(57)【要約】【課題】  本発明は、不均一な力によって引き起こされる動的不安定性を排除するためのアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービンに関する。【解決手段】  アイソレーター機構(5)は複数の回転アイソレーター(6)または垂直支持、複数の係留手段(7)、複数対の水平部材(8)、複数対のクランプ手段(9)を含む。回転アイソレーター(6)はタービンの中心固定軸の近くに配置される。複数のクランプ手段(9)は、回転アイソレーター(9)の周囲に配置され、各クランプ手段(9)は係留手段(7)を介して垂直羽根(1)に取り付けられ、各クランプ手段は水平部材(8)を介して各クランプ手段に取り付けられる。ここで、不均一な風力がタービンに働く時、アイソレーター機構が振動を、それ自身を介してタワー(2)に変換し、したがって動的不安定性は排除される。【選択図】図１
2015513043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不均一な力によって引き起こされる動的不安定性を排除するためのアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービンであって、
前記アイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービンは、
タワー(2)と、
前記タワー(2)に取り付けられた中心固定軸(3)と、
前記中心固定軸(3)の上部および下部の両方に水平に回転可能に伸びる、少なくとも一対の剛性支持部材(4)を含み、
上部および下部の剛性支持部材(4)それぞれの一端は少なくともひとつの垂直羽根(1)を保持し、
中心固定軸(3)を介しタワー(2)に振動を観測し転換する前記アイソレーター機構(5)を特徴とし、
前記アイソレーター機構(5)は、
水平に伸びる剛性支持部材(4)の間に垂直に設けられ、前記中心固定軸(3)の近くで長さ方向に配置される複数の回転アイソレーター(6)を含み、前記回転アイソレーター(6)の端部は剛性支持部材(4)の間に取り付けられ、前記アイソレーター機構はさらに複数の係留手段(7)、複数対の水平部材(8)、垂直羽根(1)の間に回転アイソレーターを介して設けられる複数対のクランプ手段(9)を含み、
複数のクランプ手段は前記回転アイソレーター(6)の周囲に配置され、各クランプ手段(9)は係留手段(7)を介して垂直羽根(1)に取り付けられ、各クランプ手段(9)は水平部材(8)を介して各クランプ手段(7)に取り付けられ、
不均一な風力がタービンに働いた時にアイソレーター機構が振動をそれ自身を介してタワー(2)に転換し、よって動的不安定性が排除される、アイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービン。
【請求項２】
任意の形状、任意の数の回転アイソレーター(6)が、水平部材(8)の間で、回転または固定軸の近くに設けられる、請求項１のアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービン。
【請求項３】
前記係留手段(7)が回転アイソレーターに直接、またはクランプを介して、またはその他適当な接続手段を介して接続される、請求項１のアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービン。
【請求項４】
前記複数のクランプ手段(9)が回転アイソレーター(6)の上部から下部に沿って、係留手段(7)と水平部材(8)と共に配置される、請求項１のアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービン。
【請求項５】
不均一な力によって引き起こされる動的不安定性をアイソレーター機構(5)によって排除する方法であって、その方法は、
タワー(2)に中心固定軸(3)を取り付ける工程、
前記中心固定軸(3)の上部および下部の両方に水平に回転可能に伸びる一対の剛性支持部材(4)を備える工程、
剛性支持部材(4)の各上部および下部の一端の間に垂直羽根(1)を備える工程、
さらに、振動を中心固定軸(3)とタワー(2)を介して観測または転換するアイソレーター機構(5)を設ける工程、
水平に延長される剛性支持部材(4)の間で、中心固定軸(3)の近くに長さ方向に、垂直に複数の回転アイソレーター(6)を設け、回転アイソレーター(6)の端部を剛性支持部材(4)の間に取り付ける工程、
回転アイソレーター(6)の周囲にクランプ手段(9)を配置し、係留手段(7)を介して各クランプ手段(9)を羽根(1)に取り付け、水平部材(8)を介して各クランプ手段(9)を各クランプ手段(9)に取り付ける工程、
不均一な風力によって引き起こされる振動をそれ自体を介してタワー(2)に転換する振動アイソレーター機構(5)を構成する工程を含み、
不均一な風力がタービンに働いた時に、アイソレーター機構(5)が振動のタービンに及ぼす影響を排除し、よって動的不安定性が排除される方法。
【請求項６】
任意の形状、任意の数の回転アイソレーター(6)が、水平部材(8)の間で、回転または固定軸の近くに設けられる、請求項5の方法。
【請求項７】
前記係留手段(7)が回転アイソレーターに直接、またはクランプを介して、またはその他適当な接続手段を介して接続される、請求項１のアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービン。
【請求項８】
前記複数のクランプ手段(9)が回転アイソレーター(6)の上部から下部に沿って、係留手段(7)と水平部材(8)と共に配置される、請求項１のアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直軸風力タービンに関し、特に、垂直軸風力タービンの垂直羽根の係留に関する。さらに、本発明は特に、羽根の回転によって高められる遠心力による風力タービンの損傷を防ぐ、アイソレーター機構を利用した垂直羽根の係留に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンは、風からのエネルギーを利用するために広く用いられ、今では様々な風の状態で高い性能を発揮することが可能になっている。風力タービンには、水平軸風力タービンと、垂直軸風力タービンの２つのタイプがある。“プロペラ”または湾曲ブレードを有するダリウスの揚力型の垂直軸機械や、直線羽根を有するジャイロミルや、風を受け止めるくぼみを有するサボニウスの抗力型等の垂直軸設計が広く用いられてきた。
【０００３】
風力タービンは、できるだけ多くの電力を風から引き出せるように、最適な先端速度比で設計されている。風速に対する羽根の先端速度の割合は、一般的に、先端速度比として知られている。先端速度比が高ければ高いほど風力機械の作用が効率的である。抗力型の機械は先端速度比が１近くであり、揚力型の風力タービンは１を超える先端速度比を有する。
垂直軸風力タービンは、回転軸の周りに配置された、金属、繊維または任意の軽量の物質でできた１つ以上の垂直なエアロフォイル羽根を有し、固定されたプレートやロッドと上部及び底部で接続されている。垂直羽根は接続されたロッドやプレートと共に、タービン発電機に接続される垂直軸の周りを回転する。
【０００４】
垂直型風力タービンの典型的な問題は、タービンの回転の高いRPMにおいて遠心力が高められ、遠心力が羽根に曲げ力を与えることである。この遠心力によって、柔軟性をもつ羽根は、羽根自身の中央を外側に曲げる傾向があり、それがさらに遠心力効果を高めてしまう。
その結果、羽根と中心軸は剛性または可撓性水平部材と共に固定されているか、係留されているか、溶接されているので、羽根は遠心力の影響を中心軸に伝達する。これは、垂直軸の傾斜や湾曲作用に影響をおよぼす可能性があり、それは風力タービンのぐらつきや振動をもたらす可能性がある。羽根と風力タービンは通常固定されているか係留されているので、高い速度において、強い遠心力による羽根の振動は、風力タービンに損傷をもたらす恐れがある。最適な電力を発電するには、羽根は硬く、風の角度を変え、風があたる角度を保持する必要がある。羽根のばたつきは、垂直軸風力タービンにとって破壊的になりうる。
【０００５】
従って、中心固定軸の上で回転する羽根によって高められる遠心力による風力タービンの損傷（湾曲、ばたつきまたは振動）を防ぐために、アイソレーター機構による垂直軸タービンの垂直羽根の係留手段および方法を提供する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の技術の一つ以上の問題点または欠点は、本発明のシステム及び方法の様々な実施形態によって克服できる。
【０００７】
従って、本発明の主要な目的は、垂直軸風力タービンの羽根の係留のためのアイソレーター機構を提供することである。
【０００８】
本発明のもう一つ目的は、前記アイソレーター機構が中心軸の上を回転する羽根によって高められた遠心力による風力タービンの損傷を防ぐために、風車の中心軸から羽根を隔離することである。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、中心軸が、固定された軸であることである。
【００１０】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーター機構を利用した垂直軸風力タービンの垂直羽根の係留は、一つ以上の係留手段、少なくとも2つの垂直カラム、各垂直羽根の係留のための少なくとも2つの水平部材、および一つ以上のクランプ手段を含むことである。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、羽根が可撓性であることである。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、係留手段は、可撓接続を含むことである。
【００１３】
本発明のもう一つの目的は、可撓接続はステンレス鋼、ガラス繊維、ケプラーを含むことである。
【００１４】
本発明のもう一つの目的は、係留手段は、垂直軸風力タービンの上部および底部にあるハブまたは剛性支持部材の間に均等な間隔で位置していることである。
【００１５】
本発明のもう一つの目的は、係留手段は両側の垂直羽根にクランプ手段と共に固定されていることである。
【００１６】
本発明のもう一つの目的は、係留手段はアイソレーター機構を通して、反対側のエアロフォイル羽根に取り付けられ、反対方向から流れる適合する金属帯と接続されていることである。
【００１７】
本発明のもう一つの目的は、垂直カラムが回転アイソレーターとして機能することである。
【００１８】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーターが２つの垂直羽根の間で中心固定軸の近くに位置し、前記垂直羽根は風車の固定軸から隔離されることである。
【００１９】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーターの端部が、垂直風力タービンの上部及び底部において、ハブまたは剛性支持部材に取り付けられることである。
【００２０】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーターが可撓性金属帯であることである。
【００２１】
本発明のもう一つの目的は、前記金属帯はステンレス鋼の帯であることである。
【００２２】
本発明のもう一つの目的は、水平部材が垂直羽根の各係留の間に位置することである。
【００２３】
本発明のもう一つの目的は、水平部材が、一対の接続手段によってアイソレーターを囲むように位置していることである。
【００２４】
本発明のもう一つの目的は、前記接続手段がステンレス鋼またはケーブルで構成される可撓性金属帯であることである。
【００２５】
本発明のもう一つの目的は、接続手段の端部が水平部材の端部に接続されていることである。
【００２６】
本発明のもう一つの目的は、係留手段はケーブルで繋がれた水平部材によって接続される接続手段によって、中心固定軸から隔離されることである。
【００２７】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーター機構はこのようにして、中心固定軸が垂直羽根に働く遠心力に影響されないことを確実にすることである。
【００２８】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーター機構はこのようにして、中心固定軸の上を回転する羽根によって起こる遠心力による風力タービンの湾曲や振動を避けることである。
【００２９】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーター機構はこのようにして、中心固定軸のせん断効果を減らし、羽根の方向を保つことである。
【００３０】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーター機構は、等しい数の部品と等しい寸法によって、同じように、そして反対向きに位置されていることによって、振動と遠心力の影響を相殺することである。
【００３１】
本発明のもう一つの目的は、係留手段に用いられるステンレス鋼の帯は、フラットな面を上方に向けて、風の抵抗を減らすことである。
【００３２】
本発明のもう一つの目的は、係留に幅広いステンレス鋼の帯を用いることによって、可撓性羽根の縦揺れやねじれを避けることである。
【００３３】
本発明のもう一つの目的は、可撓接続を使用することによって、引張強度が高くなりしっかりと羽根をその方向に保つことである。
【００３４】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーター機構を利用した係留は垂直軸風力タービンの羽根に安定性を与えることである。
【００３５】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーター機構を利用した係留は、風のあたる様々な角度に関係なく、羽根を望ましい方向に保つことである。
【００３６】
本発明のもう一つの目的は、アイソレーター機構を利用した係留は、乱れた風のような不均一な力によって引き起こされる動的不安定性や風による障害を排除することである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明は、不均一な力によって引き起こされる動的不安定性を排除するためのアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービンについて開示している。アイソレーター機構(5)は、複数の回転アイソレーター(6)または垂直支持、複数の係留手段(7)、複数対の水平部材(8)、複数対のクランプ手段(9)を有する。回転アイソレーター(6)は、タービンの中心固定軸のごく近くに配置されている。回転アイソレーター(6)の周囲に複数のクランプ手段(9)が配置され、それぞれのクランプ手段(9)は垂直羽根(1)に係留手段(7)を介して接続され、それぞれのクランプ手段(9)同士は水平部材(8)を介して取り付けられる。ここで、不均一な風力がタービンに働いた時、アイソレーター機構がそれ自体を介して振動をタワー(2)に転換し、それによって動的不安定性は排除される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明に従った、アイソレーター機構を利用した垂直羽根の係留の図である。
【図２】図２は、図１の線B-Bの断面図である。
【図３】図３は、複数の回転アイソレーター(6)、タービン組み立てにおいて配置変更された係留手段(7)を示す、アイソレーター機構の実施形態の図である。その配置は、それ自体を介して振動をタワーに転換する。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明の特徴、利点、目的、その他明らかになることがより詳細に理解できるように、上記に簡単に要約した発明を、本明細書の一部である添付図面にかかれている実施形態を参考にさらに詳細に記載する。しかし、ここで留意すべきことは、図面は本発明の好ましい実施形態を書いただけであり、本発明の範囲は他の同様な効果的な実施形態を含むことができるので、本発明の範囲を限定するものではない。
【００４０】
図１を参照すると、垂直風力タービンは１つ以上の垂直なエアロフォイル羽根(1)で構成される。これらの羽根は、水平に位置するハブまたは剛性支持部材（４）に共に接続される。これらの構造支持部材は、垂直な風力タービン構造の全体形状に必要な剛性を与える。これらの部材は、また、羽根の回転力を中心固定軸に移す中心として働く。同様の水平剛性部材は、風力タービンの上部に位置し、タービンの上部を支える。中心固定軸(3)は羽根(1)の力をタワー(2)に移動させる。水平係留部材(7)は、アイソレーター機構によって、中心固定軸から分離される。回転アイソレーターとして働く少なくとも２つの垂直カラムが、前記垂直羽根(1)が風車の固定軸(3)から隔離されるように、中心固定軸(3)にごく近い、２つの垂直羽根(1)の間に置かれている。アイソレーターの端部は垂直軸風力タービンの上部および底部においてハブまたは剛性支持部材(4)に取り付けられる。
【００４１】
図２を参照すると、水平係留手段(7)は厚み0.5〜3mm、幅40〜100mmの可撓接続で構成される。係留手段(7)は、特別な構造をもつクランプ手段(9)によって両側の垂直羽根(1)に固定され、中心固定軸(3)に導かれる。係留手段は、ケーブルで接続された一つ以上のプレートを通じて接続される接続手段によって、軸から隔離されている。接続手段は可撓性のある、ステンレス鋼でできた金属帯である。隔離構造は、お互いが接触しないように、中心固定軸の周囲に接続される。隔離構造は、一方の羽根の遠心力が金属帯、そして直接反対側の羽根に伝わることを確実にする。その結果、中心固定軸は、羽根の振動や湾曲に影響されることなく、垂直で安定した状態を保つことができる。これは、総合的な構造の長寿命、丈夫さを確実にし、羽根がいつも要求される作動角度であることを保つ。
【００４２】
図３を参照すると、隔離構造の実施形態は、さらに安定して振動のないように、適切に配置された係留手段(7)と共に複数の回転アイソレーター(6)構造を含む。本発明の実施形態では、全方向の風によって作られる振動を守り、振動を隔離構造とタワーを通して転換する。
【００４３】
本発明の一つの実施形態によって、不均一な力によって引き起こされる動的不安定性を排除するためのアイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービンが開示された。アイソレーター機構を備えた垂直軸風力タービンは、タワー(2)、タワー(2)に備えられた中心固定軸(3)、中心固定軸(3)の上部、底部の両側から、水平に回転自在に伸びる少なくとも一対の剛性な支持部材(4)、剛性支持部材(4)の上部、下部それぞれの一端に保たれる垂直羽根(1)を含む。
【００４４】
本発明の隔離構造は、中心固定軸(3)を介してタワー(2)に振動を観測し転換することを可能にする。隔離構造(5)は、水平に伸びる剛性支持部材(4)の間に垂直に設けられ、中心固定軸(3)のごく近くに縦方向に垂直に配置される、複数の回転アイソレーター(6)を含み、回転アイソレーター(6)の端は、剛性支持部材の間に取り付けられ、アイソレーター機構はさらに複数の係留手段(7)、複数対の水平部材(8)、垂直羽根(1)の間に回転アイソレーター(6)を介して設けられた複数対のクランプ手段(9)を含む。
【００４５】
複数のクランプ手段(9)は回転アイソレーター(6)の周囲に配置され、各クランプ手段(9)は係留手段(7)を介して垂直羽根(1)に取り付けられ、各クランプ手段(9)は水平部材(8)を介して各クランプ手段(9)に取り付けられる。ここで、不均一な風力がタービンに働くと、アイソレーター機構がそれ自体を介して振動をタワー(2)に転換し、したがって動的不安定性が排除される。
【００４６】
回転アイソレーター(6)の配置について本発明の別の実施形態について説明すると、回転アイソレーター(6)は剛性水平部材(8)の間で、回転軸または固定軸のごく近くに設けられる、任意形状の任意数であることが可能である。特に、図３は、その発明の本実施形態を明確に表している。
【００４７】
さらに本発明の別の実施形態について説明すると、係留手段(7)は回転アイソレーターに直接、またはクランプを介して、または他の適した接続手段を介して接続することができる。
【００４８】
アイソレーター機構の配置について、さらに本発明の別の実施形態を説明する。この実施形態では、複数のクランプ手段(9)が回転アイソレーター(6)の上部から底部に沿って、係留手段(7)と水平部材(8)とともに配置される。
【００４９】
アイソレーター機構(5)によって、不均一な力によって引き起こされるタービンの動的不安定性を排除する方法について、本発明のさらなる実施形態を説明すると、この方法は、まずタワー(2)に中心固定軸(3)を取り付ける工程、次に中心固定軸(3)の上部および下部の両方に水平に回転可能に伸びる一対の剛性支持部材(4)を備える工程、そして剛性支持部材(4)の各上部および下部の一端の間に垂直羽根(1)を備える工程を含む。
【００５０】
中心固定軸(3)を介してタワー(2)に振動を観測し転換するためのアイソレーター機構(5)の配置に含まれる工程は、回転アイソレーター(6)を水平に延長される剛性支持部材(4)の間に垂直に備える工程、中心固定軸(3)の近くに長さ方向に配置する工程、回転アイソレーター(6)の端部を剛性支持部材(4)の間に取り付ける工程を含む。
【００５１】
さらに、複数のクランプ手段(9)を回転アイソレーター(6)の周囲に配置する工程、係留手段(7)を介して各クランプ手段(9)を羽根(1)に取り付ける工程、各クランプ手段(9)を水平部材（8）を介して各クランプ手段(9)に取り付ける工程を含む。最終的に、不均一な風力によって引き起こされる振動をそれ自体を介してタワー(2)に転換するためのアイソレーター機構(5)を構成し、ここで、不均一な力がタービンに働いた時に振動がタービンに及ぼす影響をアイソレーター機構(5)が転換し排除し、よって動的不安定性が排除される。
【符号の説明】
【００５２】
１  エアロフォイル羽根／垂直羽根
２  タワー
３  中心固定軸
４  剛性支持部材／ハブ
５  アイソレーター機構
６  回転アイソレーター／垂直支持
７  係留手段
８  水平部材
９  クランプ手段
１０  フラップ
【図１】
2015513043.tif 000003
【図２】
2015513043.tif 000004
【図３】
2015513043.tif 000005
【国際調査報告】
2015513043.tif 000006
2015513043.tif 000007
2015513043.tif 000008