト
１０  ブレードユニット
１２  下部ブレード組立体
１３  支え線
１４  支え線
１５  上部ブレード組立体
１６  後縁
１７  戻り部材
１８  翼
１９  戻り部材（可動式翼）
２０  ブレードユニット
２１ａ  開口部
２１ｂ  開口部
２２ａ  可動式翼
２２ｂ  可動式翼
２２ｃ  可動式翼
２２ｄ  可動式翼
２３  戻り部材
２４  前縁
２５  延長チューブ
２７  延長チューブ
３０  ブレードユニット
３５  下部結合ハブ
４０  ブレードユニット
５０  上部結合部
６０  ブレードユニット
７５  スプリング
７７  スライディングジョイント
８１  ブレードユニット
８１ａ  ブレードユニット
８１ｂ  ブレードユニット
８１ｃ  ブレードユニット
８１ｄ  ブレードユニット
８１ｅ  ブレードユニット
８１ｆ  ブレードユニット
８２  円環
８３  上側部分
８４  円環
８５  下側部分
９０  発電機
１００  ロータ
１０４  ベース
１０５  ポール（可動式翼）
１０６  可動式翼
２００  発電機
３００  制御システム
３００ａ  空力調整装置
３００ｂ  空力調整装置
３００ｃ  空力調整装置
３５０  上面
３５５  下面
４００  バッテリ
６００  ロータ
【図１】
2008540922.tif 000004
【図２Ａ】
2008540922.tif 000005
【図２Ｂ】
2008540922.tif 000006
【図２Ｃ】
2008540922.tif 000007
【図２Ｄ】
2008540922.tif 000008
【図３】
2008540922.tif 000009
【図４Ａ】
2008540922.tif 000010
【図４Ｂ】
2008540922.tif 000011
【図４Ｃ】
2008540922.tif 000012
【図５】
2008540922.tif 000013
【図６】
2008540922.tif 000014
【図７】
2008540922.tif 000015
【図８】
2008540922.tif 000016
【図９】
2008540922.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年1月15日(2008.1.15)
【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】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面、下面、及び中心線を有する少なくとも１つの翼を備えている垂直軸式風力タービンであって、
前記上面から前記中心線までの距離が、前記翼の長手方向に亘って前記下面から前記中心線までの距離に等しいことを特徴とする風力タービン。
【請求項２】
前記上面から前記下面までの距離が、前記翼の長手方向に亘って変化することを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項３】
前記上面から前記下面までの距離が、図４Ｂに表わすように翼の長手方向に亘って変化することを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項４】
前記少なくとも１つの翼は、発泡材料が充填された複合材料から作られることを特徴とする特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項５】
前記少なくとも１つの翼は、前縁及び後縁を有し、
前記後縁は、丸められていることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項６】
前記少なくとも１つの翼は、表１に表わす寸法を有していることを特徴とする請求項１に記載の風力タービン。
【請求項７】
上部円環、中央円環、及び下部円環と、
前記上部円環と前記中央円環との間に垂直方向に配置された複数の上側翼と、
前記下部円環と前記中央円環との間に垂直方向に配置された複数の下側翼と、
を備え、
前記上部円環及び前記下部円環のそれぞれが、空力的な円環面を備えていることを特徴とする垂直軸を有する風力タービン。
【請求項８】
前記複数の上側翼は、３つの翼であることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
【請求項９】
前記複数の下側翼は、３つの翼であることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
【請求項１０】
前記複数の上側翼は、前記複数の下側翼から６０°オフセットされていることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
【請求項１１】
前記ロータは、前記ロータが回転した場合に回転する中心ポールに接続されていることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
【請求項１２】
前記中心ポールは、前記中心ポールが回転した場合に回転する発電機に接続されていることを特徴とする請求項１１に記載のロータ。
【請求項１３】
前記発電機は、バッテリを充電するために制御システムに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載のロータ。
【請求項１４】
前記ロータは、前記ロータが回転した際に機能するように機械的装置に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
【請求項１５】
前記ロータは、前記ロータの回転速度を減速させるように構成されている、大きな風速時に制御するための空気調整器をさらに備えていることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
【請求項１６】
前記空気調整器は、可動式翼を備えていることを特徴とする請求項１５に記載のロータ。
【請求項１７】
少なくとも１つの翼を備え、風によって回転するように構成された垂直軸式ロータと、
前記ロータからの遠心力によって制御され、前記少なくとも１つの翼の位置を移動させることによって前記ロータの回転速度を減速させるように構成されている空気調整器と、
を備えていることを特徴とする垂直軸式風力タービン。
【請求項１８】
前記空気調整器は、少なくとも２つの翼を移動させることを特徴とする請求項１７に記載の風力タービン。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの翼は、両方向に移動することを特徴とする請求項１８に記載の風力タービン。
【請求項２０】
前記空気調整器は、スポイラーをさらに備えていることを特徴とする請求項１７に記載の風力タービン。
【国際調査報告】
2008540922.tif 000018