(57)【要約】【課題】機械式および自励式クラッチと組み合わされた回転駆動装置を備える風力発電設備を、風力を効果的に利用できるように改善する。【解決手段】回転駆動装置付きの風力発電設備を機械式および自励式クラッチと組み合わせることで、寸法と無関係に、翼配置およびハウジングの特別な構造に伴い、風力を効果的に利用する。自励式クラッチは、磁石が１つの空間内に鉄心と共にまとめられ、反対側で短絡巻線が励磁されるという特徴を持つ。電磁クラッチの電流は、発電機段から直接取り出すこともできる。自励式クラッチは、発電機段の軸に直接配置されるか、変速機を経て発電機の軸に接続され、可変速である。この回転駆動装置に、あらゆる種類の機械式クラッチを利用できる。【選択図】　　図１
2004003490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械式および自励式クラッチを備えた回転駆動装置において、種々の構造様式の風車が、特別に形成されたハウジング内で回転し、該ハウジングが異なる機能を持つ２つの部分から成り、その一方の部分である開放領域で、風が風車の翼に直接衝突するか、風車の翼に直接導かれ、他方の部分が、１つ或いは複数の風転向室を備えた風除け領域を形成し、該室において風が転向され、風車の翼に導かれることを特徴とする装置。
【請求項２】
狭隘部と整流板とを備えたハウジングの特殊な構造により、ハウジングで受けられた全ての風が、開放領域並びに風転向室の範囲において風車の翼に集中することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
１つ又は複数の調整可能な排出弁が配置され、該弁により内圧と風車の回転数が調整されることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
開放領域の範囲で整流板が風を風車の翼に導き、風除け領域に、複数の風転向室又は風を風車の翼に導く整流板が配置されたことを特徴とする請求項１から３の１つに記載の装置。
【請求項５】
仕切り板が配置されたことを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
【請求項６】
ハウジングに風捕捉板が配置されたことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の装置。
【請求項７】
空気流を旋回させるデフレクタが配置されたことを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
【請求項８】
風排出路が配置されたことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
【請求項９】
風排出路に負圧系統が配置されたことを特徴とする請求項１から８の１つに記載の装置。
【請求項１０】
ハウジングおよび翼の形状と大きさと長さ並びに風車の翼数が可変であり、あらゆる種類の風車が利用されることを特徴とする請求項１から９の１つに記載の装置。
【請求項１１】
ハウジング内に複数の風車が配置されたことを特徴とする請求項１から１０の１つに記載の装置。
【請求項１２】
風車のロータの内部又は外部に、単段或いは多段発電機が配置されたことを特徴とする請求項１から１１の１つに記載の装置。
【請求項１３】
機械式および自励電磁式のあらゆる種類のクラッチが利用されることを特徴とする請求項１から１２の１つに記載の装置。
【請求項１４】
多段発電機を利用する際、各発電機段が、自励式電磁クラッチ（誘導クラッチ）によって互いに接続されることを特徴とする請求項１から１３の１つに記載の装置。
【請求項１５】
電磁クラッチが利用される場合、励磁機段が被励磁段に対する電流を発生することを特徴とする請求項１から１４の１つに記載の装置。
【請求項１６】
電磁クラッチが種々に形成され、種々の構造様式で、複数の部品から構成されるか、小型な構造に形成され、励磁機段と被励磁段が１つのユニットを形成することを特徴とする請求項１から１５の１つに記載の装置。
【請求項１７】
十分な回転数時にのみ、被励磁段を励磁する制御装置が組み込まれたことを特徴とする請求項１から１６の１つに記載の装置。
【請求項１８】
励磁機段で発生した電流が、励磁機段と被励磁段との間で変換されることを特徴とする請求項１から１７の１つに記載の装置。
【請求項１９】
被励磁段を動作させるため、被励磁段に対する電流が、発電機の巻線から直接取り出されることを特徴とする請求項１から１８の１つに記載の装置。
【請求項２０】
大形風力発電設備並びに家庭用、キャンピングカー、ボート、船舶における小形機器および別の分野に利用されることを特徴とする請求項１から１９の１つに記載の装置。
【請求項２１】
自励式電磁クラッチ（誘導クラッチ）が、回転数減速が必要な全ての分野、その翼配列と無関係な全ての風力発電機、ガスタービン、高速回転エンジンおよび他の分野で利用されることを特徴とする請求項１から２０の１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械式および自励式クラッチと組み合わされた回転駆動装置を備える風力発電設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日利用されている風車の場合、風車の両側で風が翼に同じように作用するので、風で生ずる力の一部しか利用できない。翼のねじれによってしか、高い出力は期待できない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来の風車に比べ風力を有効に利用可能とすることにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明に基づき請求項１に記載の手段によって解決される。本発明の有利な実施態様は従属請求項に示す。
【０００５】
本発明による回転駆動装置を備えた風力発電設備では、風車１を特別な構成のハウジング２内に設置する。該ハウジング２は、風車１の半分が開放領域６で回転するよう形成する。この開放領域６で、風は正面から翼に当たり、この翼を駆動する。ハウジング２の残り半分は、風車１を風除け領域１４に置き、ハウジング２の形状により衝突風を風取入れ口５内に押し込むよう形成している。衝突風の空気流を、その風取入れ口５を経て風転向室１５内に押し込み、そこで空気流を、後ろから風車のねじれ翼に導くように転向させる。この結果、衝突風のエネルギの大部分を回転運動に変換できる。ハウジング２は、風取入れ口５が衝突風の空気流を風転向室１５に導くように形成する。その室１５内に、風車１の翼を所望の方向に駆動するため、整流板３を所望の数と形状で配置する。
【０００６】
複数の風取入れ口を配置してもよい。それら風取入れ口に、各々風転向室１５を設け、それら室１５内に、風の空気流を風車１の翼に所望の方向に導く整流板３を設ける。また風転向室１５内に、風の空気流を所望の方向に旋回させるべくデフレクタも配置する。風取入れ口５、風転向室１５および整流板１３の数と形状は変更できるが、機能は変えられない。異なる構造例では、空気が或る風反転室から他の風反転室に漏れないように仕切り板１１を配置する。この結果、空気を風車１の翼間に搬送できる。風車ハウジング２における可動風捕捉板１６によって、多量の空気量が利用できる。
【０００７】
風車１の開口付きハウジング２、開放領域６および風取入れ口５の方向を、風向に応じて機械的に或いは遠隔制御で常に調整する。内圧そしてそれに伴い風車１の出力と回転数を制御し、更に種々の風力に合わせるため、流出空気量を制御する調整可能な排出弁７を備える。この弁７は１つ又は複数個設け、かつその構造を変えることができる。排出弁７は機械的に調整でき、かつコンピュータ制御もできる。風排出路８を通る空気流の流速を増大するため、負圧系統９を配置する。排出弁７と風排出路８をハウジングの背面に配置し、又は図２に示すように他の所望の個所に配置する。図２では、風車のロータの内部を経て空気流を導出し、排出弁７により制御する。電流を発生すべく、発電機１２や多段発電機１７を、風車のロータ内に組み込み又は外に配置する。多段発電機１７はあらゆる種類の機械式又は自励式クラッチで接続する。
【０００８】
この回転駆動装置の場合、風除け領域１４の範囲での、空気流の流れ方向の転向で、同期運転が達成できる。風捕捉板１６により、風車に導く空気流の体積を増大させる。風捕捉板１６付き又は風捕捉板１６なしの回転駆動装置の方向を風向に応じ、機械式に又は遠隔制御や通常のあらゆる制御装置により調整する。この回転駆動装置で発生した機械力は発電機に導くが、別の目的にも利用できる。力を伝達すべく、あらゆる種類の機械式力伝達装置が利用できる。
【０００９】
調整可能な排出弁７により、風車１の回転速度を種々の風速において調整し、適合させる。排出弁７は風車の出力を制御する。この回転駆動装置では、全種類の風車や翼車が利用できる。その翼の形状は変更できる。また開放領域６と風除け領域１４とを備えたハウジング２の形状も変更できる。ハウジング２内に２つの風車１を配置してもよい。それと無関係に、発電機や多段発電機を、風車１のロータ内部に配置し、或いは公知のあらゆる様式の力伝達装置で風車１の軸に接続できる。また、本発明に基づく自励式電磁クラッチも利用できる。このクラッチは、多段発電機の各段間を接続するためにも利用できる。
【００１０】
自励式電磁クラッチは、回転数減速が必要な場所（例えばガスタービン、高速回転エンジン等）に随所に採用できる。この回転駆動装置の技術は、風力を単に機械力を発生し、又はこの機械力を更に電流に変換するために利用される随所で利用できる。この駆動装置は、大形風力発電設備の他に、家庭用、キャンピングカー、ボート、船舶で電流発生用に使用される小形機器にも利用できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図示の実施例を参照して本発明を詳細に説明する。
【００１２】
図１は本発明による回転駆動装置を平面図で示す。この場合、風車１をハウジング２で、風車１の半分が開放領域６で回転するよう包囲している。ハウジング２の残り半部は、風転向室１５の形に形成している。ハウジング２は風車１の半分の周りに風除け領域１４を形成し、衝突風が風車の運転に影響するのを阻止している。可変数で配置した風取入れ口５を経て、衝突風の空気流を風転向室１５内に押し込み、そこで空気流を、後ろから風車１のねじれ翼に導き、風車１の回転運動を支援すべく転向させる。風転向室１５内に配置した整流板３により、流入風の空気流を案内する。風車１を駆動する空気は、風排出路８のみを経て流出する。風排出路８の開口の調整可能な排出弁７により、流出空気流量を調整する。この弁７は、風車１内に存在する空気量を調整し、その内圧を制御する。風排出路８に配置した負圧系統９で、風排出路８を通る空気を加速する。
【００１３】
図２は、回転駆動装置の異なる実施例を正面図で示す。風車１は、内部に風貫流路１３を備える。流出空気は風車１のロータ内部を通って横に流出する。調整可能な排出弁７で、流出空気量を調整する。発生した機械力は、駆動軸１０を経て取り出す。その力を別の場所で取り出すこともできる。
【００１４】
図３の構造では、排出弁７を備える風排出路範囲８を除き、風車１の各翼間範囲が各々固有の、開放領域６における空気導入範囲又は風転向室１５を備える。この結果、常に風車の各翼に対し精確な空気導入を保障できる。また、風車の回転運動を容易にできる。
【００１５】
なおこの構造形態において、空気導入範囲（開放領域６と風転向室１５）の数と形状並びに空気導入範囲数と翼数との比は可変である。また図３では、空気が逃げるのを防止する仕切り板１１を配置している。この結果、翼間で押される空気量しか逸出しない。風捕捉板１６は風車１に導入する空気の体積を増し、これにより、内圧を高める。発電機１２は風車１の内部に配置する。デフレクタ４は空気流を所望の方向に旋回させる。
【００１６】
図４は、整流板３の異なった形状を示す。しかしその機能は形状に左右されずに保たれている。
【００１７】
図５は、風車１の翼の構造および翼数が変更可能なことを示す。図５の構造の場合、ハウジング２はその形状自体によって、整流板３の機能を果たす。風転向室１５および整流板３の機能原理を、別の部分図に示してある。
【００１８】
図６は、風排出路８と調整可能な排出弁７を備えたハウジング２に、２つの風車を配置する構造方式を示す。
【００１９】
図７は、回転駆動装置を断面図で示す。これは、発電機又は多段発電機を風車１のロータ内に組み込むことで実現できる。発電機又は多段発電機を、任意のクラッチを介して、風車１の軸に接続する。図７は機械式クラッチ２０を示す。しかし、自励式電磁クラッチを含む他のクラッチも採用できる。
【００２０】
図８は、第１段１８と第２段１９の間に自励式クラッチを設けた多段風力発電機１７を示す。該クラッチは、励磁機段２２と被励磁段２３の両部分から成る。励磁機段２２は鉄心と巻線から成り、２つの永久磁石２１間で回転する。励磁機段２２で発生した電流を、軸２６上又はその外でクラッチの被励磁部分に流す。鉄心と巻線から成る被励磁段２３に、電流により磁界が生ずる。第２発電機段１９の駆動軸のクラッチ鉄部分２４は、該部分２４が発生した磁界で吸引されるよう構成している。この結果、所定の回転数での回転中に発生する磁界が十分に強いなら、クラッチ鉄部分２４を駆動する。そして、駆動軸２７を経て第２発電機段１９を駆動し、発電機１９と一緒に回転する。しかし回転数が低下し、電流が弱まり、磁界が弱まると、クラッチの連結が外れる。自励式電磁クラッチの特長は、励磁機段２２の発生電流を直ぐに被励磁段２３で消費し、発電機軸２６の回転数と第１発電機段１８の駆動軸２８の回転速度に依存することにある。駆動軸２８と発電機軸２６の各回転運動時に電流が誘起される。しかし、クラッチ鉄部分２４を吸引すべく、十分に強い磁界を形成せねばならないときだけ、制御装置を経て、励磁機段２２から被励磁機段２３に電流を供給してもよい。
【００２１】
図８は、永久磁石２１を固定して組み込めることも示す。励磁機段２２と被励磁段２３にはあらゆる種類の巻線が採用でき、その作動原理は変わらない。
【００２２】
図９は、自励式電磁クラッチの励磁機段２２と被励磁段２３との間に、昇圧用の変圧器２９又は同じ機能を持つ別の部品を組み込んだ構成を示す。或いはまた別形式の機械に利用するなら降圧する。永久磁石は固定配置である。
【００２３】
図１０の構造では、第１発電機段１８で発生した電流の一部を、クラッチの被励磁部分２３のために、発電機１８の巻線から取り出す。そのクラッチ部分２３は、図８と９に示すように、クラッチ鉄部分２４と共に、第２発電機段の駆動軸２７に対するクラッチとして機能する。しかしまた、クラッチの被励磁部分２３と鉄部分２４に、鉄心と巻線と磁石を組み込むことで、発電機１８からの励磁電流が不要の短絡されたシステムとして形成し、機能させることもできる。発電機軸２６の回転運動に伴い、第２発電機のロータ部分の対向クラッチ部分における磁石によって、巻線に電流が誘起される。これは、第２発電機のロータ部分のクラッチ鉄部分における短絡回路の回転運動に伴い磁界が発生されるためであり、その磁界は磁石付きのクラッチ鉄部分に移行し、磁界が十分に大きな強さである際、クラッチ鉄部分を一緒に吸引し、他の部分も回転運動するが、その回転は損失に伴い緩やかである。被励磁段２３とクラッチ鉄部分２４の構造は変更でき、磁石と巻線を相互に交換できる。公知の全ての短絡回路が利用できる。その機能を達成可能にするには、発電機軸２６上の被励磁段２３を、第２発電機段２７の軸上のクラッチ部分２４より高速回転させねばならない。
【００２４】
図１１は、小型化した自励式電磁クラッチを示す。該クラッチは、２部分、即ち外側部分２４と内側部分２３から成る。外側部分２４は永久磁石を埋設したクラッチ鉄部分であり、内側部分２３は各種形式の巻線と鉄心から成る。図中の矢印は、磁石２１と鉄心付き巻線の配列を逆にできることを示す。回転運動に伴い、鉄心付き巻線内に、磁石２１により電流が誘起され、該電流はその周りに磁界を作る。該磁界は磁石２１付きのクラッチ鉄部分２４に作用する。磁界が十分に強いとき、クラッチ鉄部分２４が回転運動を行い、第２段１９の発電機軸２７を駆動する。図１１は、自励式クラッチの外側部分と内側部分を横断面図で示す。
【００２５】
図１２は、自励式クラッチの外側部分２４と内側部分２３の構造を概略的に示す。図１２はまた、組み込む磁石と鉄心の数と寸法が可変であることを示す。しかし機能は不変である。図１２の左側の図は、外被無しの構造を示し、巻線と磁石の間で対向し電磁作用を行う。右側の図では、巻線を鉄心と磁石で包囲している。磁気作用は巻線の周囲で生ずる。被励磁部分２３又はクラッチ部分２４上の磁石又は巻線の配置は変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく回転駆動装置の概略平面図。
【図２】本発明に基づく回転駆動装置の異なった実施例の概略正面図。
【図３】本発明に基づく回転駆動装置の異なった実施例の概略構成図。
【図４】整流板３の異なった形状の概略構成図。
【図５】風車の翼の構造および翼数を明瞭にした概略構成図。
【図６】ハウジング内における２つの風車の配置構造図。
【図７】本発明に基づく回転駆動装置の異なった実施例の断面図。
【図８】第１段と第２段間に自励式クラッチを配置した多段風力発電機の概略構成図。
【図９】自励式電磁クラッチの励磁機段と被励磁段の間に変圧器を組み込んだ回転駆動装置の概略構成図。
【図１０】本発明に基づく回転駆動装置の異なった実施例の概略構成図。
【図１１】小型に構成された自励式電磁クラッチの概略構成図。
【図１２】自励式クラッチの外側部分および内側部分の概略構造図。
【符号の説明】
１、１３　風車、２　ハウジング、３　整流板、４　デフレクタ、５　風取入れ口、６　開放領域、７　調整可能な排出弁、８　排出路、９　負圧系統、１０　駆動軸、１１　仕切り板、１２　発電機、１４　風除け領域、１５　風転向室、１６　可動風捕捉板、１７　多段発電機、１８　多段発電機の第１段、１９　多段発電機の第２段、２０　機械式クラッチ、２１　永久磁石、２２　励磁機段、２３　被励磁段、２４　クラッチ部分、２５　励磁電流導体、２６　発電機軸、２７、２８　駆動軸、２９　変圧器
【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】
2004003490.tif 000009
【図８】
2004003490.tif 000010
【図９】
2004003490.tif 000011
【図１０】
2004003490.tif 000012
【図１１】
2004003490.tif 000013
【図１２】
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