(57)【要約】発電装置(１０)は、ハウジング(１４)と、このハウジング内の風力タービン(１２)とを有している。この風力タービンは、複数の回転可能なタービンブレード(６６)を有している。前記ハウジングは、風力タービンの前方に延びており、空気の入口(２２)を規定している前側領域(２０)と、風力タービンの後方に延びており、空気の出口を規定している後側領域(２４)とを有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、このハウジング内の風力タービンとを具備し、この風力タービンは、複数の回転可能なタービンブレードを有し、前記ハウジングは、風力タービンの前方に延びており、空気の入口を規定している前側領域と、風力タービンの後方に延びており、空気の出口を規定している後側領域とを有している、発電装置。
【請求項２】
前記前側領域は、前記入口から後側領域に向かって内方に傾斜しており、又、前記後側領域は、前記前側領域から出口に向かって外方に傾斜している請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記前側領域は、円錐台形状をしており、又、前記後側領域は、円錐台形状をしている請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記風力タービンは、前記複数のタービンブレードが装着されているハブを有し、複数のタービンブレードは、前記ハブから放射状に延びており、又、ハブは、主軸を有し、タービンブレードは、この主軸を中心として回転可能である、請求項１、２、又は３に記載の発電装置。
【請求項５】
前記風力タービンは、前記ハブを中心として互いに規則正しく離間されている４０と５６との間のタービンブレードを有している請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記風力タービンは、前記ハブを中心として互いに規則正しく離間されている４０と５６との間のタービンブレードを有している請求項５に記載の発電装置。
【請求項７】
各タービンブレードは、先端と後端とを有し、各タービンブレードのピッチは、先端から後端に向かって変化している請求項４、５、又は６に記載の発電装置。
【請求項８】
各タービンブレードの前記ピッチは、前記先端から後端に向かって増加している請求項７に記載の発電装置。
【請求項９】
各タービンブレードの前記先端のピッチは、０°と１０°との間である請求項８に記載の発電装置。
【請求項１０】
各タービンブレードの前記先端のピッチは、実質的に０°である請求項８又は９に記載の発電装置。
【請求項１１】
各タービンブレードの後端のピッチは、５０°と６０°との間である請求項８，９、又は１０に記載の発電装置。
【請求項１２】
前記後端のピッチは、実質的に５７°である請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項１３】
前記風力タービンは、タービンブレードのピッチを制御するためのピッチ制御装置を有している請求項７乃至１２のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項１４】
前記ピッチ制御装置は、前記ハブへの各タービンブレードへの枢支を与えるための枢支アッセンブリと、タービンブレードを所望のピッチの第１の位置に付勢するための付勢装置とを有し、この付勢装置は、複数のタービンブレードに、付勢力を与えるように構成され、タービンブレードへの風力が、前記付勢力を超えたときに、タービンブレードは、タービンブレードの最小ピッチの位置である第２位置に向かって動く、請求項１３に記載の発電装置。
【請求項１５】
前記付勢装置は、タービンブレードが、前記第１の位置と第２の位置との間の中間の位置に動くことを可能にするように構成され、前記中間の位置は、前記第１の位置と第２の位置との間の連続している位置であり、タービンブレードへの力により決定される、請求項１４に記載の発電装置。
【請求項１６】
前記枢支アッセンブリは、複数のヒンジを有し、各ヒンジは、各タービンブレードに設けられ、そして、前記付勢装置は、複数のばねを有し、各ばねは、各タービンブレードに設けられている請求項１４又は１５に記載の発電装置。
【請求項１７】
前記風力タービンをハウジングに支持させるための支持装置を更に具備し、この支持装置は、複数の細長い支持部材を有している、請求項４乃至１６のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項１８】
前記支持装置は、前記タービンブレードに近接して配置されている突出アッセンブリを有し、この突出アッセンブリは、タービンブレードの上流に配置されている、請求項１７に記載の発電装置。
【請求項１９】
前記突出アッセンブリは、複数の細長い部材により構成されている骨格構造体と、これら細長い部材を覆うように配設されているスキンと、前記ハブから延びている中心のシャフトとを有し、このシャフトは、前記細長い部材に対して回転するように設けられ、又、前記細長い部材は、保持部を有し、前記シャフトは、前記保持部に対する回転のために保持部により支持されている、請求項１８に記載の発電装置。
【請求項２０】
前記風力タービンは、１と６メートルとの間の直径を有している請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項２１】
前記風力タービンは、１．５と５メートルとの間の直径を有している請求項２０に記載の発電装置。
【請求項２２】
前記風力タービンは、２と４メートルとの間の直径を有している請求項２０又は２１に記載の発電装置。
【請求項２３】
前記風力タービンは、実質的に２、又は実質的に４メートルの直径を有している請求項２０，２１、又は２２に記載の発電装置。
【請求項２４】
前記ハウジングは、複数の支柱又はチューブで形成されているフレームと、このフレームの周りに配置されているスキンとを有している請求項１乃至２３のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項２５】
前記ハウジングは、主軸を有し、前記入口は、この主軸に対して鋭角で角度付けされている請求項１乃至２４のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項２６】
前記入口の上側領域は、入口の下側領域に対して前方に延びている請求項２５に記載の発電装置。
【請求項２７】
前記ハウジングを支持するための装着装置を更に具備し、この装着装置は、枢支装置を有し、前記ハウジングは、この枢支装置を中心として自転可能である、請求項１乃至２６のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項２８】
前記ハウジングを回転させるための駆動装置を具備し、この駆動装置は、風反応装置を有し、この風反応装置は、自身への風の力に反応する、請求項２７に記載の発電装置。
【請求項２９】
この発電装置は、更に、磁気的ギア配列装置と、導電性の少なくとも１つのコイルを有する巻線装置とを有する磁気的ギア付き発電機の形態の電気発生装置を具備する請求項２８に記載の発電装置。
【請求項３０】
前記磁気的ギア配列装置は、互いに移動可能な第１のマグネットアッセンブリと第２のマグネットアッセンブリとを有し、又、前記巻線装置は、電力を発生するために、第１のマグネットアッセンブリ及び／又は第２のマグネットアッセンブリと磁気的に相互作用するように配設されている、請求項２９に記載の発電装置。
【請求項３１】
前記磁気的ギア配列装置は、更に、前記第１及び第２のマグネットアッセンブリの磁場と、これら磁場が互いに結合するように、干渉する干渉アッセンブリを有しており、この干渉アッセンブリは、第１及び第２のマグネットアッセンブリ間で、所定の軸の周りに配設されている請求項３０に記載の発電装置。
【請求項３２】
前記干渉アッセンブリは、前記第１及び第２のマグネットアッセンブリに対して可動である請求項３１に記載の発電装置。
【請求項３３】
前記干渉アッセンブリは、円筒形であり、又、前記所定の軸を中心として回転可能である請求項３２に記載の発電装置。
【請求項３４】
前記干渉アッセンブリは、互いに実質的に均一に離間されている複数のポール片を有している請求項３１に記載の発電装置。
【請求項３５】
前記干渉アッセンブリは、前記第１及び第２のマグネットアッセンブリ間に設けられている請求項３１乃至３４のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項３６】
前記第１のマグネットアッセンブリは、内側のマグネットアッセンブリであり、又、前記第２のマグネットアッセンブリは、外側のマグネットアッセンブリである請求項３１乃至３５のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項３７】
前記第１のマグネットアッセンブリは、実質的に円筒形であり、又、複数の第１の磁石を有しており、そして、第１のマグネットアッセンブリは、前記複数の第１の磁石を支持している第１の支持体を有している、請求項３６に記載の発電装置。
【請求項３８】
前記第１の磁石は、第１の永久磁石である請求項３７に記載の発電装置。
【請求項３９】
前記第１のマグネットアッセンブリは、前記所定の軸を中心として回転可能であり、前記巻線装置は、第１のマグネットアッセンブリに対して径方向外方に配置されている請求項３１乃至３９のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４０】
前記第２のマグネットアッセンブリは、実質的に円筒形であり、又、複数の第２の磁石を有しており、そして、第２のマグネットアッセンブリは、前記複数の第２の磁石を支持している第２の支持体を有している、請求項３１乃至３９のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４１】
前記第２の磁石は、第２の永久磁石である請求項４０に記載の発電装置。
【請求項４２】
前記第１のマグネットアッセンブリは、前記所定の軸を中心として回転可能である請求項３１乃至４１のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４３】
前記第２のマグネットアッセンブリは、固定されている請求項３１乃至４１のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４４】
前記第２のマグネットアッセンブリは、前記第１のマグネットアッセンブリの径方向外方に設けられている請求項３１乃至４３のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４５】
前記巻線装置は、固定されており、円筒形状を有している請求項３１乃至４４のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４６】
前記巻線装置は、前記第２のマグネットアッセンブリの外側に配置され、第２のマグネットアッセンブリの周りで延びている請求項３１乃至４５のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４７】
前記第２のマグネットアッセンブリが、固定されている場合には、前記巻線装置と第２のマグネットアッセンブリとは単一のユニットの形態である請求項３１乃至４５のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項４８】
添付図面の図１乃至１４を参照して実質的に説明されているような発電装置。
【請求項４９】
添付図面の図１５乃至１７を参照して実質的に説明されているような発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、発電装置に関している。この発明の実施の形態は、発電のための風力タービン装置に関している。又、この発明は、風力タービンのためのハウジングに関している。又、この発明は、このようなハウジングのための装着フレームに関している。又、この発明は、前記ハウジングのための基礎フレームに関している。又、この発明は、前記ハウジングのための突出円錐部に関している。
【背景技術】
【０００２】
電力を発生させるための風力タービンが、知られている。しかし、このようなタービンは、効率が悪く、このために、必要とされている量の電気を発生させるためには、広いエリアを占める必要がある。
【発明の概要】
【０００３】
この発明の一態様に係われば、ハウジングと、ハウジング内に回転可能に設けられたタービンブレードを備えている風力タービンとを有する発電装置が提供される。
【０００４】
発電装置は、風力タービン装置を有し得る。
【０００５】
ハウジングは、入口と出口とを有し得る。又、このハウジングは、前記入口が中に規定されている前側領域を有し得る。又、このハウジングは、前記出口が中に規定されている後側領域を有し得る。ハウジングは、入口と出口との間にタービン保持領域を有し得、このタービン保持領域内にタービンが保持されている。
【０００６】
前記ハウジングは、入口からタービン保持領域に向かって内方に傾斜付けされ得、又、ハウジングは、タービン保持領域から出口に向かって外方に傾斜付けされ得る。前記前側領域は、円錐台形の形状を有し得る。前記後側領域は、円錐台形の形状を有し得る。
【０００７】
ここに記載されている実施の形態では、入口からタービン保持領域に向かっている内方への傾斜付けは、入口からタービン保持領域に向かっている風の速度を早くさせている。タービン保持領域から出口に向かっている内方への傾斜付けは、風力タービンの下流の圧力を減じ、かくして、空気の流れとタービン効率とを増している。
【０００８】
前記ハウジングは、骨格形状のフレームで良く、そして、支柱、又は、チューブで構成され得るフレームを有し得る。これら支柱、又は、チューブは、アルミニウムのような金属で形成され得る。更に、ハウジングは、フレームの周りに配置され、例えば、適切なフラスチック材で形成されているスキン(skin)を、有し得る。
【０００９】
前記ハウジングは、主軸を有し得、又、前記入口は、この主軸に対して鋭角で角度付けされ得る。前記入口の上側領域は、入口の下側領域に対して前方に延び得る。
【００１０】
風力タービンは、タービンブレードアッセンブリを有し得る。このタービンブレードアッセンブリは、ハブと、このハブから放射状に延びている複数のタービンブレードとを有し得る。このハブは、主軸を有し得、この主軸を中心としてタービンブレードは、回転可能である。
【００１１】
各タービンブレードは、先端と後端とを有し得る。各タービンブレードのピッチは、先端から後端に向かって変化し得る。前記ピッチは、前記先端から後端に向かって増加し得る。
【００１２】
前記先端のピッチは、０°と１０°との間で有り得る。望ましくは、前記先端のピッチは、実質的に０°である。
【００１３】
後端のピッチは、５０°と６０°との間で有り得る。望ましくは、後端のピッチは、実質的に５７°である。
【００１４】
ここで使用されているようなピッチは、風の流れの方向に対するタービンブレードの迎え角のことである。各タービンブレードの、又は、各タービンブレードの各部分のピッチは、風から最大のエネルギーを引き出すように、好ましくは、選定されている。
【００１５】
タービンブレードアッセンブリは、ブレードのピッチを制御するためのピッチ制御装置を有し得る。このピッチ制御装置は、強い風の時に、ブレードのピッチを減じるように設けられ得る。
【００１６】
前記ピッチ制御装置は、ハブへの各タービンブレードの枢支を与えるための枢支アッセンブリと、ブレードを所望のピッチの第１の位置に付勢するための付勢装置とを有し得る。この付勢装置は、複数のタービンブレードに、付勢力を与えるように構成され得、ブレードへの風力が、前記付勢力を超えたときに、ブレードは、ブレードの最小ピッチの位置である第２位置に向かって動く。この付勢装置は、タービンブレードが、前記第１の位置と第２の位置との間の中間の位置に動くことを可能にするように構成され得る。前記中間の位置は、前記第１の位置と第２の位置との間の連続している位置であり、ブレードへの力により決定される、かくして、強い風のときに、ここに記載されている実施の形態では、風速が所定の第１の風速を超えたときに、ブレードは、第１の位置と第２の位置との間の中間の位置のうちのいずれかの位置に動き、かくして、ブレードに対する損傷のリスクを減じている。付勢装置は、風速が、所定の第２の風速を超えたときには、ブレードが第２の位置に動き得るように、構成され得る。
【００１７】
前記枢支アッセンブリは、複数のヒンジを有し得る。各ヒンジは、各ブレードに設けられ得る。前記付勢装置は、複数のテンションばねのような複数のばねを有し得る。各ばねは、各ブレードに設けられ得る。
【００１８】
この発電装置は、ハウジングを支持するための装着装置を有し得る。この装着装置は、枢支装置を有し得、前記ハウジングは、この枢支装置を中心として自転する。望ましくは、前記ハウジングは、実質的に水平な平面内で自転し得る。この発電装置は、更に、ハウジングの自転を容易にするように配設されているローラ手段を有し得る。
【００１９】
この発電装置は、前記ハウジングと風力タービンとを備えているハウジングアッセンブリを有し得る。このハウジングアッセンブリは、重心を有しており、前記枢支装置は、前記重心の前方に設けられ得る。
【００２０】
一実施の形態では、前記装着装置は、上に前記ハウジングが装着されている装着フレームを有し得る。この装着フレームは、上側フレーム部分と下側フレーム部分とを有し得る。ハウジングは、これら上側フレーム部分及び下側フレーム部分と係合した状態で装着フレーム内に載置され得る。
【００２１】
前記枢支装置は、前記装着フレームに設けられ得、装着フレームが、枢支装置を中心として回転可能である。前記ローラ手段は、装着フレームに設けられ得る。
【００２２】
前記装着フレームは、下側フレーム部分と上側フレーム部分とを有し得る。前記ハウジングは、装着フレーム上に載置され得る。ハウジングは、前記上側フレーム部分と下側フレーム部分との少なくとも一方に係合し得る。ハウジングは、上側フレーム部分と下側フレーム部分との両方に係合し得る。
【００２３】
前記下側フレーム部分は、複数の細長いフレーム部材を有し得る。下側フレーム部分は、ほぼ矩形又は等脚台形の形状であり得る。
【００２４】
前記上側フレーム部分は、下側フレーム部分上に互いに対向するように配設されている１対の細長い支持部材を有し得る。上側フレーム部分は、下側フレーム部分から支持部材を離間させるスペーサ部材を有し得る。
【００２５】
この発電装置は、更に、前記ローラ手段を受けるための湾曲されたレール体を備え得る基礎支持構成体を有し得る。一実施の形態では、ローラ手段は、レール体に受け入れられるように配設されている。レール体は、前記装着フレームを、枢支装置を中心として実質的に円形又は半円形に回転させ得るように、実質的に円形又は半円形であり得る。
【００２６】
前記基礎支持構成体は、枢支装置と共働するための共働装置を有し得る。枢支装置は、突出している枢支部材を有し得る。前記共働装置は、中に前記枢支部材が受け入れられる開口部を規定している共働部材を有し得る。代わって、前記枢支部材が、共働部材に設けられ得、開口部が装着フレームに規定され得ることは、判るであろう。
【００２７】
ここに記載されている実施の形態で、前記共働部材は、両端部を有する細長い支柱を備えている。レールが、共働部材の一端部から他端部に延びていることが可能である。
【００２８】
他の実施の形態では、前記枢支装置は、前記ハウジングに設けられ得る。この枢支装置を有し得る支持装置が、設けられ得る。支持装置は、前記ハウジングと係合可能である。
【００２９】
この発電装置は、風力タービンを回動させるための駆動装置を有し得る。この駆動装置は、風反応装置を有し得、この風反応装置は、自身への風力に対して反応する。風反応装置は、ハウジングに装着され得る翼体を有し得る。
【００３０】
前記翼体は、風により偏向されて、入口が風に面するようにハウジングを方向付けるように、構成され得る。翼体は、ハウジングから後方に延出され得る。
【００３１】
代わって、前記駆動装置は、ハウジングの重心の前方に配置されている枢支装置を有し得、風は、入口が風に面するようにハウジングを偏向する。
【００３２】
前記風力タービンは、ハブに装着されている複数のタービンブレードを有し得る。風力タービンは、前記ハブを中心として互いに規則正しく離間され得る、４０と５６との間のタービンブレードを、有し得る。実施の形態では、風力タービンは、１と６メートルとの間の、望ましくは、１．５と５メートルとの間の、より望ましくは、２と４メートルとの間の直径を有し得る。風力タービンは、実質的に２メートルの直径を有し得る。代わって、風力タービンは、実質的に４メートルの直径を有し得る。
【００３３】
この発電装置、更に、風力タービンをハウジング上に支持させるための支持装置を有し得る。この支持装置は、細長いブレースで構成され得る複数の細長い支持部材を有し得る。
【００３４】
前記支持装置は、風力タービンのブレード近くに配設されている突出アッセンブリ(nose assembly)を有し得る。この突出アッセンブリは、風力タービンのブレードの上流に配置され得る。突出アッセンブリは、突出円錐部を有し得る。
【００３５】
前記突出アッセンブリは、複数の細長い部材により構成されている骨格構造体と、これら細長い部材を覆うように配設されているスキン(skin)とを有し得る。このスキンは、ブラスチック材により形成され得る。突出アッセンブリは、更に、前記細長い部材に対して回転するように設けられ得、前記ハブから延びている中心のシャフトを有し得る。前記細長い部材は、保持部を有し得、前記シャフトは、前記保持部に対する回転のために保持部により支持されている。前記シャフトは、前記ハブから延出され得る。このシャフトは、ハブに固定するように装着され得る。
【００３６】
この発電装置は、更に、交流発電機であり得る発電機を備えている電気発生装置を有し得る。
【００３７】
一実施の形態では、前記電気発生装置は、前記風力タービンのブレードに接続されているギア配列装置を有し得る。このギア配列装置は、チェーンとスプロケットホイールとのアッセンブリを有し得る。
【００３８】
前記ギア配列装置は、タービンブレードにより直接に駆動される第１のスプロケットホイールと、この第１のスプロケットホイールから第２のスプロケットホイールへと延びているチェーンとを有し得る。第３のスプロケットホイールが、第２のスプロケットホイールに直接に接続され得、又、第２のチェーンが、第３のスプロケットホイールから第４のスプロケットホイールへと延出され得る。この第４のスプロケットホイールは、発電機に直接に接続され得る。
【００３９】
前記ギア配列装置は、タービンブレードと発電機との間に３０：１のギア比を与えるように構成され得る。
【００４０】
他の適切なギア配列装置が、望まれたギア比を与えるために使用され得ることは、当業者により判るであろう。
【００４１】
更なる実施の形態において、前記電気発生装置は、磁気的ギア付き発電機を構成し得る磁気的発電機を含み得る。この磁気的発電機は、磁気的ギア配列装置と、導電性の少なくとも１つのコイルを有する巻線装置とを有し得る。
【００４２】
前記磁気的ギア配列装置は、互いに移動可能な第１のマグネットアッセンブリと第２のマグネットアッセンブリとを有し得る。前記巻線装置は、電力を発生するために、第１のマグネットアッセンブリ及び／又は第２のマグネットアッセンブリと磁気的に相互作用するように配設され得る。前記第１のマグネットアッセンブリは、内側のマグネットアッセンブリであり得る。第１のマグネットアッセンブリは、実質的に円筒形状であり得る。第１のマグネットアッセンブリは、第１の永久磁石で有り得る、複数の第１の磁石を有し得る。第１のマグネットアッセンブリは、前記複数の第１の磁石を支持している第１の支持体を有し得る。
【００４３】
前記第１のマグネットアッセンブリは、軸を中心として回転可能で有り得る。第１のマグネットアッセンブリは、第１のロータを有し得る。前記巻線装置は、第１のマグネットアッセンブリは、に対して後方に配置され得る。
【００４４】
前記磁気的ギア配列装置は、前記第１及び第２のマグネットアッセンブリの磁場と、これら磁場が互いに結合するように、干渉する干渉アッセンブリを、有し得る。この干渉アッセンブリは、第１及び第２のマグネットアッセンブリ間に配置され得る。かくして、前記磁場と干渉アッセンブリとの干渉により、巻線装置に電気を発生させるように、第１及び第２のマグネットアッセンブリのうちの一方の回転が可能となり得る。
【００４５】
前記干渉アッセンブリは、可動であり得る。一実施の形態では、干渉アッセンブリは、軸を中心として回転可能であり得る。干渉アッセンブリは、互いに実質的に均一に離間され得る複数のポール片を有し得る。
【００４６】
前記第２のマグネットアッセンブリは、外側のマグネットアッセンブリであり得る。第２のマグネットアッセンブリは、実質的に円筒形であり得る。第２のマグネットアッセンブリは、第２の永久磁石であり得る、複数の第２の磁石を有し得る。第２のマグネットアッセンブリは、前記複数の第２の磁石を支持している第２の支持体を有し得る。
【００４７】
一実施の形態では、前記第２のマグネットアッセンブリは、所定の軸を中心として回転可能であり得る。この実施の形態では、第２のマグネットアッセンブリは、第２のロータであり得る。
【００４８】
他の実施の形態では、第２のマグネットアッセンブリは、固定され得る。第２のマグネットアッセンブリは、ステータを有し得る。
【００４９】
前記巻線装置は、固定され得る。巻線装置は、円筒形状であり得る。巻線装置は、第２のマグネットアッセンブリの外側に配置され得る。巻線装置は、第２のマグネットアッセンブリの周りを延び得る。
【００５０】
代わって、第２のマグネットアッセンブリが固定されている場合には、巻線装置と第２のマグネットアッセンブリとは単一のユニットの形態で有り得る。
【００５１】
ここに記載されている実施の形態では、タービンブレードは、実質的に毎分５０回転で回転する。
【００５２】
タービンブレードアッセンブリの直径は、１と６メートルとの間、望ましくは、１．５と５メートルとの間、より望ましくは、２と４メートルとの間であり得る。タービンブレードアッセンブリの直径は、実質的に２メータであり得る。代わって、タービンブレードアッセンブリの直径は、実質的に４メータであり得る。
【００５３】
本願発明の実施の形態が、添付の図面を参照して、例のみの方法で以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、発電装置の一実施の形態の部分断面図である。
【図２】図２は、図１に示されている発電装置の一部分であるハウジングの側面図である。
【図３】図３は、入口開口部を示している、図２に示されているハウジングの端面図である。
【図４】図４は、発電装置の一部分である装着フレームの側面図である。
【図５】図５は、図４に示されている装着フレームの端面図である。
【図６】図６は、図４に示されている装着フレームの端面図である。
【図７】図７は、発電装置の一部分である基礎支持構造体の上面図である。
【図８】図８は、図７に示されている基礎支持構造体の側面図である。
【図９】図９は、発電装置の一部分である突出アッセンブリの端面図である。
【図１０】図１０は、図９のＸ−Ｘ線に沿った図である。
【図１１】図１１は、発電装置の他の実施の形態の側面図である。
【図１２】図１２は、発電装置の更に他の実施の形態を示している。
【図１３】図１３は、１つのタービンブレードを示している、タービンブレードアッセンブリの側面図である。
【図１４】図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った図である。
【図１５】図１５は、切り取られる領域を示している、発電装置の更なる実施の形態の側面図である。
【図１６】図１６は、図１５にＸＶＩで示されている前記領域の拡大図である。
【図１７】図１７は、図１５で示されている実施の形態で使用されている発電機の断面図である。
【図１８】図１８は、図１７のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図面のうちの図１は、風力タービン装置の形態の発電装置を１０を示しおり、これは、ハウジング１４に収容されている風力タービン１２を備えているハウジングアッセンブリを有している。発電装置１０は、更に、上にハウジング１４が装着されている装着フレーム１６を備えているマウント装置を有している。この装着フレーム１６は、装着フレーム１６とハウジング１４とが回転可能なように、かくして、風が吹いてくる方向に面し得るように、基礎支持構造体１８に回動可能に接続されている。
【００５６】
図２及び３に示されているように、前記ハウジング１４は、入口開口部２２を含んでいる入口部分２０を備えている前側領域を有している。又、ハウジング１４は、出口開口部２６を含んでいる出口部分２４を備えている後側領域を有している。タービン保持領域２８が、入口部分２０と出口部分２４との間に設けられている。
【００５７】
前記入口部分２０は、入口開口部２２からタービン保持領域２８に向かって内方に傾斜している。前記出口部分２４は、タービン保持領域２８から出口開口部２６に向かって外方に傾斜している。ハウジング１４のこのような配設は、風速が、入口開口部２２からタービン保持領域２８に向かって増加される効果を有している。出口部分２４の外方に向かう傾斜は、風力タービン１２を通る空気流とタービン効率とを増すように、圧力降下を生じさせる。
【００５８】
ハウジング１４は、細長い部材３４により接続されている複数の環状部材により構成されている骨格状のフレーム３０を有している。プラスチック又はアルミニウムのスキン３６が、フレーム３０の内側の周りで延びている。
【００５９】
前記ハウジングは、主軸Ａ−Ａを有し、そして、入口開口部２２は、主軸Ａ−Ａに対して鋭角に角度付けされている。角度付けされている入口開口部の結果として、入口開口部２２の上側領域２２Ａは、下側領域２２Ｂの前方に延びており、雨や破片からハウジング１４の内側をシールする助けをなしている。メッシュの形態のスクリーン３８(図３を見よ)が、破片や野生動物の侵入を防止する助けをなすように、入口開口部２２全体に渡って設けられている。
【００６０】
前記装着フレーム１６は、図４乃至６に示されており、下側フレーム部分４０と上側フレーム部分４２とを有している。前記ハウジング１４(図４乃至６では破線で示されている)は、環状部材３２が、上側部分４２と下側部分４０とに係合した状態で、装着フレーム１６上に載置されている。
【００６１】
下側フレーム部分４０は、複数の細長いフレーム部材４４を有し得る。図示されている実施の形態では、このフレーム部分は、等脚台形の形状に配置されている４つの細長いフレーム部材４４を有している。
【００６２】
図６から見られるように、前記複数の細長いフレーム部材４４は、１対の互いに対向している第１のフレーム部材４４Ａと、これら第１のフレーム部材４４Ａ間で延びている１対の互いに対向している第２のフレーム部材４４Ｂとを含んでいる。前記上側フレーム部分４２は、１対の細長い支持部材４６を有している。これら支持部材は、第１のフレーム部材４４Ａに、これらの上方に離間して、細長い支持部材４６の両端部に配置されているスペーサ部材４８により接続されている。
【００６３】
前記第１のフレーム部材４４Ａと細長い支持部材４６とは、入口部分２０の傾斜状態に対応するように傾斜付けされている。
【００６４】
前記装着フレーム１６は、更に、下側のフレーム部分４４に、下方に延びている枢支部材５０を備えている枢支装置を、有している。装着フレーム１６は、又、ホイール５２の形態の１対のロールを下側のフレーム部分の所に有している。図５及び６から見られ得るように、枢支部材５０は、前記第２のフレーム部材４４Ｂの一方に設けられ、これから下方に延びている。ホイール５２は、第２のフレーム部材４４Ｂの他方に、これと鋭角をなして回転可能に装着されている。ホイール５２の角度は、ホイール５２が中で回転するレールの曲率に対応している。枢支部材５０及びホイール５２の目的が、以下に記載されている。
【００６５】
図７及び８を参照すると、前記装着フレーム１６は、ホイール５２が拘束される半円形のレール５４を有している基礎支持構造体上に配置されている。細長い共働部材５６が、半円形の両端間で延びており、前記枢支部材５０が受け入れられる開口部５８を規定している。適切なベアリング６０が、枢支部材５０と係合して装着フレーム１６の自由な回転を可能にするように、前記開口部５８の中に設けられている。
【００６６】
前記レール５４と共働部材５６とには、基礎支持構造体１８を所定の表面に取着させるための取着部材６２が設けられている。これら取着部材６２は、ポルトのような留め具が貫挿されるようなラグの形態であり得る。
【００６７】
使用に際しては、基礎支持構造体１８が、実質的に水平表面の、例えば、ビルディングの平坦な屋上の上に配置され、ここに、取着部材６２を通るボルトの使用により、この分野の当業者に理解され得る方法で、取着される。
【００６８】
装着フレーム１６が、基礎支持構造体１８上に、枢支部材５０が、開口部５８の中に受け入れられ、又、ホイール５２がレール５４と係合するように、配設される。そして、装着フレーム１６が、枢支部材５０を中心としてほぼ１８０°回動される。このときには、ホイール５２は、レール５４に沿って走行する。図１１及び１２を参照して後で説明されるような適切な駆動装置が、ハウジング１４の入口開口部２２が、風が吹いている方向に面することを確実にするように、レール５４に沿った装着フレーム１６の回動を果たすように設けられ得る。
【００６９】
図９及び１０を参照すると、風力タービン１２は、ハブ６８に装着され、ここから放射状に延びている複数のタービンブレード６６を備えているタービンブレードアッセンブリ６６を有している。図示されている実施の形態で、タービンブレードアッセンブリ６６は、ハブ６８を中心として、互いに離間されている４８のタービンブレード６６を有している。ハブ６８は、ハブ６８をシャフト７２に接続させている中心の接続部材７０を有している。
【００７０】
前記接続部材７０は、ボア７６を規定している第１の装着部分７４を有している。このボア中を前記シャフト７２が、延びている。シャフト７２は、ボア７６の中で、接続部材７０に固定するように取着されている。接続部材７０は、又、接続部材７０をハブ６８に固着させるための、径方向外方に延びている第２の装着部分７８を有している。
【００７１】
図１０に示されているように、風力タービン１２は、又、突出円錐部８２を備えている突出アッセンブリ８０と、電気発生装置８４とを有している。前記シャフト７２は、タービンブレードアッセンブリ６４から上流に向かって延びており、ここから突出円錐部８２の中に延びている。ブレース８６の形態の４つの細長い部材の２つのセット８５Ａ、８５Ｂが、前記ハウジング１４の骨格状のフレーム３０から夫々の矩形のホルダー８８Ａ、８８Ｂへと延びている。前記シャフト７２は、ホルダー８８Ａ、８８Ｂを通って延びており、ベアリング９０が、ホルダー８８Ａ、８８Ｂに対するシャフト７２の回転を可能にするように、設けられてする。
【００７２】
前記突出円錐部８２は、ブレース８６の２つのセット８５Ａ、８５Ｂに取着されている４つの細長い支柱(stay)９２でできたフレームを有している。かくして、突出円錐部８２は、ハウジング１４に装着されて、回転しない。適切なプラスチック材のスキン９４が、スラスト部材９２を覆うように設けられている。
【００７３】
前記突出円錐部８２は、先端領域９６と基端領域９８とを有している。突出円錐部８２の前記スキン９４は、基端領域９８でよりも先端領域９６で、するどい角度で湾曲されている。このことは、空気が、円滑に、突出円錐部８２を通って流れることを可能にしている。基端での突出円錐部８２の直径は、タービンブレードアッセンブリ６４の直径のほぼ５０％である。
【００７４】
前記電気発生装置８４は、ギア列１００と交流電源１０２とを有している。交流電源１０２は、電気を発生するために、ほぼ１５００ｒｐｍで駆動されるように、構成されており、又、タービンブレードアッセンブリ６４は、５０ｒｐｍで回転するように、構成されている。かくして、前記ギア列１００は、交流電源１０２の所望の回転速度を達成させるために、ほぼ３０：１のギア比を与えている。
【００７５】
図示されている実施の形態では、前記ギア列１００は、タービンブレードアッセンブリ６４に直接に装着されている第１のスプロケットホイール１０４と、第１のエンドレス駆動部材１０６とを有している。このエンドレス駆動部材は、第１のチェーン又は歯付きベルトであり得、第２のスプロケットホイール１０８へと延びている。第３のスプロケットホイール１１２が、前記第２のスプロケットホイール１０８に固定するように装着されており、又、第２のチェーン又は歯付きベルトであり得る第２のエンドレス駆動部材１１０が、第３のスプロケットホイール１１２から第４のスプロケットホイール１１４へと延びている。
【００７６】
図１では、前記エンドレス駆動部材１０６、１１０は、歯付きベルトとして示されている。ここに記載されている実施の形態で使用するのに適している歯付きベルトは、タイミングベルトである。第１及び第２のエンドレス駆動部材１０６、１１０は、自転車のチェーンのようなチェーンで良いことは、判るであろう。
【００７７】
前記第４のスプロケットホイール１１４は、交流電源１０２を駆動するように、交流電源１０２に直接に装着されている。第１、第２、第３、及び第４のスプロケットホイール１０４，１０８，１１２，１１４のサイズは、所望のギア比を得るようにこの分野での当業者により容易に算出され得る。
【００７８】
タービンブレードアッセンブリ６４の直径は、２と４メートルとの間であり得る。一実施の形態では、タービンブレードアッセンブリ６４の直径は、ほぼ２メートルである。代わって、タービンブレードアッセンブリ６４の直径は、タービン保持領域２８でのハウジング１４の直径よりも僅かに短い。かくして、ギャップが、タービンブレード６６の先端とハウジング１４との間に、これらの間の空気の自由な流れを許容するように規定されている。
【００７９】
図１を参照すると、各ブレード６６は、先端１２０と後端１２２とを有している。先端１２０の所での各ブレード６６のピッチは、実質的に０°である。後端１２２の所での各ブレード６６のピッチは、実質的に５７°である。各ブレード６６の幅は、ほぼ１５０ｍｍである。
【００８０】
種々の変更が、本願発明の範囲を逸脱しないでなされ得る。例えば、下側フレーム部分４０は、ほぼ矩形でも良い。更なる変更では、装着フレーム１６と基礎支持構造体１８とは、風力タービン１２とハウジング１４とが風に面することを可能にするために、な適切な駆動配設で風力タービン１２とハウジング１４とが回転可能に上に装着される、支柱(pylon)又はポールに取り換えられ得る。
【００８１】
更なる変更が、図１１乃至１４に示されている。
【００８２】
図１１は、ハウジング１４に設けられた駆動装置１５０を有している発電装置１０の変形例を示している。この駆動装置１５０は、入口開口部２２が、風と面するように、ハウジング１４を回転させる。図１１で、駆動装置１５０は、ハウジング１４から後方に延びている翼体(vane)構成体１５２を有している。この翼体構成体１５２は、翼体１５４と、この翼体１５４をハウジング１４に接続するための接続部材１５６とを有している。
【００８３】
前記ハウジング１４は、図１１に概略的に示されている枢支装置１６０の上に装着されている。駆動装置１５０は、ハウジング１４を、枢支装置１６０を中心として回動させる。
【００８４】
図１１で矢印Ｗの方向に吹いている風は、ハウジング１４を図１１に示されている位置に向けるように、翼体１５４を押して、入口開口部２２を風Ｗに面するように移動させる。
【００８５】
図１２は、発電装置１０の更なる例を示している。この例は、図１１に示されている実施の形態とは、類似しているが、駆動装置１５０が、ハウジング１４の重心Ｘの前でハウジング１４を支えている枢支装置１６０を有していることが、相違している。この枢支装置１６０は、ハウジングに装着されている枢支部材１６２と、枢支部材１６２が上に回動可能に装着されている支持体１６４とを有している。
【００８６】
図１２で矢印Ｗの方向に吹いている風は、枢支部材の前側のハウジングの領域よりも、枢支部材の後側のハウジングの領域により強い力を与える。この結果、風力は、ハウジング１４を図１２に示されている位置に向くように、ハウジングを押して、入口開口部２２を風Ｗに面するように移動させる。
【００８７】
図１１及び１２に示されている駆動装置１５０のどちらでも、図１に示されている発電装置１０に使用され得ることが、判るであろう。
【００８８】
図１３及び１４は、タービンブレード６６のピッチを制御するためのピッチ制御装置１７０を示している。図１３は、タービンブレードアッセンブリ６４のうちの１つのブレード６６を示している。ピッチ制御装置１７０は、各ブレード６６をハブ６８に取付ける各ヒンジ１７２を有している。更に、ピッチ制御装置１７０は、複数のテンションばね１７４の形態の付勢装置を有しており、各ばね１７４は、各ブレード６６とハブ６８との間に取着されている。これらばね１７４は、タービンブレードアッセンブリ６４の適切な変更により、圧縮ばねのような他の形態のばねに置き換えられ得ることは、判るであろう。
【００８９】
図１４では、所望のピッチである、即ち、最大のエネルギーが、風から引き出されるブレードの迎え角である第１の位置にあるブレード６６が、実線で示されている。これらブレード６６は、図１４に実線で示されている第１の位置と、図１４に破線で示されている第２位置との間で、夫々のヒンジ１７２を中心として回動可能である。前記第２の位置は、最小のピッチの位置であり、風速が、所定の第１の風速を超えたときに、ブレード６６は、第１の位置から第２の位置に向かって動かされる。そして、風速が所定の第２の風速に達したときには、ブレード６６は、第２の位置に動かされて、第２の位置に留まっている。この第２の位置では、風によるブレード６６の各々への力は、最小となり、この結果、強い風での損傷のリスクを減じている。第１の風速と第２の風速との間の風速では、ブレード６６は、第１の位置と第２の位置との中間の位置に動かされる。
【００９０】
前記ブレード６６は、ブレード６６に所定の付勢力を与えるばね１７４により第１の位置へと付勢されている。風Ｗの速度が増すのに従って、風Ｗからブレード６６への力は、又、増す。ブレードへの風Ｗの力が、ばね１７４により与えられる付勢力を超えると、即ち、所定の第１の風速のときには、ブレード６６は、図１４に実線で示されている第１の位置から、図１４に破線で示されている第２の位置に向かって回動し、この結果、ブレードへの力が減じる。
【００９１】
かくして、風速が高くなるのに従って、ブレード６６が、第２の位置に向かってヒンジ１７２を中心として回動される角度が大きくなる。非常に高い風速では、ブレード６６は、第２の位置に回動され、僅かの又はゼロのエネルギーを風から引き出される。風速が、前記第１の風速を超えて高くなるのに従って、風から引き出すエネルギーのブレード６６の効率は、風力タービン１２の早すぎる回転を防止するように、次第に減じられる。好ましくは、風力タービンは、４０ｍｐｈを超える全ての風速に対して一定速度で回転する。
【００９２】
更なる実施の形態が、図１５乃至１８に示されている。図１５乃至１８に示されている発電装置１０は、図１乃至１４に示されている多くの構成部材を有している。図１５乃至１８のこれら構成部材には、図１乃至１４での対応している構成部材と同じ参照符号が付されている。
【００９３】
図１５乃至１８に示されている発電装置１０は、図１乃至１４に示されている実施の形態とは、装着フレーム１６と基礎支持構造体１８とが、支持体１１８上に回転可能に装着されているシャフト１１６に代えられていることが、相違している。前記支持体は、ボルト１１９の形態であり得る締め付け具により、例えば、ビルディングの屋上に取付けられ得る。更なる相違は、電気発生装置８４が、磁気的ギア付き発電機(magnetically geared generator)１８４の形態であることである。
【００９４】
磁気的ギア付き発電機１８４は、前記シャフト７２に装着されている軸心１８６(図１７を見よ)を有し、シャフト７２が、タービンブレード６６により回転されたときに、これと一緒に回転する。図１５乃至１８に示されている実施の形態では、シャフト７２は、ハウジング１８７内に収容され、ホルダー８８Ａ、８８Ｂに固定するように取着されている。
【００９５】
前記軸心１８６は、ケース１８８を通って延びており、これに、ベアリング１９０により回転可能に装着されている。ケース１８８は、ハウジング１８７に固定するように取着されており、かくして、回転不能である。
【００９６】
更に、磁気的ギア付き発電機１８４は、第１のマグネットアッセンブリ１９２の形態の第１のロータを有している。図示されている実施の形態では、第１のマグネットアッセンブリ１９２は、第１の環状支持体１９４と、この第１の環状支持体１９４の周りに円形のアレイ状に配設されている複数の第１の永久磁石１９６とを有している。第１の支持体１９４は、ベアリング１９８により軸心１８６に回転可能に装着されており、かくして、第１の環状支持体１９４が、軸心１８６に対して回転可能となっている。
【００９７】
更に、磁気的ギア付き発電機１８４は、ケース１８８に固定するように装着されている第２のマグネットアッセンブリ２００の形態のステータを有している。この第２のマグネットアッセンブリ２００は、第２の環状の支持体２０２と、この第２の環状の支持体２０２の周りに円形のアレイ状に配設されている複数の第２の永久磁石２０４とを有している。第２の環状の支持体２０２は、前記第１のマグネットアッセンブリ１９２と同心的である。
【００９８】
更に、磁気的ギア付き発電機１８４は、第２の支持体２０２により支持されている巻線体２０６を有している。この巻線体２０６は、第２のマグネットアッセンブリ２００に対して外方に配置されている。巻線体２０６は、第２の環状の支持体２０２の周りに円形のアレイ状に配設され、導電体の複数のコイル２０８を有している。巻線体２０６は、第２のマグネットアッセンブリ２００と同心的である。
【００９９】
又、磁気的ギア付き発電機１８４は、第１のマグネットアッセンブリ１９２と第２のマグネットアッセンブリ２００との間に配設されている干渉アッセンブリ２１０(interference assembly)の形態の第２のロータを有している。この干渉アッセンブリ２１０は、軸心１８６に固定するように装着されている環状の支持体２１２を有しており、かくして、干渉アッセンブリ２１０は、軸心１８６の回転により回転される。
【０１００】
更に、前記干渉アッセンブリ２１０は、支持体２１２に複数のポール片２１４を有している。これらポール片２１４は、支持体２１２の周りに円形のアレイ状に配設されている。各ポール片２１４は、スチールのような高透磁率の材料により形成されている細長い部材である。
【０１０１】
動作に際して、ブレードアッセンブリ６４が、風により回転されるときに、軸心１８６は、回転される。第２のマグネットアッセンブリ２００の存在の観点から、ポール片２１４の回転により、第１のマグネットアッセンブリ１９２が回転される。ポール片２１４は、第１及び第２の永久磁石の磁場と干渉して、互いに結合された磁場とし、を第１のマグネットアッセンブリ１９２を回転させるためのトルクを発生する。
【０１０２】
複数のコイルは、前記磁場と磁気的に結合して、コイル２０８を形成している導電体に電圧を誘起する。このようにして発生された電気は、この分野の当業者により知られているような方法で、電気グリッドへの接続のためにか、直接の使用のために、適切な手段に送られ得る。
【０１０３】
種々の変更が、本願発明の範囲から逸脱しないで、なされ得る。
【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１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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2017517676.tif 000022
2017517676.tif 000023
2017517676.tif 000024
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