(57)【要約】  係留された空中浮遊デバイスを使用する発電システム用のウインチであって、当該ウインチは、その主軸の周りに回転可能なドラムと、空中浮遊デバイステザーを案内してドラムの周りに巻き付けたり巻き戻したりするよう構成された案内装置とを備え、ドラムは、第１の平面内で動作するようにピボットポイントに対して回転可能であり、かつ、案内装置は、ドラムの主軸に実質的に垂直な第２の平面内でドラムの周りの軌道経路の一部に沿って移動するようにドラムに対して配置されており、これによって巻き戻された長さのテザーに対するウインチの整列が可能となっているウインチ。
2018502799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
係留された空中浮遊デバイスを使用する発電システム用のウインチであって、前記ウインチは、
その主軸の周りに回転可能なドラムと、
空中浮遊デバイステザーを案内して前記ドラムの周りに巻き付けたり巻き戻したりするよう構成された案内装置と、
を備え、
前記ドラムは、第１の平面内で動作するようにピボットポイントに対して回転可能であり、かつ、前記案内装置は、前記ドラムの前記主軸に実質的に垂直な第２の平面内で前記ドラムの周りの軌道経路の一部に沿って移動するように前記ドラムに対して配置されており、これによって巻き戻された長さの前記テザーに対する前記ウインチの整列が可能となっているウインチ。
【請求項２】
前記ドラムは、前記ピボットポイントと、巻き戻された長さの前記テザーとの間に置かれた重心を有する、請求項１に記載のウインチ。
【請求項３】
前記案内装置は、前記ドラムに対して同軸でありかつ前記軌道経路の一部に沿って延在する湾曲トラックに沿って移動することによって、前記ドラムの周りの前記軌道経路の一部に沿って移動するよう構成されている、請求項１または請求項２に記載のウインチ。
【請求項４】
前記案内装置は、ガイドピースであって、前記ウインチが巻き取りモードにあるときに前記テザーを前記ガイドピースに近接した前記ドラムの一部へと案内し、かつ、前記ウインチが巻き戻しモードにあるときに前記テザーを前記ガイドピースに近接した前記ドラムの一部から離れるように案内する前記ガイドピースを備える、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項５】
前記ガイドピースは、前記ドラムの前記主軸と実質的に平行な長手方向トラックに沿って双方向に移動するよう構成されており、かつ、前記ドラムは固定されている、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項６】
前記ドラムの前記主軸が実質的に水平な平面内に存在するように、その上に前記ドラムが搭載されたターンテーブルをさらに備え、前記ターンテーブルは実質的に垂直な軸の周りに回転可能である、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項７】
前記ターンテーブル上に搭載されかつ前記ターンテーブルに対して固定されたマストをさらに備え、前記マストは、前記係留された空中浮遊デバイスの放出および捕捉を容易にするように構成されている、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項８】
その上にドラムが双方向に往復動するように配置されるレールと、前記ドラムの特定領域と前記案内装置との整列を保証するように前記案内装置に対する前記ドラムの動作を制御するよう構成されたコントローラと、をさらに備える、請求項１ないし請求項４、請求項６および請求項７のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項９】
交差螺旋を有するネジ山を備えた、その上にドラムが双方向に往復動するように配置されるレールをさらに備える、請求項１ないし請求項４、請求項６および請求項７のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項１０】
その中に前記ドラムが固定されるクレードルをさらに備え、前記ドラムは実質的に垂直な平面内で回転可能であるよう構成されている、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項１１】
前記ピボットポイントの周りで前記ドラムを動作させるよう構成されたモーターをさらに備える、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項１２】
空中浮遊デバイスの飛行計画に従って、前記第１の平面内での前記ドラムの動作と、前記第２の平面内での前記案内装置の動作と、を制御するためのコントローラをさらに備える、請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項１３】
前記テザーはリボンである、請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項１４】
前記係留された空中浮遊デバイスはカイトである、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のウインチ。
【請求項１５】
複数の係留された空中浮遊デバイスのための巻き上げシステムであって、前記システムは、中央コラムに連結された複数の回転可能なターンテーブルを含み、それぞれのウインチが各ターンテーブル上に搭載されている、巻き上げシステム。
【請求項１６】
前記複数のターンテーブルは、少なくとも一つの可動アームによって、前記中央コラムに連結されている、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
複数の可動アームのそれぞれは、別な可動アームのそれぞれから独立して動作可能である、請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
駆動モーターと、前記駆動モーターに結合されたコントローラと、をさらに備え、前記コントローラは、前記各ターンテーブルおよびアームの一つ以上を所望の方向に向けるために、前記駆動モーターを制御するよう構成されている、請求項１５ないし請求項１７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記ターンテーブルのそれぞれの上に搭載された、それぞれのマストをさらに備え、前記マストは、前記係留された空中浮遊デバイスの放出および捕捉を容易にするように構成されている、請求項１５ないし請求項１８のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２０】
各プラットフォーム上に搭載されたそれぞれのウインチは、請求項１ないし請求項１３のいずれか１項に記載のウインチである、請求項１５ないし請求項１９のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
実質的に添付図面を参照して説明されたようなウインチ。
【請求項２２】
実質的に添付図面を参照して説明されたような巻き上げシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カイトまたはその他の係留された空中浮遊デバイスからの発電のためのウインチに関する。
【背景技術】
【０００２】
人々は何千年も風力エネルギーを利用しようとしてきた。最近では、化石燃料の不足によって、風のエネルギーを他の形態のエネルギー、特に電気エネルギーに変換する技術がより一般的になってきている。風からエネルギーを引き出すために風力タービンを使用することが知られている。風からエネルギーを引き出すためにカイトを使用することも知られている。カイトは、風力タービンのハブの高さでの風速よりも風速がより頼りになる高い高度で飛行することができる。風力タービンのハブ高さは８０ないし１００ｍであるが、カイトは４００〜７００ｍの典型的な高さまたはそれ以上で飛行することができる。カイトベースの発電システムでは、大部分の質量がベースステーションにおいて地面または水位に近く維持され、これによって曲げモーメントが最小限に抑えられ、空中浮遊器機の質量が大幅に削減される。装置の大部分が低レベルであるため機器の修理および保守は容易である。洋上では、地上ベース機器は、牽引可能なバージまたはブイに搭載することができ、これは主要な修理または保守のために港に戻ることを可能とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
カイトを使用して風からエネルギーを取り出すためのシステムは、典型的には、テザーを使用してベースステーションに接続されたカイトを含む。カイトベース発電システムにおいて使用されるテザーは、比較的大きな力が関与するため、動作中にかなりのストレスを受ける。テザーが劣化したときには、消耗したテザーを交換する必要がある。このように必要とされるメンテナンスは、システムが使用されていない時間および財務コストの点でコストがかかる。本発明はこの文脈において創出されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様は、係留された空中浮遊デバイスを使用する発電システム用のウインチを提供し、当該ウインチは、
その主軸の周りに回転可能なドラムと、
空中浮遊デバイステザーを案内してドラムの周りに巻き付けたり巻き戻したりするよう構成された案内装置とを備え、
ドラムは、第１の平面内で動作するようにピボットポイントに対して回転可能であり、かつ、案内装置は、ドラムの主軸に実質的に垂直な第２の平面内でドラムの周りの軌道経路の一部に沿って移動するようにドラムに対して配置されており、これによって巻き戻された長さのテザーに対するウインチの整列が可能となっている。
【０００５】
上記ドラムは、ピボットポイントと、巻き戻された長さのテザーとの間に置かれた重心を有していてもよい。
【０００６】
上記案内装置は、ドラムに対して同軸でありかつ軌道経路の一部に沿って延在する湾曲トラックに沿って移動することによって、ドラムの周りの軌道経路の一部に沿って移動するよう構成されていてもよい。
【０００７】
上記案内装置は、ガイドピースであって、ウインチが巻き取りモードにあるときにテザーをガイドピースに近接したドラムの一部へと案内し、かつ、ウインチが巻き戻しモードにあるときにテザーをガイドピースに近接したドラムの一部から離れるように案内するガイドピースを備えていてもよい。
【０００８】
上記ガイドピースは、ドラムの主軸と実質的に平行な長手方向トラックに沿って双方向に移動するよう構成されていてもよく、かつ、ドラムは固定されている。
【０００９】
上記ウインチは、ドラムの主軸が実質的に水平な平面内に存在するように、その上にドラムが搭載されたターンテーブルをさらに備えてもよく、ターンテーブルは実質的に垂直な軸の周りに回転可能である。
【００１０】
上記ウインチは、ターンテーブル上に搭載されかつターンテーブルに対して固定されたマストをさらに備えていてもよく、マストは、係留された空中浮遊デバイスの放出および捕捉を容易にするように構成される。
【００１１】
上記ウインチは、その上にドラムが双方向に往復動するように配置されるレールと、ドラムの特定領域と案内装置との整列を保証するように案内装置に対するドラムの動作を制御するよう構成されたコントローラとをさらに備えていてもよい。
【００１２】
上記ウインチは、交差螺旋を有するネジ山を備えた、その上にドラムが双方向に往復動するように配置されるレールをさらに備えていてもよい。
【００１３】
上記ウインチは、その中にドラムが固定されるクレードルをさらに備えていてもよく、ドラムは実質的に垂直な平面内で回転可能であるよう構成される。
【００１４】
上記ウインチは、ピボットポイントの周りでドラムを動作させるよう構成されたモーターをさらに備えていてもよい。
【００１５】
上記ウインチは、空中浮遊デバイスの飛行計画に従って、第１の平面内でのドラムの動作と、第２の平面内での案内装置の動作とを制御するためのコントローラをさらに備えていてもよい。
【００１６】
上記テザーはリボンであってもよい。
【００１７】
上記係留された空中浮遊デバイスはカイトであってもよい。
【００１８】
本発明の第２の態様は、複数の係留された空中浮遊デバイスのための巻き上げシステムを提供し、当該システムは、中央コラムに連結された複数の回転可能なターンテーブルを含み、それぞれのウインチが各ターンテーブル上に搭載されている。
【００１９】
上記複数のターンテーブルは、少なくとも一つの可動アームによって、中央コラムに連結されていてもよい。
【００２０】
複数の可動アームのそれぞれは、別な可動アームのそれぞれから独立して動作可能であってもよい。
【００２１】
上記システムは、駆動モーターと、この駆動モーターに結合されたコントローラとをさらに備えていてもよく、コントローラは、それぞれのターンテーブルおよびアームの一つ以上を所望の方向に向けるために駆動モーターを制御するよう構成されていてもよい。
【００２２】
上記システムは、ターンテーブルのそれぞれの上に搭載された、それぞれのマストをさらに備えていてもよく、マストは、係留された空中浮遊デバイスの放出および捕捉を容易にするように構成される。
【００２３】
各プラットフォーム上に搭載されたそれぞれのウインチは、本発明の第１の態様によるウインチであってもよい。
【００２４】
本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】カイトシステムの概略図である。
【図２】ウインチの実施形態を示す図である。
【図３】図２に示すウインチの側面図である。
【図４】第２実施形態を示す図である。
【図５ａ】巻き上げシステムを示す図である。
【図５ｂ】巻き上げシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明の実施形態は、発電モードの間にテザーが巻き戻されることを可能とし、かつ、テザーの摩耗を低減しながら効率的な方法でテザーをドラムに巻き取るように構成されたウインチを提供する。これは、それとの整列を可能とするためにテザーに対するウインチのコンポーネントの動作を提供することによって行われる。このようにして、テザーに対する応力は、当該技術分野において知られているウインチと比較して低減される。テザーの寿命を延ばすことができ、これによってコストが掛かるメンテナンス停止の頻度を減らすことができる。
【００２７】
図１は、使用中の本発明の実施形態によるカイトシステムを示す。カイト１００は、テザー１０１を介して、ベースステーション１０２に取り付けられている。ベースステーション１０２は、陸上または洋上で、車両またはボート上の適切なプラットフォーム１０３上に配置されてもよい。テザー１０１は、図２に示すウインチのような円筒形ドラムを含むウインチに巻き付けられる。テザーは、カイトがリリースされているか引き込まれているかによって、巻き戻すかあるいは巻き取ることができる。
【００２８】
カイトシステムのウインチは、テザーを格納するために使用されるだけでなく、それはまた、機械的な力を電気エネルギーまたは利用可能な力に変換する手段でもある。カイトがその所定の経路を使用してウインチから離れるにつれて、ある長さのテザーがドラムから引き出され、ドラムをその主軸の周りで回転させ、すなわちその主軸の周りで自転させる。その主軸の周りのドラムの回転は、ギアボックスを介してドラムに取り付けられ得るオルタネーター、発電機またはポンプ装置を駆動するために使用されてもよく、あるいは、代替的に、液圧伝達システムが、発電機またはその他の発電装置あるいはポンプ装置を遠隔設置できるように使用されてもよい。
【００２９】
発電サイクルの終わりに、ドラムはテザーを巻き取るために逆転させられ、そしてカイトは、カイトの抗力を減少させるために、迎え角を小さくする（ピッチング・フォワード）といった何らかの方法で、発電ウインドウから移動させられるかフェザリングさせられる。テザーの巻き取りは、発電機器をモーターとして使用し、それを逆転させたり、ドラムの反対側の端部に、テザーを巻き取るために使用される第２のモーターギアボックス装置を設けたり、アキュムレータまたはその他の動力源からの圧力下の液圧流体を供給しながら液圧トランスミッションを逆転させるといった、さまざまな異なる方法で実施できる。
【００３０】
システムの動作中、テザーが完全なサイクルあたり経験できる曲げ動作の最小数は２であり、ドラムへの巻き取りとドラムからの巻き戻しである。
【００３１】
係留されたカイトは、それがテザーに大きな引っ張り力を発生させることができる空域で飛行させられ、引っ張り力はドラムをその主軸の周りに回転させるために使用される。この空域の中心は、典型的には、例えば、カイトの設計、発電設備の制限および風速に依存して、ベースステーションの直下で、かつ、ベースユニットからある仰角で存在する。適切に大きな引っ張り力を発生させることができる領域は、「風の中心」と考えることができる。カイトが方位角または仰角のいずれかで風の中心から離れると、テザーに発生させることができる引っ張り力の大きさは、風からエネルギーを取り出すためのシステムからの最適条件を下回るであろう。したがって、カイトを風の中心付近に保ち、そしてカイトを風の中で高速で移動するように制御することが望ましい。
【００３２】
テザーが巻き戻されるとき、カイトを「風の中心」に保つ飛行経路をそれがたどるようにカイトを操縦することが望ましい。カイトは、カイト本体上のさまざまな調節可能な部分（フラップなど）の調整、そしてテザーおよびブライドルの位置の調整を含む数多くの方法で操縦できる。カイトの操縦は、所定の飛行経路でプログラムされたコントローラを用いて制御することができる。
【００３３】
カイトの適切な飛行パターンは、８の字または連続ループパターンを含む。電力が翼上ではなく地上で発生させられる場合、発電段階の間、カイトがループあるいは８の字パターンで飛行しているとき、ラインは発電機を回転させるドラムから連続的に引き出されている。
【００３４】
上述したように、動力ストロークが終了したならば、テザーのラインを格納する必要がある。格納段階の間、カイトによって生じる力を最小にすることが必要である。これを行うために、カイトは、風の発電領域の縁へと飛行することができる。カイトの位置が風向きの９０°に近づくほど、抵抗は低くなる。これらの操作の全てはウインチにおける角度変化を生じ、これは、ウインチがドラム上にラインを配列することを可能とするためにウインチを積極的に動作させる必要があることを意味する。
【００３５】
図２は、本発明の第１実施形態によるウインチ１を示す。ウインチ１は、キャリッジ３上に搭載された略円筒形ドラム２を備える。円筒形ドラム２は、ドラムの円筒形軸に沿って延びると共にキャリッジ３に連結されたアクスル４を介して、キャリッジ３に搭載されており、ドラム２がその円筒軸を中心に回転することを可能とする。円筒形ドラム２は、テザー１０１を受け入れて収容するための中央領域２ａの周りの湾曲面と、ドラムの両端においてテザーが滑り落ちるのを防止するための両端のフランジとを有する。
【００３６】
ウインチ１は、回転ドラム２に連結された発電機７を備える。発電機７は、ドラムに連結されたローター部分とステータ部分とを含む。ローターがドラム２と共に回転するとき、電力が発生する。さまざまな発電機構成を採用することができ、したがって発電機のさらなる説明は省略する。
【００３７】
テザーはまたテザー案内装置５を備える。テザー案内装置５は、テザー１０１（図３に示す）をドラム２上に供給するテザーガイドピース６を備える。ガイドピース６はそれぞれの湾曲トラック９，１０内に収容されている。湾曲トラック９，１０は、ドラム２の周りの軌道経路の一部を形成する経路をたどるようにドラム２の周りで湾曲する。したがって、テザー案内装置５は、ドラム２の周りの湾曲経路をたどることができる。テザーガイドピース６は、テザー１０１が巻き取られているか巻き戻されているかに依存して、いずれの方向にもそれが効果をもたらすことを可能としながら、テザー１０１を適所で確実に保持するような寸法とされた、テザー１０１が通される開口を備えていてもよい。
【００３８】
以下でより詳細に説明するように、ドラム２に対するガイドピース６の相対運動は、効率的なテザー１０１の巻き取りおよびドラム２から巻き戻しを可能にする。
【００３９】
ウインチ１は、垂直軸を中心としてウインチ１が回転することを可能とするスルー軸受上にターンテーブル１１を備える。ウインチが垂直軸周りに回転するとき、ドラムは展開された長さのテザーに対して所望の方位角方向に回転することができる。テザーに対するドラムの正確な整列が維持されるように、モーターおよびコントローラを含む駆動システムがターンテーブル１１に結合される。
【００４０】
方位角方向におけるウインチの整列はコントローラを用いて行われる。コントローラは、垂直軸に対するドラムの回転を、カイト飛行経路、例えば８の字または連続ループに従うよう変更可能であるように、カイト１００の所定の飛行経路によってプログラムされてもよい。コントローラは、ウインチとテザーとの整列を保証するためにモーターに制御信号を送信する。
【００４１】
カイトの位置はまた、コントローラに接続されたユーザー入力部にカイトに関する位置情報を入力することによってカイトの位置を制御することができるヒューマンオペレータによって監視されてもよい。カイトの飛行経路の偏差を自動的に補償するためにサーボ機構を使用することもできる。
【００４２】
風速、カイトの速度、カイトの位置などのパラメータを検出し、この情報をベースステーションに中継するセンサーをカイト自体に配置することができる。この情報は、変化する状態を考慮するべく制御信号を調整するためにコントローラによって自動的に分析されてもよい。これに加えてまたはこれに代えて、この情報は、飛行経路を変更するために指令を手動で入力できるようにユーザーに表示されてもよい。
【００４３】
代替的に、カメラを使用してベースステーションの上方の空域を監視し、そして画像認識ソフトウェアを使用してカイト位置を追跡することができる。この場合、コントローラは、カイトの位置を自動的に特定し、カイトの位置を制御するための制御信号を送信することができる。
【００４４】
コントローラはまた、カイトを格納すべき時にカイトの位置を制御する。上記のように、カイトの巻き取り前に抗力を減少させるためにカイトの位置を変更することが必要である。
【００４５】
図３に示すように、ドラム２の重心（ＣＯＧ）は、ウインチ１の回転の垂直軸Ａの前方に位置している。言い換えれば、ドラム２の重心は、その周りでドラム２が回転するポイントＰと、ウインチ１から巻き戻されかつカイトまたはその他の空中浮遊デバイスに取り付けられた長さのテザー１０１との間に置かれる。この配置の利点は、カイトに対する方位角方向の少なくとも部分的な自己整列を実現するように、カイトによってテザーに及ぼされる引っ張り力によってウインチ１が回転させられることである。この構成は、ドラム２を垂直軸Ａの周りで回転させるために使用される整列モーターへの寄生負荷を低減する。
【００４６】
テザー案内装置５は、テザーが屈曲することなくドラム上に確実に供給されるように、湾曲トラック９，１０に沿って自由に動くことができる。テザー１０１の引っ張り力は、テザー１０１およびカイトの鉛直整列状態へとテザー案内装置５を引っ張る。
【００４７】
このようにして、ウインチ１は、ターンテーブル１１の垂直軸の周りの回転によって方位角方向にかつ仰角方向にテザー１０１と整列させることができる。これは、比較的少ない曲げ動作で、テザーをドラム２に供給し、ドラム２の周りに巻き取ることができるので有利である。テザーの曲げ動作の回数を減らすことによって、テザーの寿命を延ばすことができる。
【００４８】
図２に示されるウインチ１は、ドラム２の周りでのテザー１０１の効率的な巻き戻しおよび巻き取りを実現する。ウインチ１は、ドラムをガイドピースに対して移動させるための被駆動機構を備え、これは、例えば、油圧ラムまたは電気作動を利用できる。図２および図３に示す実施形態では、キャリッジ３が、ドラム２がレールに沿って前後に自由に往復動できるように、ドラムシャットリングレール１２上に搭載されている。テザーがドラムから巻き戻されるかあるいはドラムに巻かれるとき、ガイドピースが、その上にテザーが巻き取られるか巻き戻されるドラムの一部に近接した状態が維持されるように、キャリッジはレールに沿って移動する。ドラムを往復動させるための手段は、油圧シリンダー、ネジ山またはその他の適切なリニアアクチュエータを含むことができる。ドラムシャットリングレール１２は、電子コントローラを必要とせずにドラムの位置が機械的に制御されるように、交差螺旋を有するネジ山（図示せず）を備えていてもよい。適切な例は、英国イーヴシャムのＡＢＳＳＡＣ  Ｌｔｄによって製造された自己逆転スクリューである。
【００４９】
テザーがドラム２から巻き戻されているか巻き取られているとき、キャリッジ３は、ドラムシャットリングレール１２に沿って移動させられるように駆動される。ドラムシャットリングレール１２に沿ったキャリッジ３の移動は、ガイドピース６に対するドラムの相対的な移動を生じる。この移動は、平均して、ドラムの表面２ａ上にドラムの周囲と等しい長さのテザーを巻き取るのにかかる時間内にテザーの幅とほぼ等しい横方向距離だけドラムが移動するように時間調整される。
【００５０】
ガイドピースがドラムの端部に近接すると、キャリッジ３を逆方向に往復動させることができ、これによって複数層のテザーをドラム上に収納することができる。この時間調整された相対運動の結果、ドラム上のテザーの連続巻回体は密に詰め込まれ、したがってテザーの連続層がドラム２上に配置される。
【００５１】
テザーが巻き戻されているとき、カイトによって加えられる引っ張り力の結果として、ドラムは、その円筒形軸の周りで反対方向に回転させられる。キャリッジはまた、ガイドピースが巻き戻されるテザーの一部に近接して保持されるように、巻き戻しモードで往復動させられる。
【００５２】
ガイドピースと、その上にテザーが巻き取られているかまたはそこからテザーが巻き出されているドラムの一部との間の長手方向における近接状態を維持することは、テザーの曲げをさらに減少する。テザーはまた、空間を効率的に使用する方法で格納することもでき、これによって概してより小さなドラムを使用することが可能となる。
【００５３】
上述した構成は、ガイドピースに対してドラムを往復動させることを含む。代替的に、ガイドピース６がドラム２に対して移動することができる。この実施形態では、その上でドラムが前後に往復動させられるレールを設ける代わりに、ドラムは、案内装置５の一部として設けられた長手方向レール（図示せず）に沿ってガイドピースが前後移動する間、（回転させられるのは別にして）静止している。ガイドピースのレールに沿った往復動は、テザーのドラム周囲への緊密な巻き付けを実現するように時間調整される。
【００５４】
上記実施形態のこの変形例では、湾曲トラック９，１０は、ドラム２の中央部２ａとほぼ等しい間隔で互いに離間している。湾曲トラック９，１０には長手方向レールが配置されている。ガイドピース６は長手方向レール上に位置し、長手方向レールに沿って前後に自由にスライドすることができる。ガイドピース６の長手方向移動はリニアアクチュエータを用いて行うことができる。
【００５５】
この変形例では、ガイドピースとドラムの相対移動は、図２に示すようなドラムの動きではなくガイドピースの動きによって達成されるので、ウインチはシャットリングレールを備える必要はない。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態では、テザーは実質的にリボン形状である。すなわち、テザーの幅は、その厚みよりも実質的に大きい。リボン形状を有することにより、テザーをドラム上にコンパクトに収納することができる。これは、テザーがドラムの周りに巻き付けられた複数の層として格納される場合に特に有利である。これは、ドラムの直径が小さくなると、テザーにかかるトルクが減少するからである。
【００５７】
テザーは、当技術分野で公知の任意の適切な材料から形成されてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態では、テザーは、Dyneemaのような超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰ）材料から形成される。Dyneema製のテザーは耐力が高く、したがって耐久性があり、長い寿命を有する。
【００５８】
図４は、本発明のさらなる実施形態による代替ウインチ５０を示す。この第２実施形態では、ウインチは、その円筒形軸の両端でクレードル５２によって支持されたドラム５１を備える。クレードル５２は、ドラム５１を垂直面（すなわち紙面）内に存在するように支持する。クレードル５２は、ドラム５１が垂直面内で回転することを可能とするピボット５３を備える。
【００５９】
ウインチ５０は案内装置５４を含む。テザー案内装置５４は、長手方向レール５８上に搭載されたガイドピース５５を含む。ガイドピースは、レール５８に沿って前後に移動することができる。ウインチ５０はまた、ドラム５１のそれぞれの端部に配置された湾曲トラック５６，５７を備える。第１実施形態における湾曲トラック９，１０と同様に、湾曲トラック５６，５７は、ドラム５１を少なくとも部分的に取り囲んでいる。テザー案内装置５４は、湾曲トラック５６，５７によって支持されている。したがって、テザー案内装置５４は、ドラムの円筒形軸に実質的に垂直な平面内で、円筒形ドラム５１の周りの軌道経路に沿って移動することができる。
【００６０】
テザー案内装置５４のこの平面内での動きは、テザーによるウインチ５０の方位整列を実現する。テザー案内装置５４の位置は、このテザー案内装置５４の位置を制御するように動作可能なコントローラと通信する適切な駆動機構によって制御することができる。コントローラは、飛行計画に従うように、そしてテザー案内装置５４が正しい位置にあることを保証するために駆動機構に信号を送信するようにプログラムすることができる。
【００６１】
ウインチ５０の仰角方向の整列を可能にするために、クレードル５２は垂直平面内でピボット５３を中心に動作することができる。ピボット５３は、コントローラに結合されたモーターを備えていてもよい。
【００６２】
さらに、ドラム５１の重心は、ピボット５３と、カイトに接続された巻き戻された長さのテザーとの間に位置する。この構成により、ウインチを仰角および方位角的に整列させるためにウインチが駆動機構に完全には依存しないように、ウインチ５０とテザーのある程度の自己整列が可能となる。このようにして、寄生負荷を低減することができる。
【００６３】
ウインチ１の代替的な構成と同様に、ガイドピース５５は、テザーがドラム５１上に連続層で巻き付けられられることを可能にすると共にウインチが巻き戻しモードにあるときテザーのピックアップを容易にするために、長手方向レール５８に沿って往復動することができる。
【００６４】
ドラムを水平面および垂直面内でそれぞれ移動させることができるウインチの二つの実施形態について説明したが、ドラムは、実質的に垂直である第２の平面内で動作するように配置されたテザー案内装置を伴って、任意の面内で回転するように支持されてもよいことに留意されたい。この配置は、テザーの摩耗を減少させるために、方位角的および仰角的にウインチの整列を可能にする。
【００６５】
曲げ動作の回数を最小にするためには、実質的にプーリー上で曲げを伴わずにテザーをウィンチドラムに直接供給させることが必要である。プーリーを使用する本発明の実施形態では、これらは専ら案内のためのものであり、テザーにピーク引っ張り力の１０％を超える力を及ぼさない。このようなプーリーは案内装置に搭載することができる。
【００６６】
ウインチ１，５０は、空中浮遊デバイスを放出および捕捉するためのマスト（図示せず）に結合されてもよい。マストは、発電システムにおいて使用される空中浮遊デバイスの放出および捕捉のための当業者に知られている、いかなるタイプのマストであってもよい。マストは、空中浮遊デバイスが放出されるか捕捉されるときに、この空中浮遊デバイスを案内するために、その上端に配置されたトラックを備えることができる。代替的に、マストは、放出および捕捉を助けるためにそれが折り重なるように連結されたタイプのものであってもよい。
【００６７】
図５Ａおよび図５Ｂは、複数ウインチシステム５００を示している。複数のウインチを含むシステムは有利である。というのは、それは、別の空中浮遊デバイスが巻き取られている間に、少なくとも一つの空中浮遊デバイスが発電モードで配備されることを可能とするからである。それゆえ、電流を常に発生させることができる。
【００６８】
図５に示すウインチシステム５００は、上述したウインチ１と実質的に同様のタイプの二つのウインチ５０５を備える。各ウインチは、その垂直軸を中心に回転可能なターンテーブル５１０に取り付けられている。マスト５１５はターンテーブル５１０のそれぞれの上に搭載されている。このようにして、ウインチ５０５および各マスト５１５は、それらがターンテーブルが回転するとき一緒に回転するようにターンテーブル５１０に対して固定されるよう配置されている。ウインチおよびマストをターンテーブル上に配置するのは、ウインチおよびマストの両方を空中浮遊デバイスに対して整列させることができるので有利な構成である。これにより、空中浮遊デバイスの放出および捕捉が可能となり、テザーの磨耗も低減される。さらに、マストを空中浮遊デバイスの方向に整列させることにより、放出および捕捉を迅速に実行することができ、これによって装置がアイドル状態にある時間が短縮される。ウインチ１に関して上述したように、ドラムの重心は、ターンテーブル駆動モーターへの寄生負荷を低減するために、ターンテーブルの軸の前方に配置することができる。
【００６９】
マスト５１５は、発電システムで使用される空中浮遊デバイスの放出および捕捉のために当業者に知られているいかなるタイプのマストであってもよい。マスト５１５は、空中浮遊デバイスが放出および捕捉されるときに、それを案内するための、その上端に配置されたトラック（図示せず）を備えることができる。代替的に、マスト５１５は、放出および捕捉を助けるためにそれが折り重なるように連結されてもよい。
【００７０】
各ターンテーブル５１０は、それぞれのアーム５２０の端部に配置される。各ウインチのための別個のアームを有することは、二つのドッキングカイトを操縦するのに役立つ。各アーム５２０は、中央コラム５２５から外側に放射状に広がっている。各アームは、コントローラに結合された駆動モーター（図示せず）に結合されている。
【００７１】
各ウインチのための別個のアームを有することにより、中央コラム５２５における負荷が低減される。なぜなら、二つのウインチは、そのそれぞれのアームを制御することによって互いに接近するように動作させることができ、これによって中央コラム５２５におけるトルクを減少させるからである。
【００７２】
代替的に、ウインチ間の一定の角度セパレーション（例えば約１８０度）が維持されるように各端部に配置されたウインチを有する、単一のアームが設けられてもよい。
【００７３】
コントローラは、アームを所望の位置に向けるために駆動モーターを制御するように動作可能である。各アームは、他のアームまたはアーム群から独立して動かすことができる。さらに、各ターンテーブルは同様にターンテーブルモーターに結合され、かつ、ターンテーブルモーターもまたコントローラによって制御される。したがって、一つのウインチをそのそれぞれの空中浮遊デバイスが風に面するように方向付けること、そして第２のウインチをそのそれぞれの空中浮遊デバイスが巻き取リ可能であるように方向付けることが可能である。
【００７４】
コントローラは、ユーザーが手動でアームおよびウインチを所望の位置に動かすことができるように、コンピュータに接続されてもよい。代替的に、フライトプランに従って自動的にアームおよびウインチの位置を制御するために、フライトプランを入力することができる。
【００７５】
図５Ａおよび図５Ｂは、二つのウインチを有する構成を示す。しかしながら、複数ウインチシステムの代替実施形態は、それぞれのターンテーブル上に三つ以上のウインチを有し、それぞれのマストを有することができる。
【００７６】
本明細書に記載された実施形態はカイトに関連する。そのようなカイトは、リジッド、ソフトまたはハイブリッドカイトであってもよい。しかしながら、リジッドウイングまたは小型飛行船のような別の係留された空中浮遊デバイスを使用できることを理解されたい。
【符号の説明】
【００７７】
１  ウインチ
２  円筒形ドラム
２ａ  表面（中央領域）
３  キャリッジ
４  アクスル
５  テザー案内装置
６  テザーガイドピース
７  発電機
９，１０  湾曲トラック
１１  ターンテーブル
１２  ドラムシャットリングレール
５０  ウインチ
５１  円筒形ドラム
５２  クレードル
５３  ピボット
５４  テザー案内装置
５５  ガイドピース
５６，５７  湾曲トラック
５８  長手方向レール
１００  カイト
１０１  テザー
１０２  ベースステーション
１０３  プラットフォーム
５００  ウインチシステム
５０５  ウインチ
５１０  ターンテーブル
５１５  マスト
５２０  アーム
５２５  中央コラム
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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