(57)【要約】  連続かご形タービンアセンブリから構築されるＨＭＳＷＴが開示される。複数のタービンアセンブリは、カップリング効果で互いに逆の回転運動が誘導されることが好ましい。第１のタービンアセンブリは、推進され、接近する風によって推進された回転運動を強制され、接近する風が今度は、第２の内側タービンアセンブリを、反対および逆方向に回転させる。このカップリング効果により、同じ接近する風および気流で２つ以上のタービンを回転運動させることができる。これらの複数のブレードの特定の設計では、回転運動を増加させることによって風の推進力を増強するだけでなく、同時に同じ気流を内側に方向に変え、気流の速度を増加させて、内側タービンアセンブリ上に気流を推進させる。
2014518355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周囲に長手方向に位置付けされた複数のブレードを有する第１の筒状タービンアセンブリと、
周囲に長手方向に位置付けされた複数のブレードを有する第２の筒状タービンアセンブリであって、前記内側の第２の筒状タービンアセンブリが第１の筒状タービンアセンブリ内に長手方向に延在する、第２の筒状タービンアセンブリと
を含み、
第１のタービンアセンブリのブレードが、気流にさらされた時に、第１のタービンアセンブリを第１の方向に回転させ、気流を第２の筒状タービンアセンブリの方へ内側に導くように、形作られ、位置付けられ、かつ、角度をつけられ、
第２のタービンアセンブリのブレードが、気流にさらされた時に、第２のタービンアセンブリを、第１の方向と反対である第２の方向に回転させるように、形作られ、位置付けられ、かつ、角度をつけられている、多段タービン。
【請求項２】
周囲に長手方向に位置付けされた複数のブレードを有する第３の筒状タービンアセンブリであって、前記第３の筒状タービンアセンブリが第２の筒状タービンアセンブリ内に延在する第３の筒状タービンアセンブリをさらに含み、
第２のタービンアセンブリのブレードが、気流を第３の筒状タービンアセンブリの方へ内側にさらに導くように、形作られ、位置付けられ、かつ、角度をつけられ、
第３のタービンアセンブリのブレードが、気流にさらされた時に、第３のタービンアセンブリを、第１の方向に回転させるように、形作られ、位置付けられ、かつ、角度をつけられた、請求項１に記載のタービンアセンブリ。
【請求項３】
少なくとも１つのタービンアセンブリのブレードのピッチが、ブレードを回転させることによって調整可能である、請求項１に記載のタービンアセンブリ。
【請求項４】
ブレードを選択的に回転させるためのモータをさらに含む、請求項３に記載のタービンアセンブリ。
【請求項５】
少なくとも１つの枢動ベアリングアセンブリをさらに含み、各枢動ベアリングアセンブリが、それぞれのブレードに接続されている、請求項３に記載のタービンアセンブリ。
【請求項６】
ブレードのピッチを調整するのを助けるための少なくとも１つの枢動リングをさらに含む、請求項３に記載のタービンアセンブリ。
【請求項７】
それぞれのタービンアセンブリ上の複数のブレードが、前記タービンアセンブリ内のブレードを同時に調整するための少なくとも１つの前記枢動リングに枢動可能に取り付けられている、請求項６に記載のタービンアセンブリ。
【請求項８】
少なくとも１つのタービンアセンブリのブレードが、前縁スラットまたはスロット、および後縁ウィングレットを含む、請求項１に記載のタービンアセンブリ。
【請求項９】
前縁スラットまたはスロットおよび後縁ウィングレットが、ブレードに対して調整可能である位置を有する、請求項８に記載のタービンアセンブリ。
【請求項１０】
第２のタービンアセンブリが、シャフトに接続されて、それを回転させ、第１のタービンアセンブリが、中空シリンダに接続されて、それを回転させ、前記シャフトが中空シリンダ内で長手方向に延在する、請求項１に記載のタービンアセンブリ。
【請求項１１】
中空シリンダおよびシャフトが、互いから独立して回転する、請求項１０に記載のタービンアセンブリ。
【請求項１２】
ブレードが湾曲している、請求項１に記載のタービンアセンブリ。
【請求項１３】
第１のタービンアセンブリのブレードが、第１の方向に湾曲し、第２のタービンアセンブリのブレードが、異なる方向に湾曲している、請求項１２に記載のタービンアセンブリ。
【請求項１４】
ブレードが、前縁で丸みをつけられ、反り厚さがブレードの正面近くでより大きくなるように広がり、比較的鋭い後縁まで狭くなる、請求項１に記載のタービンアセンブリ。
【請求項１５】
ブレードが、上部の反りが下部の反りより厚さが大きいことを除いて、実質的に厚さが均一である、請求項１に記載のタービンアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本出願は、２０１１年７月７日に出願された米国仮特許出願第６１／５０５，５０６号明細書の優先権を主張し、参照によって本明細書に援用する。
【０００２】
風車は、帆またはブレードと呼ばれる羽根によって風のエネルギーを回転エネルギーに変換する機械である。風車は、地球の動力を利用して、この機械的運動を、仕事を行うために変換する方法として、何百年もの間使用されてきた。人間が風に帆を掲げてきたくらい長い間、風力が使用されてきた。２０００年を超える間、風力機械が穀物を挽き、水を汲んできた。歴史の間において、風車は他の多くの工業的用途に適合された。製粉ではない重要な用途は、ウィンドホイールとして一般に知られている、風力ポンプで地下水を汲み上げるものである。風力ポンプはオランダの干拓地を排水し、アメリカの中西部またはオーストラリアの奥地などの乾燥地域では、風力ポンプは家畜および蒸気機関に水を供給した。
【０００３】
電力の開発に伴い、風力は、集中発電電力から遠く離れた建物を照らす新しい用途を見出した。２０世紀の間、農場または住宅に適した小さい風力発電所が開発され、遠隔で電力を使用するための配電網に接続することができる、より大きい実用規模の風力発電機も建設された。発電に使用される風車は、一般に風力タービンとして知られている。現代において、風は、機械的動力を生成し、さらに多くの代替用途で発電させるために利用されている。風車は本質的にはファンの反対である。すなわち、電気を使用して、換気するための風を作る代わりに、風車は風を利用して機械的動力を生成し、今度は発電する。
【０００４】
今日、風力発電機は、小さいユニットから、最大、国内の電気ネットワークに電気を供給するギガワットに近いサイズのオフショアウインドファームまでのあらゆるサイズ範囲で動作する。その背後にある考えは、単純で、長年にわたり証明されている。風は、風車のブレードを回し、今度はブレードがシャフトを回す。シャフトは、発電機を回すギヤボックスを回す。風車が大きいほど、より効率的で、より多くのエネルギーを生産する。これらの風力タービンは、適切なレベルの風があるところならどこでも動作するため、非常に有用である。このことは、いくつかの用途を挙げると、任意の遠隔測候所、揚水場、遠隔電気ステーション、および、農場が、１つまたは一連の風力タービンによって給電され得ることを意味する。より安定した電源を供給するために、ディーゼル発電機、太陽電池および電池パックと併せて風力タービンを使用するハイブリッドシステムも同様に開発されている。
【０００５】
しかしながら、従来の風力タービンおよび現在の構造設計には、それらの性能能力および電力出力範囲を妨げる深刻な動作限界がある。欠点のうちのいくつかは、時には一定でなく、０から嵐の力まで変化する風の動作強度に関係する。これは、従来の風力タービンが、常に同じ量の電気を生成するのではないことを意味する。一般に、最も慣用的なＨＷＡＴまたはＶＷＡＴ風力タービンでは、ブレードを回転させ、ひいてはエネルギーを生産するために、向かい風は少なくとも１７ｍｐｈの強さでなければならない。それらの風力タービンは、電気を全く生成しない時がある。大型風力機械は、特定の回転速度を超えることができないため、風が強すぎる場合、損傷を避けるために停止されなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の設計および現在のブレード構造は、高回転速度に直接関連する、ねじれおよび高張力などの過度の回転力に耐えることができない。残念なことに、エネルギーおよび発電の増加は、直接かつ絶対的に、高回転速度を必要とする。大量の電力を生産する唯一の実用的な方法は、世界の様々な地域で行われているように、海へ出るプラットホーム上に浮かべるなど、風が最も一定の場所に何百個もの風力タービンを配列して使用することである。巨大なサイズおよび、翼またはブレードの幅はまた、これらの従来の風力タービン設計の別の大きな欠点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、周囲に長手方向に位置付けされた複数のブレードを有する第１の筒状タービンアセンブリと、周囲に長手方向に位置付けされた複数のブレードを有する第２の筒状タービンアセンブリであって、前記内側の第２の筒状タービンアセンブリが第１の筒状タービンアセンブリ内に長手方向に延在する第２の筒状タービンアセンブリとを含み、第１のタービンアセンブリのブレードが、気流にさらされた時に、第１のタービンアセンブリを第１の方向に回転させ、気流を第２の筒状タービンアセンブリの方へ内側に導くように、形作られ、位置付けられ、かつ、角度をつけられ、第２のタービンアセンブリのブレードが、気流にさらされた時に、第２のタービンアセンブリを、第１の方向と反対である第２の方向に回転させるように、形作られ、位置付けられ、かつ、角度をつけられている、多段タービンを含む。
【０００８】
本発明の一実施形態の広義な態様によれば、水平多段風力タービン（「ＨＭＳＷＴ」）が提供される。本発明の一実施形態は、風の自然の運動エネルギーを利用して、回転運動を生成し、今度はそれを機械的エネルギーおよび発電に変換する、画期的な新しい概念および設計に関する。ＨＭＳＷＴは、画期的なタービン・アセンブリ・ブレードの設計および構造と、ブレード設計に航空学原理を用いる革新的なシステム機能性と、ＨＭＳＷＴ内の複数のタービン・ブレード・アセンブリの一部としてのカップリング効果とを組み込むことが好ましい。
【０００９】
しかしながら、回転運動を生成する風からのこの運動エネルギーと、機械的エネルギーとの、電気エネルギーへの変換は、発電の構成要素とアクセサリとによって達成されることが、説明され、理解される。限定しない例として、そのようなアクセサリおよび構成要素は、独立したシャフトに接続された複数のタービンアセンブリを含み、独立したシャフトが今度は、三相ＡＣもしくは交流電力を生成する永久磁気オルタネータまたは発電機に接続される。次いで、この電力は、大型電力貯蔵電池を充電、またはグリッド同期インバータに給電するために、ＤＣすなわち直流に整流されてもよい。
【００１０】
ＨＭＳＷＴの大きな利点は、そのタービンブレード設計と、カップリング効果で互いに逆の回転運動を誘導されることが好ましい複数のタービンアセンブリとである。この新しい革新的なシステムの動作能力および利点をよりよく説明するために、複数のタービンアセンブリ間の関係および相互作用を理解しなければならない。外側タービンアセンブリは、推進され、接近する風によって推進される回転運動を強制され、接近する風が今度は、第２の内側タービンアセンブリを反対および逆方向に回転させる。カップリング効果と呼ばれるこの効果により、同じ接近する風および気流で、２つ以上のタービンを回転運動させることができる。この効果は、タービンアセンブリの各々の中に構築された複数のブレードによって生成される。これらの複数のブレードの特定の設計では、回転運動を増加させることによって風の推進力を増強するだけでなく、同時に、これらのブレードは、同じ気流を内側に方向に変え、気流の速度を増加させて、内側タービンアセンブリ上に気流を推進させる。
【００１１】
内側タービンアセンブリの複数のブレードは、以下に説明されるように、外側タービンアセンブリと逆の構造内に位置付けされることが好ましく、これにより、内側タービンアセンブリの複数のブレードは、この高速度気流を受けることができ、次いで高速度気流は、逆で反対の回転運動を誘導して強制する。続いて、タービンアセンブリは、そのすぐ内側または外側に位置付けされたタービンアセンブリと逆の回転方向に回転する。このプロセスは、２つを超えるタービンアセンブリがＨＭＳＷＴ内に構築される場合に繰り返され得る。
【００１２】
好ましい実施形態では、ＨＭＳＷＴは、第１の外側タービンアセンブリと、第２の内側タービンアセンブリとの、２つのタービンアセンブリと共に構築される。代替の一実施形態では、ＨＭＳＷＴは、３つ以上などの複数のタービンアセンブリからなってもよい。ＨＭＳＷＴは、出力範囲および発電に直接影響を及ぼす様々なサイズで構築され得る。したがって、ＨＭＳＷＴの全体のサイズはまた、タービンアセンブリの数およびサイズによって変わってもよく、変わる。
【００１３】
この革新的な新しい設計および先進的な動作概念により、発電能力を直接増加させる回転速度を増加させることができる。複数のブレード・タービン・アセンブリの各々の先進的なブレード設計構造は、接近する気流を、回転運動を強めながら、同時に、より高い速度で内側に吸い上げて推進させるように設計される。各タービンアセンブリは、前のおよび／または後のタービンアセンブリと逆の構造に構築される。したがって、一方のタービンアセンブリの回転運動は、他方のタービンアセンブリに逆の回転運動を誘導することなどが理解されなければならない。
【００１４】
この全く新しい技術的かつ革新的な概念により、増大した強度および頑丈さ、よりコンパクトな設計および構造を提供しながら、同時に電気エネルギーのより大きい生産能力に直接つながる回転速度の増加を達成する。先進的な航空ブレード構造を組み込んでいるこの新しい設計は、電力出力を弱めず、むしろ、向かい風が高回転速度を誘導する悪条件におけるその動作能力によって、動作効率および発電を大きく増加させる。
【００１５】
ＨＭＳＷＴタービンアセンブリのブレード設計およびカップリング効果概念により、従来の風力タービンと比較して、同じ接近する風で、より大きい電力出力を生産することができ、かつ、風のない条件と同様に、変わりやすい、強いまたは適度な風の条件で動作することができる。ＨＭＳＷＴの構造ならびに、複数の外側および内側タービンのカップリング効果によって、高回転速度を達成かつ保持することができるＨＭＳＷＴの動作能力により、この新しい風力タービン概念は、より大きい発電および出力を行うことができる。設計革新はまた、風がなくても発電ができるように、最小の回転運動を提供する逆磁性推進を含み、利用することができる。
【００１６】
本発明の他の目的、特徴および利点は、以下の図面および詳細な説明を参照して明白になる。
【００１７】
本発明の実施形態は、以下に記載される次の添付図面と併せて、本発明の実施形態の次の詳細な説明を参照することにより、明白に理解されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】本発明の一実施形態による、２つのタービンアセンブリを備えたＨＭＳＷＴの部分分解斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の一実施形態による、３つのタービンアセンブリを備えたＨＭＳＷＴの部分分解斜視図である。
【図２】図１ＡにおけるＨＭＳＷＴの断面図である。
【図３】ベースアセンブリの内部構成要素も示す、図１ＡにおけるＨＭＳＷＴの部分分解斜視図である。
【図４】交互パターンで構成されたタービンブレードを示す、上面の概略気流図である。
【図５Ａ】スロットのないブレードの気流断面図である。
【図５Ｂ】前縁スラットおよび後縁ウィングレットを備えたタービンブレードの気流断図である。
【図５Ｃ】前縁スロットおよび後縁ウィングレットを備えたタービンブレードの気流断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態によって構成された、第１および第２のタービンブレードの気流断面図である。
【図６Ｂ】タービンブレードの一例の断面図である。
【図７】気流がブレード設計によって吸い上げられるような気流との相互作用を含む、第１の外側タービンアセンブリ向けＨＭＳＷＴ代替の実施形態の内側構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本明細書の図面は、必ずしも一定の比率の縮尺ではなく、本明細書で開示される実施形態は、時には断片図によって図示されることを理解されたい。場合によっては、本発明を理解するのに必要でない、または、他の詳細をわかりづらくする詳細は省略されている場合がある。本発明はまた、本明細書で示される特定の実施形態に必ずしも限定されないことを理解されたい。様々な図の全体にわたって使用される同様の番号は、同様もしくは類似の部分または構造を示す。
【００２０】
本発明は、多段風力タービンの水平回転設計（「ＨＭＳＷＴ」）に関する。この画期的な概念および設計は、風の自然の運動エネルギーを利用して、回転運動を生成し、今度はそれを機械的エネルギーおよび発電に変換する。回転運動を生成する風からのこの運動エネルギーと、機械的エネルギーとの、電気エネルギーへの変換は、独立したシャフトに接続された複数のタービンアセンブリであって、独立したシャフトが今度は、三相ＡＣ電力を生成する永久磁気オルタネータに接続される、独立したシャフトに接続された複数のタービンアセンブリなどの発電の構成要素とアクセサリとによって達成されることが、説明され、理解される。次いで、この電力は、大型電力貯蔵電池を充電、またはグリッド同期インバータに給電するために、ＤＣすなわち直流に整流されることが好ましい。
【００２１】
好ましい実施形態では、タービン・ブレード・アセンブリは、ギヤボックスの使用を不要とする１つもしくは複数のシャフトを介して、１つまたはいくつかのオルタネータに直接接続されてもよい。しかしながら、代替の一実施形態では、ＨＭＳＷＴ設計は、タービンアセンブリがより遅く回転している場合、オルタネータの速度を増加させるために、複数のギヤボックス、タービンアセンブリ毎に１つのギヤボックスを組み込んでもよい。
【００２２】
図１Ａ、図２および図３に示されるように、好ましい実施形態では、ＨＭＳＷＴ  １は、第１の外側タービンアセンブリ２と、第２の内側タービンアセンブリ４との、２つのタービンアセンブリを組み込む。第１のタービンアセンブリ２は外側ブレード６を含み、一方、第２のタービンアセンブリ４は内側ブレード８を含む。しかしながら、図１Ｂに示されるような代替の一実施形態では、ＨＭＳＷＴ  ｌａは、中間ブレード１２を有する第３の中間タービンアセンブリ１０を組み込んでもよい。参照しやすいように、特段に断りのない限り、２つのタービンアセンブリ２、４だけを備えたＨＭＳＷＴ  １について以下に説明される。
【００２３】
図１Ａを見ればわかるように、ＨＭＳＷＴ  １は、天井１４、ベース１８および回転ハウジング２０を含む。動作中、風は外側タービンアセンブリ２に入り、外側タービンアセンブリ２を回転させる。外側タービンアセンブリ２のブレード６は、風を内側タービンアセンブリ４内へ導き、内側タービンアセンブリ４を、外側タービンアセンブリ２と反対方向に回転させる。図１ＢのＨＭＳＷＴ  ｌａでは、外側タービンアセンブリ２は、風を中間タービンアセンブリ１０へ導き、中間タービンアセンブリ１０を、外側タービンアセンブリ２と反対方向に回転させる。中間タービンアセンブリ１０のブレード１２は、風を内側タービンアセンブリ４へ導き、内側タービンアセンブリ４を、中間タービンアセンブリ１０と反対方向に回転させる。したがって、ＨＭＳＷＴ  ｌａでは、外側タービンアセンブリ２および内側タービンアセンブリ４は、同じ方向に回転し、この方向は、中間タービンアセンブリ１０の回転方向と反対である。
【００２４】
図２は、外側タービンアセンブリ２と内側タービンアセンブリ４との関係を示す、ＨＭＳＷＴ  １の断面図である。内側タービンアセンブリ４は内側シャフト２２に接続され、一方、外側タービンアセンブリ２は外側シャフト２４に接続されることが好ましい。外側シャフト２４は、その中で内側シャフト２２が独立して回転することができるような中空であることが好ましい。中間タービンアセンブリ１０を含む場合は、シャフト２２、２４とは独立して回転する第３の中空中間シャフト（図示せず）を含むことも好ましいであろう。内側シャフト２２はまた、中空であってもよい。
【００２５】
外側シャフト２４は、回転ハウジング２０内に存在することが好ましく、ベース１８内に位置する下部連結部２６まで下方に延在し、その中に位置することが好ましい。内側シャフト２２は、外側シャフト２４の中空部分の中に延在し、内側シャフト２２が挿入され、上部連結部１６へ接合するＨＭＳＷＴ  １の上部まで、ベース１８から上方に延在することが好ましい。次いで、この上部連結部１６は、ＨＭＳＷＴ  １の天井１４に位置する天井連結部１７内に嵌め合わされる。この天井連結部１７は、上部連結部１６より直径が大きいことが好ましい。
【００２６】
一実施形態では、内側シャフト２２が、その中にあるその長手軸を中心に回転し、内側シャフト２２と上部連結部１６内のローラベアリングとの間に締り嵌めと、低い間隔公差とを提供するように、上部連結部１６は、上部連結部１７の側壁内に位置する内部ローラベアリングと共に構築される。この構造は、材料を振動させることなく、回転動作中の安定性を可能にする。続いて、締り嵌めされた上部連結部１６は、より広い天井連結部１７へ挿入され、これは、内側タービンアセンブリ４だけでなく、外側タービンアセンブリ２およびＨＭＳＷＴ  １構造全体にも、側方安定性および頑丈さを提供する。さらにまたは代替として、天井連結部１７は、その側壁内にローラベアリングを含んでもよい。
【００２７】
ＨＭＳＷＴ  １が組み立てられ、部品が互いに嵌め合わされると、すべての構成要素が合体することにより、全体の構造強度が与えられる。したがって、ＨＭＳＷＴ  １の概念は、ねじれ、応力および歪みなど、強い流入風によって加えられる、より大きい前面の動作力に耐えることができるその設計により、より頑丈でより信頼性がある。この設計は、標準的なＨＡＷＴ水平またはＶＡＷＴ垂直の空気風力タービンと比較して、はるかに大きい気流圧力に耐え、ひいては、実質的により高い動作能力を達成することができる。その結果として、ＨＭＳＷＴ  １の概念は、電気出力に直接影響を及ぼして増加させる、より高い回転速度を達成し、その結果、発電量を増大させることができる。別の代替の実施形態では、外側タービンアセンブリ２および内側タービンアセンブリ４は、別々に取り付けられる。
【００２８】
好ましい実施形態ではまた、ＨＭＳＷＴ  １の回転運動を与える風に加えて、天井１４（図示せず）および／もしくは（図３に示されるような）ベース１８の中またはそれに近接して位置する磁気アセンブリを組み込んでもよい。工業用磁石２８は、弱い風が接近しても、しなくても、タービンアセンブリ２、４の回転を助けるための逆極性構造内に取り付けられてもよい。対応する磁気モジュール２９はまた、タービンアセンブリ２、４の上部（図示せず）および／もしくは下部、またはその周りのハウジングに取り付けられるのが好ましい。それによって、風と逆磁性との両方を組み合わせることにより、絶えずＨＭＳＷＴ  １を回転させる連続的な推進力および運動を生成することができる。
【００２９】
動作中、ベース１８内と、回転タービンアセンブリ２、４上との両方に取り付けられた磁気モジュール２８、２９は、互いに近接しており、回転力を生じる強い斥力を生成する逆極性である。これらの磁気モジュール２８、２９の設計および位置付けは、特定のタービンアセンブリ２、４のブレード構造に従って、時計回りおよび反時計回りに推進されているタービンアセンブリ２、４の回転運動を方向付ける。
【００３０】
これらのタービンアセンブリ２、４および１０の各々は、回転シャフトとギヤアセンブリとによって、個別の磁気発電機に独立して接続されてもよく、それらの回転速度およびサイクルに従って電力出力の強度を変化させる。回転タービンアセンブリおよび固定されたＨＭＳＷＴ  １構造ハウジングの上に位置するこれらの磁気リードを設置することにより、磁気リードが接近して来ると、回転運動が電気を生成する。回転タービンアセンブリ２、４および１０上のロータと、ベース１８内に位置する磁気発電機のステータ部分とによって生成された磁気極性により、電気エネルギーと電力が生産される。
【００３１】
一実施形態では、外側タービンアセンブリ２は、上部および下部のトラック／ベアリングアセンブリ３０、３２上で支持され、かつ、それらを中心に回転する。これらのトラック／ベアリングアセンブリ３０、３２は、回転運動と回転速度を制限せずに、側方安定性を可能にする。トラック／ベアリングアセンブリは、当業者によって理解されるであろうように構成され、トラック（図示せず）の周りに取り付けられたベアリングを含むことが好ましい。シャフト２２により内側タービンアセンブリ４が回転することができ、一方、トラック／ベアリングアセンブリ３０、３２により外側タービンアセンブリ２が自由に回転することができる。代替の一実施形態では、タービンアセンブリ２、４の両方またはすべてが、トラック／ベアリングアセンブリ３０、３２上に取り付けられてもよい。別の代替例では、１つまたは複数のタービンアセンブリ２、４、１０は、磁気モジュール２８、２９によって生成された磁気空気クッション上に着座してもよい。これにより、推進力だけでなく、同時に上記の空気のクッションが与えられるであろう。
【００３２】
ＨＭＳＷＴ１は、可変ブレードピッチ設計を有するブレード６、８を組み込んでもよい。上述のように、外側タービンアセンブリ２の設計および回転運動は、気流を内側に引きながら、同時に、気流を内側タービンアセンブリ４の方へ押し付けて、その速度と圧力を増加させる。次いで、この気流は、内側タービンアセンブリ４に逆の回転運動を強制する。この逆回転を生じさせるために、好ましい実施形態では、タービンアセンブリ２、４内のブレード６、８は、強められた重要な湾曲を備えた固定位置ブレードである。
【００３３】
ブレード６、８および１２の例示的形状ならびに配向は図４に示される。理解されるように、そのようなブレード６、８および１２は、タービンアセンブリ２、４および１０内に設置されるように、同心環に構成されるであろうが、説明しやすくするために、そのようなブレード６、８および１２は、互いに実質的に線形であるように図４に示される。これらのブレード６、８および１２の形状および配向は、回転運動を生成するだけでなく、気流４０を後のタービンアセンブリの方へ内側に押し付けて、後のタービンアセンブリの逆回転を誘導する。タービンアセンブリ２、４、１０の複数のブレード設計は、強い回転運動を発生させながら、同時に気流を内側に移動させる収束効果を生成し、その速度と圧力を増加させる。これらのタービンアセンブリ２、４および１０のブレード６、８および１２、ならびに、反りの設計は、流入気流４０を受けると、次いで、この気流４０が案内され、吸い上げられ、内側に方向を変えながら、同時に気流４０の速度および圧力を増加させるようなものである。次いで、この気流４０は、内側タービンアセンブリ４のブレード８、または、代替の実施形態では中間タービンアセンブリ１０に接して来て内側に移動しその反対の回転推力および運動を生成する。
【００３４】
図５Ｂおよび図５Ｃに示されるように、一実施形態では、ブレード６、８および１２は、可変前縁スラット４６ａもしくは、スロットウィングレット４６ｂおよび／または、後縁ウィングレット４４と共に設計されてもよい。そのようなスラット４６ａ、スロット４６ｂおよびウィングレット４４は、特に高回転速度での乱流、振動および抗力４０ａを低減するために、ブレード６、８および１２を横切る気流の層流および方向を改善する。その結果、発電の増加につながる、各タービンアセンブリ２、４および１０の回転推力能力がより大きくなる。
【００３５】
したがって、少なくとも３つのタービンアセンブリを含む一実施形態では、ブレード６の設計および配向により、一方向に回転する外側タービンアセンブリ２によって、気流４０は高圧で内側に推進され、中間タービンアセンブリ１０が反対方向に回転するように誘導して強制する。次いで、今度は中間タービンアセンブリ１０が、このプロセスを繰り返し、気流４０を内側タービンアセンブリ４へ誘導して強制し、中間タービンアセンブリ１０と反対で、外側タービンアセンブリ２と同じ方向に、内側タービンアセンブリ４を回転させる。この誘導された回転プロセスおよび逆カップリング効果は、これら多段のタービンアセンブリが、同時であるが任意の前後のタービンアセンブリと反対の回転方向に動作するのを可能にし、次いで、利用され、エネルギーおよび電力に変換され得る運動へつながる、膨大な力および圧力を発生させる。
【００３６】
好ましい実施形態では、ブレード６、８および１２、ならびに、タービンアセンブリ２、４および１０は、アルミニウム、チタン、炭素繊維または、高引張強度、耐久性、軽量および要素に対する抵抗を最も良好に提供する合金と材料との任意の組合せから構築されてもよい。これにより、ＨＭＳＷＴ  １が設置されるであろう動作環境に従って動作能力が増加する。ブレード６、８および１２、ならびに、タービンアセンブリ２、４および１０に使用される構成材料は、保持された高い流入気流圧力に対処でき、増加した回転速度に適応することが好ましい。理解されるように、構造仕様および使用される材料は、動作条件、ならびにＨＭＳＷＴ  １がさらされ、機能するサイト環境条件に依存する。好ましい実施形態では、タービンブレード６、８および１２、ならびに、アセンブリ２、４および１０の構造内で使用される最適な金属は、頑丈さおよび軽量構造を提供するために、アルミ合金および／または複合材料および／または木材である。タービンアセンブリ２、４および１０内のブレード６、８および１２の数、それらのサイズ、厚さ、反り、ならびに、深さは、ＨＭＳＷＴ  １の直径、サイズ、および電力出力範囲、ならびに特定の動作設計要件によって変わってもよい。
【００３７】
ＨＭＳＷＴ  １が適合し、機能する環境条件および動作場所により、また、設計パラメータおよびユニット仕様が決定される。好ましい一実施形態では、複数のタービンアセンブリのブレードおよび反りの設計は、気流の動きを後方に増強し加速するために、図６Ｂからわかるように、翼の厚さと同様に、上部および下部の反りの、流線形であるが強められた湾曲を有する航空翼設計に類似する。図６Ｂに示されるように、ブレードは、その前縁で丸みをつけられ、反り厚さがブレードの正面近くでより大きくなるように広がり、比較的鋭い後縁まで狭くなることが好ましい。一般に、ブレードは、上部の反りが下部の反りより厚さが厚いことが好ましい。
【００３８】
図６Ａからわかるように、各タービンアセンブリ２、４および１０は、タービンアセンブリの頂部および底部のどちらかまたは両方で水平に位置する枢動リング５６および５８を含んでもよい。ブレード６、８もしくは１２の前縁および／または後縁は、点５２および５４でそれぞれ枢動リング５６および５８に接続されてもよい。さらにまたは代替として、ブレード６、８または１２は各々、枢動ベアリングアセンブリ４８、５０に接続されてもよい。枢動リング５６、５８、および／または、枢動ベアリングアセンブリ４８、５０は、ブレード６、８および１２を枢動させ、それらのピッチを調整するのに使用されてもよい。枢動リング５６、５８、および／または、枢動ベアリングアセンブリ４８、５０は、他のタービンアセンブリ２、４および１０とは別に、各それぞれのタービンアセンブリ２、４および１０内のブレードピッチを同時に調整するために、ブレード６または８または１２を共に接続してもよい。当技術分野で理解されるであろうようなモータ（図示せず）が、ブレード６、８および１２を回転させるために利用されてもよい。
【００３９】
ブレード設計はまた、乱流および効率の制限を避けるために、線形気流を促進し維持する。ブレードを、互いに関連させて同じタービンアセンブリ内に位置付けするのと同様に、ブレード設計における上部および下部の両方の反り断面の設計（図６Ｂ参照）は、気流が後方に移動し、より高い速度および静圧を生成するように、気流を圧縮し凝縮する。
【００４０】
図７に見られるような代替の一実施形態では、タービンアセンブリは、インペラと類似点を有してもよい。インペラ設計は、気流を受け、次いで、この気流を吸い上げる真空を生成して、その速度と圧力との両方を増加させることにより、この気流を誘導する。この代替の実施形態では、ブレード６０の厚さ、ならびに、上部および下部の反り幅の設計は、縮小され、高度に流線形にされ、構造を非常に薄くしてもよい。この設計構造では、タービンアセンブリ内の互いに対するブレード６０の位置付けは、気流が受けられ、それが後方に移動する時に速度が増加するようなものである。
【００４１】
先の記述および添付図面は、発明者によって現在考えられるような様々な翼構造および設計システムと同様に、本発明の特定の好ましい、および代替の実施形態、ならびに、風力発電および回生の特定の方法に関するが、本発明の精神から、決して逸脱することなく、様々な修正、変更および適応が行われてもよいことが理解される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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