(57)【要約】  本発明は、電気エネルギを得るための風力機械に関する。風力機械は、タワーを備え、タワーには、回動可能なナセルが、水平の回動軸線を中心に回動可能なロータ及び発電機とともに配置されている。風力機械は、さらに、流れてくる風の流れ方向と速度とを特定する装置と、流れてくる風に対するロータの向きを開ループ又は閉ループ式に制御する装置とを備える。速度と流れ方向とを特定する装置は、受信アンテナ対偶を有し、受信アンテナ対偶によって、電気的に影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子又は空気分子に基づいて、電気信号が得られ、相対測定装置に供給される。相間測定装置において、電気的な影響を受けた粒子又は分子が、受信アンテナ対偶の受信アンテナ間の距離を克服するのに要する時間が特定される。これに続いて、演算ユニットにおいて、風の速度と流れ方向とが算出され、ロータの配向を開ループ又は閉ループ式に制御する装置に供給される。
2021522441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略垂直に位置するタワー（１）と、タワー（１）の先端に配置された、タワー（１）の縦軸線（２）を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセル（３）と、ハブに配置された少なくとも２つのロータブレード（６）を有する、略水平に向けられた回動軸線（４）を中心に回動可能なロータ（５）と、ハブに作用接続された発電機（８）と、流れ方向（ｓ）を特定する少なくとも１つの装置（１０）と、風力機械に流れてくる風の速度（ｖ）と流れ方向（ｓ）とを特定する少なくとも１つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータ（５）の向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置（９）とを備える、風力機械において、
風力機械に流れてくる風の速度（ｖ）と流れ方向（ｓ）とを特定する少なくとも１つの装置は、
・流れてくる風が受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）の傍を通流するようにハブに配置された、真っ直ぐに延びる少なくとも４本の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）を有し、その際、Ｎは正の整数であり、
受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）は、受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）の傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）に電気的な信号が生成されるように構成されていて、
それぞれ２本の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））を形成し、受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））において、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２）の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、特定の距離（ａ）を置いて相互に平行に、ロータ（５）の回動軸線（４）に関して前後に配置されていて、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２）の、流れてくる風の流れ方向（ｓ）に見て第１の受信アンテナ（１２．１１，１２．２１，．．．１２．Ｎ１）の傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２）の、流れてくる風の流れ方向（ｓ）に見て第２の受信アンテナ（１２．１２，１２．２２．．．１２．Ｎ２）の傍をも通過し、
少なくとも１つの対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、ロータ（５）の回動軸線（４）に対して、又は受信アンテナ対偶（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））間に位置する直線（１７）とロータ（５）の回動軸線（４）とによって形成された平面に対して、１０°＜α１＜８０°、好適には１５°＜α１＜６０°の角度α１で配置されていて、少なくとも１つの他の対応する受信アンテナ対偶（（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））の受信アンテナ（１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、ロータ（５）の回動軸線（４）に対して、又は受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））間に位置する直線（１７）とロータ（５）の回動軸線（４）とによって形成された平面に対して、−１０°＞α２＞−８０°、好適には−１５°＞α２＞−６０°の角度α２で配置されていて、
・少なくとも１つの相関測定装置（１５）を有し、
相関測定装置（１５）は、相関測定によって、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））を形成する受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）間の距離（ａ）を克服するのに要する時間（ｔ）を特定可能であるように構成されていて、
ロータ（５）の回動軸線（４）に対して、又は受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））間に位置する直線（１７）とロータ（５）の回動軸線（４）とによって形成された平面に対して角度α１で配置された、対応する第１の受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）と、角度α２で配置された、対応する第２の受信アンテナ対偶（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．（Ｎ＋１）１−１２．（Ｎ＋１）２））の受信アンテナ（１２．２１，１２．２２．．．１２．（Ｎ＋１）１，１２．（Ｎ＋１）２）とが、相関測定装置（１５）のそれぞれ１つの入力に接続されていて、
・距離（ａ）と、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．（Ｎ＋１）１−１２．（Ｎ＋１）２））を形成する受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）間の距離（ａ）を克服するのに要する時間（ｔ）とから、それぞれの速度（ｖ１．．．ｖｎ）を算出する演算ユニット（１６）を有し、
それぞれの速度（ｖ１．．．ｖｎ）は、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））の相互に平行に配置された線形の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）に対して垂直に位置する、流れてくる風の速度（ｖ）の方向成分であり、流れてくる風の方向成分の速度（ｖ１．．．ｖｎ）から、流れてくる風の速度（ｖ）と流れてくる風の流れ方向（ｓ）とを算出する、
風力機械。
【請求項２】
略垂直に位置するタワー（１）と、タワー（１）の先端に配置された、タワー（１）の縦軸線（２）を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセル（３）と、ハブに配置された少なくとも２つのロータブレード（６）を有する、略水平に向けられた回動軸線（４）を中心に回動可能なロータ（５）と、ハブに作用接続された発電機（８）と、ロータ（５）の回動軸線（４）上に位置するようにハブの先端に配置された、ハブから離反するランス（１１）と、流れ方向（ｓ）を特定する少なくとも１つの装置（１０）と、風力機械に流れてくる風の速度（ｖ）と流れ方向（ｓ）とを特定する少なくとも１つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータ（５）の向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置（９）とを備える、風力機械において、
風力機械に流れてくる風の速度（ｖ）と流れ方向（ｓ）とを特定する少なくとも１つの装置は、
・流れてくる風が受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）の傍を通流するようにランス（１１）に配置された線形の少なくとも４本の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）を有し、その際、Ｎは正の整数であり、
受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）は、受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）の傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）に電気的な信号が生成されるように構成されていて、
それぞれ２本の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））を形成し、受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））において、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２）の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、特定の距離（ａ）を置いて相互に平行に、ロータ（５）の回動軸線（４）に関して前後に配置されていて、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２）の、流れてくる風の流れ方向（ｓ）に見て第１の受信アンテナ（１２．１１，１２．２１，．．．１２．Ｎ１）の傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２）の、流れてくる風の流れ方向（ｓ）に見て第２の受信アンテナ（１２．１２，１２．２２．．．１２．Ｎ２）の傍をも通過し、
少なくとも１つの対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、ロータ（５）の回動軸線（４）に対して、１０°＜α１＜８０°、好適には１５°＜α１＜６０°の角度α１で配置されていて、少なくとも１つの他の対応する受信アンテナ対偶（（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））の受信アンテナ（１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、ロータ（５）の回動軸線（４）に対して、−１０°＞α２＞−８０°、好適には−１５°＞α１＞−６０°の角度α２で配置されていて、
・少なくとも１つの相関測定装置（１５）を有し、
相関測定装置（１５）は、相関測定によって、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））を形成する受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）間の距離（ａ）を克服するのに要する時間（ｔ）を特定可能であるように構成されていて、
ロータ（５）の回動軸線（４）に対して角度α１で配置された、対応する第１の受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）と、角度α２で配置された、対応する第２の受信アンテナ対偶（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．（Ｎ＋１）１−１２．（Ｎ＋１）２））の受信アンテナ（１２．２１，１２．２２．．．１２．（Ｎ＋１）１，１２．（Ｎ＋１）２）とが、相関測定装置（１５）のそれぞれ１つの入力に接続されていて、
・距離（ａ）と、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））を形成する受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）間の距離（ａ）を克服するのに要する時間（ｔ）とから、それぞれの速度（ｖ１．．．ｖｎ）を算出する演算ユニット（１６）を有し、
それぞれの速度（ｖ１．．．ｖｎ）は、対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））の相互に平行に配置された線形の受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）に対して垂直に位置する、流れてくる風の速度（ｖ）の方向成分であり、流れてくる風の方向成分の速度（ｖ１．．．ｖｎ）から、風の速度（ｖ）とロータ（５）の回動軸線（４）に対する流れてくる流れてくる風の流れ方向（ｓ）とを算出する、
風力機械。
【請求項３】
対応する受信アンテナ対偶（（１２．１１−１２．１２），（１２．２１−１２．２２）．．．（１２．Ｎ１−１２．Ｎ２））を形成する受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）は、相互に平行に配置された棒又は線材として構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の風力機械。
【請求項４】
ハブにスピナ（７）が配置されていて、受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、スピナ（７）の壁部上に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の風力機械。
【請求項５】
ハブに、誘電作用を有する材料からなるスピナ（７）が配置されていて、受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、スピナ（７）の壁部の内部に又はスピナ（７）の壁部の内側に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載の風力機械。
【請求項６】
ハブに、スピナ（７）が配置されていて、受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）が、それぞれ、相互に電気的に接続された、一直線に配置された、スピナ（７）から突出する複数の針によって形成されることを特徴とする、請求項１に記載の風力機械。
【請求項７】
・０．０１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する電極輪郭を具備する少なくとも１つの電極部分を有する少なくとも１つの電極（１３）が、ロータ（５）の回動軸線（４）に関して、かつ風力機械に流れてくる風の流れ方向（ｓ）に関して、風力機械に流れてくる風の流れ方向（ｓ）とは逆向きに、第１の受信アンテナ（１２．１１，１２．２１．．．１２．Ｎ１）、１００ｍｍ〜１５００ｍｍ、好適には約２００ｍｍの距離を置いて、風力機械に流れてくる風の流れ方向（ｓ）に関して第１の受信アンテナ（１２．１１，１２．２１．．．１２．Ｎ１）の手前に配置されていて、０．０１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する電極輪郭を具備する電極部分の周りを流れる風の少なくとも一部が、５００ｍｍ未満の距離で順次受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）の傍を通流し、
・電極（１３）に対して電気的に作用する少なくとも１つの対電極（１８）が形成されていて、
・風力機械は、１２ｋＶ≦｜Ｕ｜≦２０ｋＶ、好適には１５ｋＶ≦｜Ｕ｜≦１７ｋＶの値の電圧Ｕを有する高電圧源（１４）を具備し、電極（１３）と対電極（１８）とは、高電圧源（１４）の異なる極に接続されている
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の風力機械。
【請求項８】
風力機械が、導電性のハブを有し、ハブは、電気的に電極（１３）に対する対電極（１８）として接続されていて、つまり高電圧源（１４）の１つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１及び請求項７に記載の風力機械。
【請求項９】
ハブに導電性のランス（１１）が配置されていて、ランス（１１）は、電気的に電極（１３）に対する対電極（１８）として接続されていて、つまり高電圧源（１４）の１つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項２及び請求項７に記載の風力機械。
【請求項１０】
ハブに導電性のスピナ（７）が配置されていて、スピナ（７）は、電気的に電極（１３）に対する対電極（１８）として接続されていて、つまり高電圧源（１４）の１つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の風力機械。
【請求項１１】
電極（１３）は、陰極として接続されていて、対電極（１８）は、接地電位に接続されていることを特徴とする、請求項７に記載の風力機械。
【請求項１２】
電極（１３）は、スピナ（７）から突出する少なくとも１つの棒として、又はスピナ（７）から突出する少なくとも１つの針として構成されていることを特徴とする、請求項７から１１のいずれか１項に記載の風力機械。
【請求項１３】
電極（１３）は、０．０１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する輪郭を具備する１つ又は複数の尖端又はエッジを有する、又は０．１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する線材として構成されていることを特徴とする、請求項７から１２のいずれか１項に記載の風力機械。
【請求項１４】
受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）は、回動可能なロータ（５）に固く結合されていて、回動可能なロータ（５）の回動角度を検出する回動角度検出装置が設けられていて、回動角度検出装置は、演算装置（１６）に作用接続されていて、回動可能なロータ（５）の回動角度は、流れてくる風の方向の算出に影響を及ぼすことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の風力機械。
【請求項１５】
受信アンテナ（１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２．．．１２．Ｎ１，１２．Ｎ２）は、回動可能なロータ（５）に固く結合されていて、ロータ（５）とともにロータ（５）の回動軸線（４）を中心に回動する少なくとも１つの点を検出する装置が設けられていて、ロータ（５）とともにロータ（５）の回動軸線（４）を中心に回動する少なくとも１つの点を検出する装置は、演算装置（１６）に作用接続されていて、ロータ（５）とともにロータ（５）の回動軸線（４）を中心に回動する少なくとも１つの点を検出する装置の出力信号が、流れてくる風の方向の算出に影響を及ぼすことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１項に記載の風力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に風力機機械のロータに流れてくる風から電気エネルギを得るための風力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
冒頭で述べた風力機械は、略垂直に位置するタワーと、タワーの先端に配置された、タワーの縦軸線を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセルと、ハブに配置された少なくとも２つのロータブレードを有する、略水平に向けられた回動軸線を中心に回動可能なロータと、ハブに作用接続された発電機と、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する少なくとも１つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータの向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置と、を備える。風力機械の有効性、つまりその作用効率は、風力機械に流れてくる風に対するロータの向きに大きく依存する。最近の風力機械は、さらに、水平線に対する回動可能なロータの回動軸線の向きを開ループ又は閉ループ式に制御して変更し、ゆえに水平とは異なる風の流れ方向にもロータの配向を可能にすることができる他、ロータブレードの位置を開ループ又は閉ループ式に制御して変更し、ゆえに流れてくる風から得ることができるエネルギの値を、流れてくる風の速度に応じたロータブレードの風負荷の変化によって変化させることができる。風力機械に流れてくる風から電気エネルギを得るには、風力機械に流れてくる風の速度及び流れ方向をできるだけ正確に知ることが重要である。
【０００３】
風力機械において、風速を特定するために、ナセルの屋根に配置された風杯型風速計が広く普及している。風向きを特定するために、同様にナセルの屋根に風向計が配置されている。しかし、ナセルの屋根に、風の速度及び流れ方向を特定する手段を配置することには問題があり、通常、不正確な結果しかもたらされない。というのも、風の速度及び流れ方向がロータの後方で検出され、ロータの回動による影響を受けるからである。
【０００４】
欧州特許出願公開第１２８８４９４号明細書において、風力機械のロータの手前、つまりハブに配置可能な風ベクトル特定機器が知られていて、そこでは、流れてくる風の速度及び流れ方向が、少なくとも２つのピトー管を用いて特定される。ピトー管の動圧開口は、様々に空間に向けられている。これにより、風の速度と流れ方向との両方を特定することが可能になる。しかし、ピトー管は、汚染及び／又は凍結による不都合な影響を極めて受けやすい。これに対する防護手段は可能であるが、煩雑である。そのため、流れてくる風の速度及び流れ方向の特定が不正確になってしまうおそれがある。
【０００５】
流れてくる風の速度及び／又は流れ方向を特定するために超音波型風向風速計を有する風力機械が知られている。ゆえに、例えば独国特許出願公開第１０２０１５００３０６９号明細書において、流れてくる風の少なくとも１つの特性を求めるための、風力機械に配置可能な超音波型風向風速計が記載されている。超音波型風向風速計は、音波を放出する少なくとも１つの送信機と、放出された音波を少なくとも部分的に記録する少なくとも２つの受信機と、送信機と少なくとも２つの受信機との間の音波の通過時間をその都度特定する他、そこから、流れてくる風の速度及び／又は流れ方向を求める評価ユニットとを有する。超音波型風向風速計の欠点は、常に較正が必要であり、汚染、湿潤及び凍結による不都合な影響を受けやすいことにある。
【０００６】
欧州特許第０９７０３０８号明細書において、レーザ型風速測定システムとして構成された風速測定システムを有する風力機械が知られていて、そこでは、レーザビームが、流れてくる風に対して照射され、レーザビームは、流れてくる風に連行された粒子と相互作用し、その際、この相互作用が検出され、評価され、粒子の速度に相応する速度信号が生成される。流れてくる風に対して様々な方向に照射されることによって、流れてくる風の速度場を求めることができる。この場合の欠点は、レーザ風速測定システムが極めて煩雑であることである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１２８８４９４号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２０１５００３０６９号明細書
【特許文献３】欧州特許第０９７０３０８号明細書
【０００８】
本発明の課題は、流れてくる風に対する、風力機械のロータの、不都合な影響をほとんど受けない配向が高い精度で達成される、冒頭で述べたタイプの風力機械を提供することである。
【０００９】
本発明によれば、この課題は、請求項１又は２の特徴を有する風力機械によって解決される。請求項３〜１５は、本発明の有利な形態を述べている。
【００１０】
本発明に係る風力機械は、略垂直に位置するタワーと、タワーの先端に配置された、タワーの縦軸線を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセルと、ハブに配置された少なくとも２つのロータブレードを有する、略水平に向けられた回動軸線を中心に回動可能なロータと、ハブに作用接続された発電機と、流れ方向を特定する少なくとも１つの装置と、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する少なくとも１つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータの向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置とを備える。本発明の第１の構成では、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する少なくとも１つの装置は、流れてくる風が受信アンテナの傍を通流するようにハブに配置された、線形の少なくとも４本の受信アンテナを有する。この場合、受信アンテナは、受信アンテナの傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナに電気的な信号が生成されるように構成されている。それぞれ２本の受信アンテナが、対応する受信アンテナ対偶を形成し、受信アンテナ対偶において、受信アンテナは、特定の距離を置いて相互に平行に、ロータの回動軸線に関して前後に配置されていて、流れてくる風の流れ方向に見て第１の受信アンテナの傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、流れてくる風の流れ方向に見て第２の受信アンテナの傍をも通過する。少なくとも１つの対応する受信アンテナ対偶の受信アンテナは、ロータの回動軸線に対して、又は受信アンテナ対偶間に位置する直線とロータの回動軸線とによって形成された平面に対して、１０°＜α１＜８０°、好適には１５°＜α１＜６０°の角度α１で配置されていて、少なくとも１つの他の対応する受信アンテナ対偶の受信アンテナは、ロータの回動軸線に対して、又は受信アンテナ対偶間に位置する直線とロータの回動軸線とによって形成された平面に対して、−１０°＞α２＞−８０°、好適には−１５°＞α２＞−６０°の角度α２で配置されている。風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する装置は、さらに、少なくとも１つの相関測定装置を有し、相関測定装置は、相関測定によって、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶を形成する受信アンテナ間の距離を克服するのに要する時間が特定可能であるように構成されている。ロータの回動軸線に対して、又は受信アンテナ対偶間に位置する直線とロータの回動軸線とによって形成された平面に対して角度α１で配置された、対応する第１の受信アンテナ対偶の受信アンテナと、角度α１で配置された、対応する第２の受信アンテナ対偶の受信アンテナとが、相関測定装置のそれぞれ１つの入力に接続されていて、これにより、それぞれ相間測定によって、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、受信アンテナ対偶の対応する受信アンテナの間の距離を克服するのに要する時間が特定可能である。この場合、１本の受信アンテナ又は複数の受信アンテナは、受信アンテナ対偶間に位置する直線とロータの回動軸線とによって形成された前述の平面を貫通するよう���配置することもできる。最後に、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する少なくとも１つの装置は、電気的に影響を受けた粒子及び分子が受信アンテナ対偶の２つの受信アンテナ間を移動するそれぞれの速度を算出する演算ユニットを有する。速度は、距離と、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶を形成する受信アンテナ間の距離を克服するのに要する時間とから算出される。この場合、受信アンテナ対偶の受信アンテナ間の粒子及び分子のそれぞれの速度は、対応する受信アンテナ対偶の、相互に平行に配置された線形の受信アンテナに対して垂直に位置する、流れてくる風の速度の方向成分に対応する。この場合、前述の受信アンテナ対偶によって特定される、流れてくる風の方向成分の速度から、三角測量によって、流れてくる風の速度と、ロータの回動軸線に対する、流れてくる風の流れ方向が算出される。この場合、流れてくる風の流れ方向に基づいて、風力機械に流れてくる風に対するロータの配向を行うことができ、その際、配向は、有利には、ロータブレードによって形成された円平面が風向きに対して可能な限り直角に位置するように行われる。
【００１１】
風力機械が、さらに、風力機械に流れてくる風の流れ方向を少なくとも大まかに特定する装置を有することが有利であり得る。このさらなる装置は、例えば風向計であり得、風向計によって、流れてくる風の流れ方向が大まかに特定され、風力機械に流れてくる風に対するロータの大まかな配向が行われる。次いで、流れてくる風の流れ方向の正確な特定が、前述の装置を用いて行われる。
【００１２】
風力機械が、ロータブレードの位置を変更する手段を有する場合には、流れてくる風の速度を、ロータブレードの位置を開ループ又は閉ループ式に制御するための値として用いることができる。
【００１３】
本発明の別の構成では、風力機械は、ロータの回動軸線上に位置するようにハブの先端に配置された、ハブから離反するランスを有する。本発明のこのような構成では、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する装置が、流れてくる風が受信アンテナの傍を通流するように、ランスに配置された線形の少なくも４本の受信アンテナを有する。受信アンテナは、すでに述べられたように、受信アンテナの傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナに電気的な信号が生成されるように構成されている。本発明のこの第２の構成でも、それぞれ２本の受信アンテナが、対応する受信アンテナ対偶を形成し、受信アンテナ対偶において、受信アンテナは、特定の距離を置いて、相互に平行に、ロータの回動軸線に関して前後に配置されていて、流れてくる風の流れ方向に見て第１の受信アンテナの傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、流れてくる風の流れ方向に見て第２の受信アンテナの傍をも通過する。少なくとも１つの対応する受信アンテナ対偶の受信アンテナが、ロータの回動軸線に対して、１０°＜α１＜８０°、好適には１５°＜α１＜６０°の角度α１で配置されていて、少なくとも１つの他の対応する受信アンテナ対偶の受信アンテナが、ロータの回動軸線に対して、−１０°＞α２＞−８０°、好適には−１５°＞α１＞−６０°の角度α２で配置されている。風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する装置は、さらに、すでに本発明の第１の構成において述べられた特徴を有する、少なくとも１つの相間測定装置と演算ユニットとを有する。
【００１４】
好適には、対応する受信アンテナ対偶を形成する受信アンテナは、相互に平行に配置された棒又は線材として構成されている。受信アンテナは、好適には、１００ｍｍ〜１０００ｍｍの長さを有し、好適には、同一の長さに構成されている。対応する受信アンテナ対偶を形成する２本の受信アンテナの距離ａは、好適には、１００ｍｍ≦ａ≦１０００ｍｍである。受信アンテナは、互いに対してかつ風力機械の導電性の部分に対して電気的に絶縁されて配置されている。
【００１５】
受信アンテナが棒又は線材として構成されているとき、１つ又は複数の受信アンテナが、棒又は線材の長手方向に、電気的にかつ場合によっては機械的にもセグメント化されて構成されていて、この場合、受信アンテナを形成する棒セグメント又は線材セグメントが、セグメントの長手方向に相互に整列して配置されていると有利であり得る。受信アンテナのセグメントは、電気的に直列に接続することができ、電気的にセグメント化された受信アンテナは、いわば電気的なユニットとして、相関測定装置の入力に接続することができる。しかも、電気的にセグメント化された受信アンテナの各セグメントは、相関測定装置の別個の入力に電気的に接続することもできる。
【００１６】
ロータのハブにスピナが配置されるとき、受信アンテナは、電気的に相互に接続され、直線状に配置され、スピナから突出する複数の棒又は針によって構成することができる。当然のこととして、ロータのハブにスピナが配置されるとき、全ての受信アンテナは、前述されたように、電気的に相互に接続され、直線状に配置され、スピナから突出する複数の棒又は針によって形成することができる。スピナが、導電性の材料から形成されるとき、棒又は針は、スピナに対して電気的に絶縁されて配置されている。
【００１７】
本発明の特に好適な構成では、風力機械に流れてくる風の流れの方向とは逆向きに、風力機械に流れてくる風の流れ方向に関して第１の受信アンテナに向けて、１００ｍｍ〜１５００ｍｍ、好適には約２００ｍｍの距離を置いて、第１の受電アンテナの手前に、電極が配置されている。電極は、０．０１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する電極輪郭を具備する少なくとも１つの電極部分を有する。この場合、電極は、０．１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する輪郭を具備する１つ又は複数の尖端又はエッジを有することができる、又は０．１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する線材として構成することができる。電極は、０．０１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する電極輪郭を具備する電極部分の周りを流れる風の少なくとも一部が、次いで５００ｍｍ未満の距離を置いて受信アンテナの傍を通流するように配置されている。この電極に対して、風力機械に、電気的に作用する少なくとも１つの対電極が配置されている又は形成されている。本発明の特に好適な構成では、風力機械は、１２ｋＶ≦｜Ｕ｜≦２０ｋＶ、好適には１５ｋＶ≦｜Ｕ｜≦１７ｋＶの値の電圧Ｕを有する高電圧源を具備し、電極と対電極とは、高電圧源の異なる極に接続されている。
【００１８】
高電圧源は、持続的な電圧Ｕを生成する、又は１２ｋＶ≦｜Ｕ｜≦２０ｋＶ、好適には１５ｋＶ≦｜Ｕ｜≦１７ｋＶの間の電圧Ｕの最大値と約１ｍｓのパルス持続時間とを有する電圧パルスを生成するように構成することができる。この場合、ランダムで非周期的なパルスパターンや周期的に繰り返されるパルスパターンが有利であり得る。周期的に繰り返されるパルスパターンは、例えば電圧Ｕ及び約１ｍｓのパルス持続時間のｎ個のパルスを有することができ、そこでは、２≦ｎ≦８０、好適には６≦ｎ≦３０である。ｎ個のパルスのパルスパターンは、周期的に、０．２ｓ〜３．０ｓ、好適には１．０ｓ〜１．５ｓの周期時間で繰り返すことができる。
【００１９】
風力機械に流れてくる風の流れの方向とは逆向きに受信アンテナの手前に電極が配置され、対電極が形成されたことによって、流れてくる風の少なくとも一部が、電圧Ｕの影響を受ける。流れてくる風に導かれた空気分子及び／又は粒子がイオン化される。負に帯電された電極の場合、電解放出によっても自由電子を放出して、流れてくる風に導かれた空気分子及び／又は粒子と電気的に相互作用することができる。その際に生じる正負の電荷担体は、電極と対電極との間に形成された電界Ｅ→の作用によって駆動される。その電荷が電極と同一の正負符号を有する電荷担体は、電極から対電極の方へ移動する。電界Ｅ→によって駆動されて移動する電荷担体は、流れてくる風に導かれた分子と相互作用し、電荷担体は、これにより電気的に影響を受けるので、流れてくる風の電気的に影響を受けた分子が受信アンテナの傍を通過するとき、静電誘導によって、受信アンテナに電気信号が生成され、この電気信号は、次いで、前述のように、相関測定装置に供給される。
【００２０】
対電極は、特別に構成して配置することができる。対電極は、例えば受信アンテナの近傍に配置された導電性のプレートによって形成することができる。対電極は、風力機械の導電性の構成部材、例えばロータのハブによって、又は存在する場合にはハブに配置されたランスによって、又は存在する場合にはスピナ（これが導電性の材料からなるとき）によって、又は風力機械の他の導電性の構成部材によって形成することもできる。電極及び対電極の配置及び構成にとって、受信アンテナの領域で電界Ｅ→が、３Ｖ／ｍ未満の電界強度を有することが重要である。電極と対電極とは、それぞれ高電圧源の１つの極に接続されている。この場合、好適には、電極は、陰極として接続されていて、対極は、接地電位に接続されている。
【００２１】
好適には、電極は、スピナから突出する少なくとも１つの棒として、又はスピナから突出する少なくとも１つの針として構成されている。この場合、棒又は針として構成された電極は、０．０１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する電極輪郭を具備する少なくとも１つの電極部を有する。棒又は針として構成された電極は、０．０１ｍｍ≦ｒｍ≦１．２ｍｍの平均半径ｒｍを有する輪郭を具備する１つ又は複数の尖端又はエッジを有することができる。
【００２２】
電極は、選択的に、一体に又はマルチピースで構成することができる。
【００２３】
風力機械に流れてくる風において、流れてくる風の流れ方向とは逆向きに、受信アンテナの手前に、電圧を導く電極が配置されたこと、対電極が配置されたこと又は構成されたことの格別な利点は、電気的に影響を受けた粒子又は分子による、流れてくる風の負荷が極めて小さい場合、又は霧、雨、雪などの特別な気象条件のとき、風力機械に流れてくる風に、十分な数の電気的に影響を受けた分子が生成され、分子が、受信アンテナの傍を通流するときに静電誘導によって受信アンテナに電気信号を生成し、電気信号は、次いで、相対測定装置に供給されることにある。
【００２４】
受信アンテナ及び場合によっては配置される電極が、回動可能なロータに固く結合されているとき、風力機械は、さらに、回動可能なロータの回動角度を検出する回動角度検出装置を有することができる。回動角度検出装置は、演算装置に作用接続することができる。回動可能なロータの回動角度は、流れてくる風の流れ方向の算出に影響を及ぼすことができる。回動可能なロータの回動角度を検出する回動角度検出装置の代わりに、ロータとともにロータの回動軸線を中心に回動可能な自由に選択可能な少なくとも１つの点を検出する装置を設けることもできる。ロータとともにロータの回動軸線を中心に回動可能な自由に選択可能な少なくとも１つの点を検出する装置は、演算装置に作用接続することもできる。ロータの回動軸線を中心に回動可能な自由に選択可能な少なくとも１つの点の周期的な繰り返しを信号通知する、ロータとともにロータの回動軸線を中心に回動可能な自由に選択可能な少なくとも１つの点を検出する装置は、流れてくる風の流れ方向の算出に影響を及ぼすことができる。
【００２５】
風力機械のロータ又はスピナに受信アンテナが配置されているとき、受信アンテナは、導電性の材料からなる、ロータ又はスピナに電気的に絶縁されて接着されたシートストリップとして構成することができる。
【００２６】
以下、２つの実施例に基づいて本発明を詳説する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】ロータの回動軸線上に位置するようにハブの先端に配置されたランスを有する風力機械の第１の構成を示す。
【図２】ロータの回動軸線上に位置するようにハブの先端に配置されたランスを、ランスに配置された電極及び受信アンテナとともに詳細に示す。
【図３】スピナ上に配置された受信アンテナを有する風力機械の第２の構成を示す。
【図４】スピナ上に配置された受信アンテナを詳細に示す。
【図５】スピナの壁部内に配置された受信アンテナを有する風力機械の第２の構成の別の形態を示す。
【図６】スピナの壁部内に配置された受信アンテナを詳細に示す。
【図７】スピナの壁部内に配置された受信アンテナ及び対電極とともにスピナの壁部の断面を示す。
【図８】配置された受信アンテナ及び対電極とともにスピナの壁部の断面を示す。
【図９】電極及びスピナ上に配置された受信アンテナとともにスピナの一部を示す。
【図１０ａ】スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。
【図１０ｂ】スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。
【図１０ｃ】スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。
【図１０ｄ】スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。
【図１０ｅ】スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。
【００２８】
図１は、略垂直に位置するタワー１と、タワー１の先端に配置された、タワー１の縦軸線２を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセル３とを有する風力機械の第１の構成を示す。ナセル３には、ハブに配置された３つのロータブレード６を有する、略水平に向けられた回動軸線４を中心に回動可能なロータ５が配置されている。この場合、ハブは、カバーとしてのスピナ７を支持し、したがって視認不能である。ナセル３内に配置された発電機８が、ハブに作用接続されている。風力機械は、さらに、風力機械に流れてくる風に対するロータ５の向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置９と、風力機械に流れてくる流れる風の流れの流れ方向を特定する、風向計１０として構成された装置とを有する。最後に、風力機械は、風力機械に流れてくる風の速度ｖと流れ方向ｓを特定する装置を有する。風力機械に流れてくる風の速度ｖと流れ方向ｓとを特定する前述の装置は、ランス１１に配置された４本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２と、ランス１１の尖端に配置された電極１３と、高電圧源１４と、相関測定装置１５と、演算装置１６とから構成されている。
【００２９】
ランス１１は、ハブに配置されていて、図２に示されているように、スピナ７の先端から突出する。ランス１１は、ロータ５の回動軸線４上に位置する。ランス１１には、４本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２が、互いに対してかつランス１１に対して電気的に絶縁されて配置されている。それぞれ２本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２又は１２．２１，１２．２２は、距離ａを置いて相互に平行に配置されていて、ゆえに対応する第１及び第２の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２及び１２．２１−１２．２２を形成する。第１の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２は、ロータ５の回動軸線４に対して４０°の角度α１で、また第２の受信アンテナ対偶１２．２１−１２．２２は、ロータ５の回動軸線４に対して−４０°の角度α２で、ランス１１に配置されている。しかし、角度α１と角度α２との値は、同一の大きさでなくてもよい。各受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、相関測定装置１５のそれぞれ１つの入力に電気的に接続されている。受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、棒状に構成されていて、約１０００ｍｍの長さを有する。ランス１１の尖端に、流れてくる風の流れ方向Ｓで見て第１の受信アンテナ１２．１１，１２．２１に対して約２００ｍｍの距離を置いて電極１３が配置されている。電極１３の両端は、エッジ状に構成されていて、０．８ｍｍのエッジの半径ｒｍを有する。電極１３は、ランス１１に対して電気的に絶縁されて、ランス１１に配置されていて、高電圧源１４の負極に電気的に接続されている。高電圧源１４の正極は、タワー１に電気的に接続されている。
【００３０】
流れてくる風の速度ｖと流れ方向ｓと特定するために、以下の方法が行われる。高電圧源１４によって、−１７ｋＶの電圧Ｕが供給され、電極１３に印加される。流れてくる風の少なくとも一部は、この−１７ｋＶの電圧Ｕの作用にさらされる。流れてくる風に導かれる空気分子及び／又は粒子は、この電圧の作用によって、直接にイオン化することができる。さらに、電界放出によって、自由電子を電極１３から放出することができる、又は電界電離によって、電子を、流れてくる風に導かれた分子又は粒子から放し、流れてくる風に導かれた空気分子及び／又は粒子と電気的に相互作用させることができる。その際、同様に流れてくる風に導かれた分子と相互作用し、これに電気的な影響を及ぼす電荷担体が生じる。流れてくる風の、電気的に影響を受けた分子が、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２の傍を通過するとき、電磁誘導によって、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２に電気信号が生成される。受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２及び１２．２１−１２．２２の電気信号から、相関測定によって、流れてくる風の電気的に影響を受けた分子が、対応する受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２又は１２．２１−１２．２２の受信アンテナ１２．１１と１２．１２との間の又は受信アンテナ１２．２１と１２．２２の間の距離ａを克服するのに要する時間ｔが特定される。対応する受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２又は１２．２１−１２．２２の受信アンテナ１２．１１と１２．１２との間の又は受信アンテナ１２．２１と１２．２２との間の距離ａと、流れてくる風の電気的に影響を受けた分子がこの距離ａを克服するのに要する時間ｔ１及びｔ２とから、演算ユニット１６によって、流れてくる風の速度ｖの、対応する受信アンテナ対偶１１．１１−１２．１２又は１２．２１−１２．２２の、相互に平行に配置された棒状の受信アンテナ１２．１１，１２．１２又は１２．１２，１２．２２に対して垂直に位置する方向成分にそれぞれ対応する２つの速度ｖ１及びｖ２が計算される。この場合、流れてくる風の速度ｖの方向成分の速度ｖ１及びｖ２から、三角測量によって、流れてくる風の速度ｖと流れてくる風の流れ方向ｓとが算出される。図６ａに、流れてくる風の速度ｖの方向成分の速度ｖ１及びｖ２が具体的に示されている。流れてくる風の速度ｖ及び流れ方向ｓは、開ループ式又は閉ループ式の制御装置９に供給される。この場合、開ループ又は閉ループ式の制御装置９によって、風力機械に流れてくる風に対するロータＲの向きが開ループ又は閉ループ式に制御される。
【００３１】
図３及び図４は、本発明に係る風力機械の第２の構成を示す。図１及び図２に示された第１の構成とは異なり、この第２の構成では、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、スピナ７の先端から突出するランス１１に配置されておらず、直接にスピナ７上に配置されている。スピナ７上には、棒状に構成された４本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２が、互いに対してかつスピナ７に対して電気的に絶縁されて配置されている。それぞれ２本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２又は１２．２１，１２．２２が、距離ａを置いて、相互に平行に配置されていて、ゆえに対応する第１及び第２の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２及び１２．２１−１２．２２を形成する。第１の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２は、受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２と１２．２１−１２．２２との間に位置する直線１７とロータ５の回動軸線４とによって形成された平面に対して４０°の角度α１で配置されていて、第２の受信アンテナ対偶１２．２１−１２．２２は、スピナ７上の前述の平面に対して−４０°の角度α２で配置されている。各受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、相関測定装置１５のそれぞれ１つの入力に電気的に接続されている。スピナ７の先端から突出するランス１１に、流れてくる風の流れ方向ｓに見て第１の受信アンテナ１２．１１，１２．２１に対して約２００ｍｍの距離を置いて、電極１３が配置されている。電極１３の両端は、エッジ状に構成されていて、０．８ｍｍのエッジの半径ｒｍを有する。電極１３は、ランス１１に対して電気的に絶縁されて、ランス１１に配置されていて、高電圧源１４の負極に電気的に接続されている。風力機械の第２の構成の他の全ての特徴は、第１の構成についてすでに述べられた特徴に相応する。
【００３２】
図５及び図６は、本発明に係る風力機械の第２の構成の別の形態を示す。スピナ７は、本発明に係る風力機械の第２の構成のこの形態では、ガラス繊維強化プラスチック、つまり誘電作用を有する材料から製造されている。受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、スピナ７の壁部の内部に、つまり誘電作用を有する材料の内部に配置されている。棒状に構成された４本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、互いに対してかつ風力機械の他の全ての部分に対して電気的に絶縁されて配置されている。それぞれ２本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２又は１２．２１，１２．２２は、距離ａを置いて相互に平行に配置されていて、ゆえに対応する第１及び第２の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２及び１２．２１−１２．２２を形成する。第１の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２は、受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２と１２．２１−１２．２２との間に位置する直線１７とロータ５の回動軸線４とにより形成された平面に対して６０°の角度α１で配置されていて、第２の受信アンテナ対偶１２．２１−１２．２２は、前述の平面に対して−６０°の角度α２で配置されている。第１の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２の受信アンテナ１２．１１，１２．１２は、第２の受信アンテナ対偶１２．２１−１２．２２の受信アンテナ１２．２１，１２．２２と交差する。各受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、相関測定装置１５のそれぞれ１つの入力に電気的に接続されている。流れてくる風の流れ方向に見て第１の受信アンテナ１２．１１，１２．２１に対して約２００ｍｍの距離を置いて、スピナ７から突出する電極１３が配置されている。電極１３は、棒状に構成されていて、スピナ表面から約１０ｃｍ突出する。スピナ７から突出する端部で、電極１３は、０．８ｍｍの半径ｒｍを有する尖端を具備する。電極１３は、電気的に絶縁されて配置されていて、高電圧源１４の負極に電気的に接続されている。スピナ７の壁部の内側に、プレートとして構成された対電極１８が配置されている。対電極１８は、これが、スピナ７の壁部の、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２が中に配置された領域を覆うように構成され、配置されている。対電極１８は、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２に対して電気的に絶縁されて配置されていて、高電圧源１４の正極に電気的に接続されている。風力機械の第２の構成の、図５及び図６に示された他の形態の他の全ての特徴は、第１の構成についてすでに述べられた特徴に相応する。
【００３３】
図７は、スピナ７の壁部の内部に配置された受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２とスピナ７の壁部の内側に配置された対電極１８とを有するスピナ７の壁部の断面を示す。
【００３４】
図８は、スピナ７の壁部の内側に配置された受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２を有するスピナ７の壁部の断面を示す。スピナ７の壁部の内側においても同様に、電気的な絶縁体１９によって受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２から分離されて対電極１８が配置されている。
【００３５】
図７及び図８は、単に、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２及び対電極１８の考えられる例示的な配置を示すものである。スピナ７の壁部の表面又は内部における受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２及び対電極１８のさらに他の配置が、可能であるとともに技術的に有利であり得る。
【００３６】
図９は、スピナ７の表面の一部を示す。図９は、スピナ７上の、棒状に構成された４本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２の配置を具体的に示す。受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、互いに対してかつスピナ７に対して電気的に絶縁されて、スピナ７上に配置されている。それぞれ２本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２又は１２．２１，１２．２２が、距離ａを置いて相互に平行に配置されていて、ゆえに対応する第１及び第２の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２及び１２．２１−１２．２２を形成する。第１の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２は、受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２と１２．２１−１２．２２との間に位置する直線１７とロータ５の回動軸線４とによって形成された平面に対して３０°の角度α１で配置されている。第２の受信アンテナ対偶１２．２１−１２．２２は、前述の平面に対して−３０°の角度α２でスピナ７上に配置されている。各受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、相関測定装置１５のそれぞれ１つの入力に電気的に接続されている。流れてくる風の流れ方向ｓに、流れてくる風の流れ方向ｓに見て第１の受信アンテナ１２．１１，１２，２１に対して約２００ｍｍの距離を置いて、電極１３が、スピナ上に配置されている。電極１３は、スピナ表面から突出する。電極１３は、０．８ｍｍの半径ｒｍを有する複数の尖端を具備する。電極１３は、スピナ７に対して電気的に絶縁されて配置されていて、高電圧源１４の負極に電気的に接続されている。
【００３７】
図１０ａ〜図１０ｄには、それぞれスピナ７の表面を見た平面図として、スピナ７上の、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２の別の配置が示されている。この場合、図１０ａは、図９にすでに示された配置の平面図を示す。図１０ａ及び図１０ｂに示された配置では、受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２又は１２．２１−１２．２２を形成する受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２の長手方向に相互にずらされている。このことは、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２において改善された電気信号を得るために有利であり得る。図１０ｃは、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２の一配置を示し、この配置では、受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２又は１２．２１−１２．２２を形成する受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、長さが同一であり、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２の長手方向に相互にずらされていない。図１０ｄは、受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２２の一配置を示し、この配置では、第１の受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２の受信アンテナ１２．１１，１２．１２が、第２の受信アンテナ対偶１２．２１−１２．２２の受信アンテナ１２．２１，１２．２２と交差する。全ての受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２は、図１０ｄに示された配置でも、互いに対して電気的に絶縁されて配置されている。流れてくる風の流れ方向ｓに、流れてくる風の流れ方向ｓに見て第１の受信アンテナ１２．１１，１２．２１に対して約２００ｍｍの距離を置いて、電極１３が、スピナ７上に配置されている。
【００３８】
図１０ｅは、スピナ７の表面を見た平面図を示し、ここでは、スピナ上に、合計８本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２，１２．３１，１２．３２，１２．４１，１２．４２が配置されている。相互に平行に配置されたそれぞれ２本の受信アンテナ１２．１１，１２．１２，１２．２１，１２．２２，１２．３１，１２．３２，１２．４１，１２．４２が、受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２，１２．２１−１２．２２，１２．３１−１２．３２，１２．４１−１２．４２を形成する。受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２，１２．３１−１２．３２は、受信アンテナ対偶１２．１１−１２，２１，１２．３１−１２．３２と１２．２１−１２．２２，１２．４１−１２．２２との間に位置する直線１７とロータ５の回動軸線４とにより形成された平面に対して、角度α１で配置されている。受信アンテナ対偶１２．２１−１２．２２，１２．４１−１２．４２は、この平面に対して角度α２で配置されている。この場合、受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２がこの平面に対して配置された角度α１は、３０°である。受信アンテナ対偶１２．３１−１２．３２は、この平面に対して７５°の角度α１で配置されている。この平面に対して受信アンテナ対偶１２．１２−１２．２２が配置された角度α２は、−３０°である。受信アンテナ対偶１２．４１−１２．４２は、この平面に対して−６０°の角度α２で配置されている。流れてくる風の流れ方向ｓと速度ｖとを特定するために、前述の平面に対して角度α１で配置されたそれぞれ１つの受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２又は１２．３１−１２．３２と、前述の平面に対して角度α１で配置された受信アンテナ対偶１２．２１−１２．２２又は１２．４１−１２．４２とは、相関測定装置１５の入力に電気的に接続されている。当然のこととして、複数の相関測定装置１５を並行して動作させ、対応する受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２若しくは１２．３１−１２．３２又は１２．２１−１２．２２若しくは１２．４１−１２．４２を相関測定装置１５の入力に接続することが考えられ、可能である。図１０ｅに示された配置において、受信アンテナ対偶１２．１１−１２．１２及び１２．２１−１２．２２と、１２．１１−１２．１２及び１２．４１−１２．４２と、１２．３１−１２．３２及び１２．２１−１２．２２と、１２．３１−１２．３２及び１２．４１−１２．４２とを、それぞれ電気的に相関測定装置に接続し、ゆえに受信アンテナにおいて生成される電気信号の４つの組み合わせを用いて、流れてくる風の流れ方向ｓと速度ｖとを求めることが考えられる。これにより、流れてくる風の流れ方向ｓと速度ｖとを特定する精度の向上、及びその結果として生じる、風力機械に流れてくる風に対するロータ５の配向を達成することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  タワー
２  タワーの縦軸線
３  ナセル
４  ロータの回動軸線
５  ロータ
６  ロータブレード
７  スピナ
８  発電機
９  開ループ又は閉ループ式の制御装置
１０  風向計
１１  ランス
１２  受信アンテナ
１３  電極
１４  高電圧源
１５  相関測定装置
１６  演算装置
１７  直線
１８  対電極
１９  電気的な絶縁体
ａ  受信アンテナ対偶の対応する受信アンテナ間の距離
ｓ  流れてくる風の流れ方向
ｔ，ｔ１，ｔ２  時間
ｖ  流れてくる風の速度
ｖ１，ｖ２  流れてくる風の速度の方向成分
α１，α２  角度
【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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１０ｅ】
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【国際調査報告】
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