(57)【要約】  本発明は、発電装置に関する。より具体的には、本発明は、使用可能な電力に風および／または水の流れのエネルギを変換するための再生可能エネルギ発電装置に関する。発電装置は、第１回転軸の周りで回転可能な支持構造体と、支持構造体に回転可能に据え付けられ、前記第１回転軸に実質的に平行であり、前記第１回転軸から半径方向に離間している前記第２回転軸回りに前記支持構造体に対して自由に回転する複数のエーロフォイル・ブレードと、第１および第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション状態の間でエーロフォイル・ブレードを駆動するための手段とを含み、故に、エーロフォイル・ブレードは、自由に回転可能で、自動的に流体の流れの方向に対して迎え角を設定し、それによってそこで揚力を生成し、支持構造体にトルクを伝達し、繰り返し３６０度回転サイクル介して、支持構造体を駆動する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持構造体と、
前記支持構造体を回転可能に据え付けるための１つまたは複数の据え付け台であって、前記支持構造体が、第１回転軸の回りに前記据え付け台上で回転可能である、据え付け台と、
それぞれが前記支持構造体に回転可能に据え付けられ、個々の第２回転軸の回りに前記支持構造体に対し回転自在である複数のエーロフォイル・ブレードであって、前記第２回転軸はそれぞれ、前記第１回転軸に実質的に平行であり、前記第１回転軸から半径方向に離間している複数のエーロフォイル・ブレードと、
前記支持構造体が３６０度回転のサイクルを繰り返す際、作動的に駆動可能であるように、前記エーロフォイル・ブレードが第１方向に揚力を発生させるための第１揚力エーロフォイル・セクションを有し、それによって第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する第１状態、および前記エーロフォイル・ブレードが第２方向に揚力を発生させるための第２揚力エーロフォイル・セクションを有し、前記同じ第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する第２状態の間で前記エーロフォイル・ブレードの各々を駆動する手段とを含み、
前記第１および前記第２揚力エーロフォイル・セクションが（ｉ）互いの反転セクションであり、（ｉｉ）反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションであり、故に、使用時に前記エーロフォイル・ブレード上に作用する流体流れが、自動的に、前記流体流れの方向に対して前記エーロフォイル・ブレードの迎え角を設定し、
さらに、前記駆動手段が前記第１および前記第２状態の間で前記エーロフォイル・ブレードを作動可能に変形させるか、または反転させる、発電装置。
【請求項２】
整列状態で前記流体流れの方向に対して、前記支持構造体および前記駆動手段を配向させ、それにより、前記駆動手段が、前記回転サイクルに沿って所定の移行領域で前記第１および前記第２状態の間で、および前記流体流れに対し、個々の移行フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードの変形または反転を、作動的に駆動することができる、手段を含む、請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記駆動手段および前記支持構造体は、流体流が作動的に前記ハウジングを通過し、前記支持構造体に衝突することができるために、少なくとも前記支持構造体が、入口、出口、およびそれらの間に延在する流路を画定するハウジング内の前記据え付け台に据え付けられた状態で、互いに固定されており、前記ハウジング上に配置され、使用時の前記配向手段が、整列状態で、前記流路が、前記入口が前記出口の上流であるように、前記流体流れの方向に、実質的に整列されるように、前記ハウジングを配向する、請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記駆動手段は、前記支持構造体に対して回転可能であり、さらに、前記配向手段は、前記駆動手段に接続され、それにより前記駆動手段を前記第１回転軸の回りに移動させるので、前記支持構造体および前記駆動手段の両方は、整列した状態で前記流体流れの方向に作動的に配向され、前記駆動手段が前記回転サイクルに沿った前記所定の移行領域でおよび前記流体流れに対し、前記個々の移行フェーズの間で前記エーロフォイル・ブレードの変形または反転を作動的に駆動することができる、請求項２に記載の発電装置。
【請求項５】
前記配向手段は、前記ハウジングまたは前記駆動手段を前記整列状態に操縦するための１つまたは複数のフィンであり、前記駆動手段は、電気、電子的または機械的駆動手段である、請求項３または４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記出口その前記入口との間で前記ハウジング内に画定された前記流路は、前記支持構造体がその中または近くに据え付けられる狭窄部を有しており、それによって、前記狭窄部を通過する流れの流量を作動的に増加させる、請求項５に記載の発電装置。
【請求項７】
前記ハウジングが、
（ｉ）地面に据え付けられ、それによって、前記ハウジングが整列状態に、作動的に回転するのを可能にし、および／または、
（ｉｉ）浮遊し、水没状態で係留され、それによって、前記ハウジングが整列状態に作動的に漂流するのを可能にする、請求項６に記載の発電装置。
【請求項８】
少なくとも前記支持構造体、前記支持構造体上に回転可能に搭載された前記エーロフォイル・ブレードおよび前記駆動手段が、駆動セットを構成し、前記ハウジングが、その中に複数の駆動セットを収納可能である、請求項７に記載の発電装置。
【請求項９】
前記ハウジングは、所定の最大値よりも大きいサイズの固形物および／または海洋動物が、前記ハウジングおよび／または前記ハウジングの前記出口付近のディフューザに入るのを避けるために、前記入口に、またはその近くにガードを含む、請求項８に記載の発電装置。
【請求項１０】
機械的動作手段が
（ｉ）カム部材と、
（ｉｉ）前記エーロフォイル・ブレードの各々に関連する少なくとも１つのカムフォロアであって、前記支持構造体が前記回転サイクルを介して回転するとき、カムフォロアが前記カム部材の形状に沿って乗るように作動的に往復運動するようにしてなる、カムフォロアと、
（ｉｉｉ）前記個々のエーロフォイル・ブレードの変形または反転を個々に駆動させるための変形または反転アクチュエータと、
（ｉｖ）前記カムフォロアの往復運動を前記個々のエーロフォイル・ブレードの前記変形または反転アクチュエータに伝達し、それによって、前記エーロフォイル・ブレードを前記第１または前記第２状態に作動的に保持し、および／または前記移行フェーズの間で前記第１および前記第２状態の間で前記エーロフォイル・ブレードを変形させるかまたは反転させる手段とから構成されている、請求項９に記載の発電装置。
【請求項１１】
前記カム部材は、そこを通って通過する前記第１回転軸を有する前記支持構造体から離れて据え付けられており、前記カムフォロアは、前記支持構造体に据え付けられている、請求項１０に記載の発電装置。
【請求項１２】
前記第１回転軸を通る直径方向軸に渡り、前記支持構造体の直径方向に対向する側の前記エーロフォイル・ブレードは、移行フェーズの間で前記第１および前記第２状態の間で変形可能または可逆的である、請求項１１に記載の発電装置。
【請求項１３】
前記支持構造体の前記エーロフォイル・ブレードは、
（ｉ）前記直径方向軸の第１側面上に横たわりそこから離間し、前記駆動手段によって、前記回転サイクルの一次駆動フェーズ中に前記第１状態に作動的に保持され、および
（ｉｉ）前記直径方向軸の第２側面上に横たわりそこから離間し、前記駆動手段によって、前記回転サイクルの二次駆動フェーズ中に前記第２状態に作動的にほぼ保持されるので、
使用時には、前記回転サイクルは、一次駆動フェーズ−移行フェーズ−二次駆動フェーズ−移行フェーズのシーケンスで構成され、前記駆動フェーズおよび前記移行フェーズは、前記第１回転軸回りに、直径方向の対向する駆動フェーズセグメントおよび前記移行フェーズセグメントに沿って配置される、請求項１２に記載の発電装置。
【請求項１４】
前記エーロフォイル・ブレードが、それぞれ対向する前縁と後縁とを有し、前記エーロフォイル・ブレードのそれぞれの前縁が前記エーロフォイル・ブレードの後縁の上流になるように、前記エーロフォイル・ブレードが直径方向軸の両側に横たわる状態で、前記エーロフォイル・ブレードで作用する前記流体流れの力の下で作動的に、自動的に迎え角を設定するように回転する、請求項１３に記載の発電装置。
【請求項１５】
前記第１回転軸に対し、前記支持構造体は、前記エーロフォイル・ブレードが支持される複数の半径方向に延在する支柱を含み、前記エーロフォイル・ブレードは前記支柱に回転可能かつ枢動可能に据え付けられ、それにより、前記エーロフォイル・ブレードが前記移行フェーズ中に前記反転アクチュエータの駆動の元で反転することを可能にし、さらに、前記エーロフォイル・ブレードは、静的反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有する、請求項１４に記載の発電装置。
【請求項１６】
前記エーロフォイル・ブレードは対向する第１および第２端部を有し、これらの端部に渡って前記前縁および後縁が延び、それによりブレードスパンを画定し、さらに、前記エーロフォイル・ブレードは、このようなブレードスパンに渡り、剛性があるかまたは折り畳み可能である、請求項１５に記載の発電装置。
【請求項１７】
前記エーロフォイル・ブレードは、変形可能なエーロフォイル・セクションを有し、前記駆動手段によって前記エーロフォイル・ブレードに駆動するとき、完全または増加的に前記第１および前記第２状態の間で変形することができる、請求項１４に記載の発電装置。
【請求項１８】
前記変形可能なエーロフォイル・ブレードの前記エーロフォイル・セクションがスライドジョイントを有する、請求項１７に記載の発電装置。
【請求項１９】
前記変形可能な前記エーロフォイル・ブレードの前記エーロフォイル・セクションは、連続した閉ループ形態を有し、前記エーロフォイル・セクションの各々は、対向する前縁および後縁で互いに接続または固定された端部を有する第１エーロフォイル・セクションおよび第２エーロフォイル・セクションを含み、それによって、前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメントの端部が互いに対して摺動するのを防止し、前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメントは、前記前縁および前記後縁の間に延在する中立平均キャンバーラインに渡り、それらの長さに沿って互いに離間配置され、前記エーロフォイル・ブレードの前記エーロフォイル・セクションを形成し、さらに前記後縁は、中立キャンバーラインに渡り、自由に移動する、電源装置であって、
（ｉ）前記変形アクチュエータが前記第１および前記第２状態との間で前記エーロフォイル・ブレードを変形させ、
（ｉｉ）前記エーロフォイル・ブレードが前記第１および前記第２状態との間で変形するように、第１および第２エーロフォイル・セグメントが、前記エーロフォイル・ブレードが通過する対称的な移行状態に向けて、前記エーロフォイル・ブレードを付勢するのに弾性であり、
（ｉｉｉ）前記エーロフォイル・セグメントの臨界座屈荷重が、前記移行状態と前記第１および前記第２状態の間で前記エーロフォイル・セグメントの変形時に前記変形アクチュエータによって前記エーロフォイル・セグメントにおいて発生する圧縮荷重よりも大きいので、
前記エーロフォイル・ブレードが変形したときに、前記エーロフォイル・セグメントの１つの上の２点間の変位が、少なくともそのようなエーロフォイル・セグメントに前記圧縮荷重を生成し、このようなセグメントが、前縁よりも後縁寄りに位置する変曲点を有する反曲キャンバーラインを有する前記反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション形態を採用する場合、直径方向軸の両側の前記エーロフォイル・ブレードの後縁は対向方向に向かってフリックされた状態で、このようなエーロフォイル・セグメントは、圧縮荷重に抵抗することができる、ことを特徴とする、請求項１７に記載の発電装置。
【請求項２０】
前記第１および前記第２状態におけるエーロフォイル・セクションの最大厚さの寸法は、前記移行状態における前記エーロフォイル・セクションの最大厚さ寸法よりも大きい、請求項１９に記載の発電装置。
【請求項２１】
前記第１および／または前記第２エーロフォイル・セグメントは、
（ｉ）それぞれが前記前縁および前記後縁との間にまたがる単一のエーロフォイル部材から形成され、共同で連続閉ループ・エーロフォイル・リブを形成するか、または、
（ｉｉ）それぞれが前記前縁および前記後縁との間で末端同士が接続されるか、固定される複数のエーロフォイル部材から形成され、共同で、連続閉ループ・エーロフォイル・リブを形成するか、または、
（ｉｉｉ）前記エーロフォイル・ブレードが、可撓性または半剛性の表皮をその上に支持するための細長いエーロフォイル・ブレード・フレーム構造を画定するように互いに対して離間された複数のエーロフォイル・リブを備え、前記表皮は前記エーロフォイル・ブレード・フレーム構造の後縁と一致する後縁を有する連続閉ループ表皮材であるように、連続閉ループ・エーロフォイル・リブを形成する単一の一体型エーロフォイル部材であるか、または、
（ｉｖ）前記中立キャンバーラインに渡って、互いに離間した細長いエーロフォイル・シェルの対抗する第１および第２部材であって、第１および第２部材は、それぞれ、単一のエーロフォイル部材であり、複数のエーロフォイル部材が、連続閉ループ・エーロフォイル・セクションを形成するために、端部同士を連結または固定した、または互いに一体化され、前記シェルの外側表面は、使用中にその上を流体が流動可能である表皮であり、さらに、前記シェルは、自己支持性を有し半剛性であるようにしてなる、細長いエーロフォイル・シェルの第１および第２部材である、請求項２０に記載の発電装置。
【請求項２２】
前記エーロフォイル・ブレードは対向する第１および第２端部を有し、これらの端部に渡って前記前縁および後縁が延び、それによりブレードスパンを画定し、さらに、前記エーロフォイル・ブレードは、このようなブレードスパンに渡り、剛性があるかまたは折り畳み可能である、請求項２１に記載の発電装置。
【請求項２３】
前記折り畳み可能なエーロフォイル・ブレードは、前記エーロフォイル・ブレードの前記ブレードスパンに渡り、互いに対して離間された複数のエーロフォイル・リブを含み、さらに、前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２端部は起立状態の間でお互いに移動可能であり、前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２端部が、互いに遠隔に離間され、それによって、その端部の間におよびその間に離間配置された前記エーロフォイル・リブの上に前記表皮材を引き伸ばし、前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２端部が、相互に近接し、結果的に前記エーロフォイル・リブが互いに上または中に折り畳む、請求項２２に記載の発電装置。
【請求項２４】
前記変形アクチュエータは、前記個々のエーロフォイル・ブレードの中空内部に実質的に配置され、前記エーロフォイル・ブレード上のアクチュエータ・ポイントに接触または接続された駆動構造の１つまたは複数の可動駆動部材に作用するように構成されてもよく、前記可動駆動部材は、前記駆動手段および前記変形アクチュエータによって前記可動駆動部材上で駆動するとき、移動可能であり、前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメント上の１つまたは複数のアクチュエータ・ポイントを変位させるための一次変形力を付与し、それにより、前記エーロフォイル・ブレードセクションを、前記移行状態および前記第１および／または前記第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション状態の間で変形する、請求項２３に記載の発電装置。
【請求項２５】
前記は、前記アクチュエータ・ポイントの変位を助けるため、前記一次変形力と共に、二次変形力を付与するための一つ以上の付勢手段をことができ、それによって、前記変形アクチュエータの負荷を低減し、前記移行状態と、前記第１および／または前記第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション状態との間で、前記エーロフォイル・ブレードを変形させ、前記エーロフォイル・ブレードは、弾性的に前記移行状態に付勢される、請求項２４に記載の発電装置。
【請求項２６】
前記一つまたは複数の付勢手段は、前記エーロフォイル・ブレードの中空内部の固定点と前記可動駆動部材または前記エーロフォイル・ブレード上の可動点の間で作用するバネである、請求項２５に記載の発電装置。
【請求項２７】
前記駆動構造は、
前記エーロフォイル・ブレードの前記中空内部に配置される一次翼桁と、
それぞれが前記一次翼桁に移動可能に接続された第１端部、および前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメントの１つまたは他方の前記アクチュエータ・ポイントに接続されるかまたは当接する第２端部を有する一対の前記可動駆動部材と、
それぞれの可動駆動部材に関連付けられ、一端で前記可動駆動部材または前記個々のエーロフォイル・セグメントに接続され、反対側の端部で前記固定点に接続される、スプリングの形態の前記付勢手段であって、前記固定点が前記一次翼桁上にあり、前記可動駆動部材が移動可能に前記一次翼桁に接続された点よりも前記エーロフォイル・ブレードの前縁に近いようにしてなる、前記付勢手段とを含む、請求項２６に記載の発電装置。
【請求項２８】
前記駆動構造はさらに、
前記エーロフォイル・ブレードの前記中空内部に配置された二次翼桁であって、前記一次および二次翼桁は、前記エーロフォイル・ブレードの前記前縁および前記後縁にそれぞれより近くに配置され、前記二次翼桁は、前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメントの１つまたは他の二次アクチュエータ・ポイントに接続または当接するようにしてなる、二次翼桁と、
一端で前記一次翼桁から延びて、前記二次翼桁に枢動可能に接続される第２端部を有する細長い駆動コネクタとを含む、請求項２７に記載の発電装置。
【請求項２９】
前記駆動構造体は各エーロフォイル・リブ内に構成され、前記一次翼桁は、前記エーロフォイル・ブレードの前記第２回転軸が作動的に貫通して延在する折り畳み式マストの一部であるかまたは当該マスト上で移動可能である、請求項２８に記載の発電装置。
【請求項３０】
前記エーロフォイル・ブレードが、（ｉ）マストがその回りで回転可能である据え付けシャフト、または（ｉｉ）前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２端部のそれぞれから延在するスタブマストによって、回転可能に、前記支持構造体上に据え付けられる、請求項２９に記載の発電装置。
【請求項３１】
前記支持構造体は、その間に回転可能に据え付けられた前記エーロフォイル・ブレードによって離間された一対のディスクであり、さらに前記支持構造体は、前記支持構造体の回転運動を、前記支持構造体の機械的エネルギを作動可能に電気エネルギに変換する発電手段を駆動するために引き出すことが作動的に可能である動力取出装置を含む、請求項３０に記載の発電装置。
【請求項３２】
第１回転軸回りに回転可能である回転可能に据え付けられる支持構造体と、
前記支持構造体に回転自在に据え付けられ、前記第１回転軸に実質的に平行であり、前記第１回転軸から半径方向に離間されるそれぞれの第２回転軸の回りに前記支持構造体に対して、自由に回転可能な複数のエーロフォイル・ブレードであって、
前記支持構造体は、前記エーロフォイル・ブレードによりその上に付与され、前記流体流れ方向にそこを通過する前記流体流れから発生する揚力によって、３６０度回転のサイクルを繰り返すことで駆動可能であり、
前記エーロフォイル・ブレードが、前記第１回転軸を通る移行ラインが、前記流体流れの方向に対して垂直である前記支持構造体の移行領域内で、
（ｉ）前記回転サイクルの一次フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードが第１方向に揚力を発生させための、第１反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有し、それによって、第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する、第１状態、および
（ｉｉ）前記回転サイクルの二次フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードが第２方向に揚力を発生させための、第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有し、それによって、第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する、第２状態、の間で変形可能または可逆であり、
そしてさらに、前記エーロフォイル・ブレードはそこを通過する流体流れにより前記エーロフォイル・ブレードに誘起される力に応答して、回転サイクル全体で自由に回転可能であるようにしてなる、複数のエーロフォイル・ブレードと、
前記支持構造体の機械的エネルギを作動可能に電気エネルギに変換するための発電手段とを含む、発電設備。
【請求項３３】
前記第１回転軸を参照して、前記領域は、前記移行ラインを覆う一対の直径方向に対向する移行セクターである、請求項３２に記載の発電設備。
【請求項３４】
（Ａ）流体流れに対し支持構造体に回転可能に据え付けられた複数のエーロフォイル・ブレードを露出し、それによって、揚力を発生し、第１回転軸の回りの前記支持構造体を３６０度回転のサイクルを繰り返すように回転自在に駆動するステップと、
（Ｂ）前記第１回転軸を通る移行ラインが、前記流体流れの方向に対して垂直である、前記支持構造体の移行領域において、
（ｉ）前記回転サイクルの一次フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードが第１方向に揚力を発生させための、第１反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有し、それによって、第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する、第１状態、および
（ｉｉ）前記回転サイクルの二次フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードが第２方向に揚力を発生させための、第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有し、それによって、第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する、第２状態、の間で、前記エーロフォイル・ブレードを変形または反転させるステップと、
（Ｃ）前記支持構造体の機械的エネルギを電気エネルギに変換するステップとを含み、
前記エーロフォイル・ブレードは、そこを通過する流体流れによって前記エーロフォイル・ブレードに誘起される力に応答して前記回転サイクル中、自由に回転可能である、発電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置に関する。より具体的には、本発明は、風および／または水の流れのエネルギを使用可能な電力に変換するための再生可能エネルギ発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギ発電装置はよく知られているが、最も知られた装置は、通常、電力を生成するためのある形式の発電機を駆動するため、風および／または水の流れのエネルギを往復運動または回転運動の機械的エネルギに変換する。
【０００３】
本発明は、発電機を駆動するため、往復運動を生成するように構成することができるが、回転型運動が、単一方向に、スムーズで、連続的で、少なくとも長時間、運動するという点で、回転型運動が好ましい。
【０００４】
風力装置（すなわちタービン）および／または水力装置（すなわち水車）の概念が最初に検討されたとき、ほとんどのそのような装置は、通過する風または水の流れを捕捉するために、比較的大きな表面積を有するブレードを組み込んだ。それによってブレードを流れ方向に駆動し、タービンを駆動した。
【０００５】
このような装置の欠点は、ブレードがサイクル全体を通して継続的に駆動を提供していないということである。通常、サイクルは実質的にブレードが流れの方向に駆動される駆動フェーズと、ブレードが流れに逆らって移動し駆動フェーズの開始に戻る戻りフェーズとに分断される。
【０００６】
サイクルの戻りフェーズ中に、ブレードは流れに逆らって動き、抗力を生成し、大幅にこれらの装置の効率を低下させる。多くの試みが戻りフェーズ中に発生した抗力の欠点に対処するためになされている。そのような試みの１つは、戻りフェーズ中により少ない抗力を提供する状態にブレードを旋回させることによるものである。
【０００７】
別の試みとしては、また本発明に関してはるかに関心があるものは、大表面積抵抗ブレードを、揚力を作成した結果として駆動を生成する翼形ブレード（すなわち、エーロフォイルまたはハイドロフォイル・ブレード）に変えることである。
【０００８】
例えば、Ｍｏｎａｇａｈｎによって国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２０１１／０００７９３（ＷＯ２０１２／００００２５として公開）で教示されるものなどの既知の翼型タービンまたは水車装置のほとんどは、水車の回転を通じて個々の迎え角を枢軸可能に制御するシステムを有する水車構造に旋回可能に接続された複数の対称断面エーロフォイル・ブレードを組み込み、それによって揚力を生成するために、流れの方向に対して正しくブレードを配向する。
【０００９】
通常、これらの制御システムでは、内部駆動機構（すなわちブレードとピボット軸との間に伝動装置）により、またはブレードの前縁および／または後縁に外部補助翼を利用して、水車のそれぞれのピボット軸回りにエーロフォイル・ブレードを回動させる。
【００１０】
しかし、これらの既知の翼型タービンや水車装置に関して少なくとも２つの重大な欠点がある。第一に、制御システム（特に外部タイプ）が過度に複雑であり、特に高い潮流の深海用途で損傷力と腐食性の要素に曝されている。
【００１１】
第二に、サイクルを通じて生成される揚力を可能にするために、対称断面エーロフォイル・ブレードの使用は、明白な解決策であるように思われる。しかし、対称断面エーロフォイル・セクションでは、非対称揚力発生エーロフォイル・セクションとは違って、最適な揚力特性を提供しない。
【００１２】
このように、従来技術の欠点に対処するために、非対称揚力発生エーロフォイル・セクション・ブレードを有するタービン／水車型の装置の必要性がある。しかし、このようなブレードは、回転サイクル全体を通じて、実質的に揚力を生成するように構成可能でなければならない。これは、反転固定形状非対称エーロフォイル・セクション・ブレードまたは可逆可変キャンバー・エーロフォイル・セクション・ブレードのいずれかを組み込むことによって達成され、後者が望ましいオプションであることが想定される。
【００１３】
また、上記の固定または可変形状非対称エーロフォイル・セクション・ブレードのいずれかに反曲キャンバーの取り込みにより、ブレードが、必要な位置にブレードを枢動可能に駆動する必要なく、最適な迎え角に自動的に配向するのを可能にする。そうすることで、必要な制御システムは、単純でエーロフォイル・ブレード内に実質的に収容され、外部の損傷力から制御システムを保護するであろうことが想定される。
【００１４】
背景目的のために、エーロフォイルまたは翼のキャンバーは、エーロフォイルの上面と下面の間に存在し、エーロフォイルの前縁および後縁（すなわち翼の最前方と最後方）を通過する曲線または直線である平均キャンバー線によって画定することができる。キャンバー線が後縁付近で曲率方向を反転させるエーロフォイルは、反曲キャンバー・エーロフォイルと呼ばれる。
【００１５】
反曲エーロフォイルは、翼の後縁に回転モーメントを誘発する形状の固有の傾向により、飛行する翼飛行機に使用されるタイプのセクションであり、安定した正の迎え角で翼を維持するために使用されるより伝統的な尾翼表面を、置き換えている。この翼セクションは、飛行翼または混合翼／胴体構成で使用される場合、尾部支材と水平尾翼の省略が大きな要因となり抗力を低減する航空機設計において相当の利点を有する。航空機用途に反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションによって提供される利点は、タービン型用途に明らかに移転可能である。
【００１６】
なお、本発明の一部を形成するエーロフォイル・ブレードの好ましい実施形態は、発明者が先に出願した、参照により完全に本明細書に組み込まれる国際特許出願番号ＰＣＴ／ＺＡ２０１３／００００９０（ＷＯ２０１４／０８５８３５）に記載された翼の発明と機能的に同一または類似であることが理解されるであろう。
【００１７】
エーロフォイルという用語への言及は、翼、水中翼などの任意の揚力発生部材を含むことが理解されるであろう。
【発明の概要】
【００１８】
発電装置は
支持構造体と、
前記支持構造体を回転可能に据え付けるための１つまたは複数の据え付け台であって、前記支持構造体が、第１回転軸の回りに前記据え付け台上で回転可能である、据え付け台と、
それぞれが前記支持構造体に回転可能に据え付けられ、個々の第２回転軸の回りに前記支持構造体に対し回転自在である複数のエーロフォイル・ブレードであって、前記第２回転軸はそれぞれ、前記第１回転軸に実質的に平行であり、前記第１回転軸から半径方向に離間している複数のエーロフォイル・ブレードと、
前記支持構造体が３６０度回転のサイクルを繰り返す際、作動的に駆動可能であるように、前記エーロフォイル・ブレードが第１方向に揚力を発生させるための第１揚力エーロフォイル・セクションを有し、それによって第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する第１状態、および前記エーロフォイル・ブレードが第２方向に揚力を発生させるための第２揚力エーロフォイル・セクションを有し、前記同じ第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する第２状態の間で前記エーロフォイル・ブレードの各々を駆動する手段とを含み、
前記第１および前記第２揚力エーロフォイル・セクションが（ｉ）互いの反転セクションであり、（ｉｉ）反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションであり、故に、使用時に前記エーロフォイル・ブレード上に作用する流体流れが、自動的に、前記流体流れの方向に対して前記エーロフォイル・ブレードの迎え角を設定し、
さらに、前記駆動手段が前記第１および前記第２状態の間で前記エーロフォイル・ブレードを作動可能に変形させるか、または反転させる。
【００１９】
通常、前記第１および前記第２揚力エーロフォイル・セクションが互いの部分について鏡像となる。
【００２０】
前記発電装置は、さらに、整列状態で前記流体流れの方向に対して前記支持構造体および前記駆動手段を配向させ、それにより、前記駆動手段が、前記回転サイクルに沿って所定の移行領域で前記第１および前記第２状態の間で、および前記流体流れに対し、個々の移行フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードの変形または反転を、作動的に駆動することができる、手段を含むことができる。
【００２１】
一般に、前記駆動手段および前記支持構造体は、流体流が作動的に前記ハウジングを通過し、前記支持構造体に衝突することができるために、少なくとも前記支持構造体が、入口、出口、およびそれらの間に延在する流路を画定するハウジング内の前記据え付け台に据え付けられた状態で、互いに固定されており、前記ハウジング上に配置され、使用時の前記配向手段が、整列状態で、前記流路が、前記入口が前記出口の上流であるように、前記流体流れの方向に、実質的に整列されるように、前記ハウジングを配向する。
【００２２】
あるいは、前記駆動手段は、前記支持構造体に対して回転可能であり、さらに、前記配向手段は、前記駆動手段に接続され、それにより前記駆動手段を前記第１回転軸の回りに移動させるので、前記支持構造体および前記駆動手段の両方は、整列した状態で前記流体流れの方向に作動的に配向され、前記駆動手段が前記回転サイクルに沿った前記所定の移行領域でおよび前記流体流れに対し、前記個々の移行フェーズの間で前記エーロフォイル・ブレードの変形または反転を作動的に駆動することができる。
【００２３】
好ましくは、前記配向手段は、前記ハウジングまたは前記駆動手段を前記整列状態に操縦するための１つまたは複数のフィンであり、前記駆動手段は、電気、電子的または機械的駆動手段である。前記配向手段は、フィンの代わりに、他の形態であってもよいことが理解されるであろう。例えば、プロペラまたはジェットを整列状態に前記ハウジングおよび／または前記駆動手段を押すために使用することができる。
【００２４】
一般に、前記出口その前記入口との間で前記ハウジング内に画定された前記流路は、前記支持構造体がその中または近くに据え付けられる狭窄部を有しており、それによって、前記狭窄部を通過する流れの流量を作動的に増加させる。また、凹部が前記狭窄部にまたはその近くに画定され、それによって、それらが凹部を通過するとき、前記エーロフォイル・ブレードによって生成される抗力を低減および／または抗力に対抗してもよい。
【００２５】
通常、前記ハウジングは、
（ｉ）地面に据え付けられ、それによって、前記ハウジングが整列状態に、作動的に回転するのを可能にし、および／または
（ｉｉ）浮遊し、水没状態で係留され、それによって、前記ハウジングが整列状態に作動的に漂流するのを可能にする。
【００２６】
少なくとも前記支持構造体、前記支持構造体上に回転可能に搭載された前記エーロフォイル・ブレードおよび前記駆動手段が、駆動セットを構成し、前記ハウジングが、その中に複数の駆動セットを収納可能であることが理解されるであろう。好ましくは、前記ハウジングは、偶数個の逆回転駆動セットを収容し、それによって、前記ハウジングにトルクの影響を最小限にする。
【００２７】
前記ハウジングは、所定の最大値よりも大きいサイズの固形物および／または海洋動物が、前記ハウジングおよび／または前記ハウジングの前記出口付近のディフューザに入るのを避けるために、前記入口に、またはその近くにガードを含むことができる。
【００２８】
通常、機械的駆動手段は、
（ｉ）カム部材と、
（ｉｉ）前記エーロフォイル・ブレードの各々に関連する少なくとも１つのカムフォロアであって、前記支持構造体が前記回転サイクルを介して回転するとき、カムフォロアが前記カム部材の形状に沿って乗るように作動的に往復運動するようにしてなる、カムフォロアと、
（ｉｉｉ）前記個々のエーロフォイル・ブレードの変形または反転を個々に駆動させるための変形または反転アクチュエータと、
（ｉｖ）前記カムフォロアの往復運動を前記個々のエーロフォイル・ブレードの前記変形または反転アクチュエータに伝達し、それによって、前記エーロフォイル・ブレードを前記第１または前記第２状態に作動的に保持し、および／または前記移行フェーズの間で前記第１および前記第２状態の間で前記エーロフォイル・ブレードを変形させるかまたは反転させる手段とから構成されている。
【００２９】
一般に、前記カム部材は、そこを通って通過する前記第１回転軸を有する前記支持構造体から離れて据え付けられており、前記カムフォロアは、前記支持構造体に据え付けられている。
【００３０】
好ましくは、前記第１回転軸を通る直径方向軸に渡り、前記支持構造体の直径方向に対向する側の前記エーロフォイル・ブレードは、移行フェーズの間で前記第１および前記第２状態の間で変形可能または可逆的である。
【００３１】
前記支持構造体の前記エーロフォイル・ブレードは、
（ｉ）前記直径方向軸の第１側面上に横たわりそこから離間し、前記駆動手段によって、前記回転サイクルの一次駆動フェーズ中に前記第１状態に作動的にほぼ保持され、および
（ｉｉ）前記直径方向軸の第２側面上に横たわりそこから離間し、前記駆動手段によって、前記回転サイクルの二次駆動フェーズ中に前記第２状態に作動的にほぼ保持されるので、
使用時には、前記回転サイクルは、一次駆動フェーズ−移行フェーズ−二次駆動フェーズ−移行フェーズのシーケンスで構成され、前記駆動フェーズおよび前記移行フェーズは、前記第１回転軸回りに、直径方向の対向する駆動フェーズセグメントおよび前記移行フェーズセグメントに沿って配置されることが理解されるであろう。
【００３２】
前記エーロフォイル・ブレードが、それぞれ対向する前縁と後縁とを有し、前記エーロフォイル・ブレードのそれぞれの前縁が前記エーロフォイル・ブレードの後縁の上流になるように、前記エーロフォイル・ブレードが直径方向軸の両側に横たわる状態で、前記エーロフォイル・ブレードで作用する前記流体流れの力の下で作動的に、自動的に迎え角を設定するように回転する。
【００３３】
一般に、前記第１回転軸に対し、前記支持構造体は、前記エーロフォイル・ブレードが支持される複数の半径方向に延在する支柱を含み、前記エーロフォイル・ブレードは前記支柱に回転可能かつ枢動可能に据え付けられ、それにより、前記エーロフォイル・ブレードが前記移行フェーズ中に前記反転アクチュエータの駆動の元で反転することを可能にし、さらに、前記エーロフォイル・ブレードは、静的反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有する。
【００３４】
通常、前記エーロフォイル・ブレードは対向する第１および第２端部を有し、これらの端部に渡って前記前縁および後縁が延び、それによりブレードスパンを画定し、さらに、前記エーロフォイル・ブレードは、このようなブレードスパンに渡り、剛性があるかまたは折り畳み可能である。
【００３５】
本発明の別の実施形態では、前記エーロフォイル・ブレードは、変形可能なエーロフォイル・セクションを有し、前記駆動手段によって前記エーロフォイル・ブレードに駆動するとき、完全または増加的に前記第１および前記第２状態の間で変形することができる。
【００３６】
前記変形可能なエーロフォイル・ブレードの前記エーロフォイル・セクションがスライドジョイントを有することができることが理解されるであろう。しかしながら、好ましくは、前記変形可能な前記エーロフォイル・ブレードの前記エーロフォイル・セクションは、連続した閉ループ形態を有し、前記エーロフォイル・セクションの各々は、対向する前縁および後縁で互いに接続または固定された端部を有する第１エーロフォイル・セクションおよび第２エーロフォイル・セクションを含み、それによって、前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメントの端部が互いに対して摺動するのを防止し、前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメントは、前記前縁および前記後縁の間に延在する中立平均キャンバーラインに渡り、それらの長さに沿って互いに離間配置され、前記エーロフォイル・ブレードの前記エーロフォイル・セクションを形成し、さらに前記後縁は、中立キャンバーラインに渡り自由に移動する。
【００３７】
（ｉ）前記変形アクチュエータが前記第１および前記第２状態との間で前記エーロフォイル・ブレードを変形させ、
（ｉｉ）前記エーロフォイル・ブレードが前記第１および前記第２状態との間で変形するように、第１および第２エーロフォイル・セグメントが、前記エーロフォイル・ブレードが通過する対称的な移行状態に向けて、前記エーロフォイル・ブレードを付勢するのに弾性であり、
（ｉｉｉ）前記エーロフォイル・セグメントの臨界座屈荷重が、前記移行状態と前記第１および前記第２状態の間で前記エーロフォイル・セグメントの変形時に前記変形アクチュエータによって前記エーロフォイル・セグメントにおいて発生する圧縮荷重よりも大きいので、
前記エーロフォイル・ブレードが変形したときに、前記エーロフォイル・セグメントの１つの上の２点間の変位が、少なくともそのようなエーロフォイル・セグメントに前記圧縮荷重を生成し、このようなセグメントが、前縁よりも後縁寄りに位置する変曲点を有する反曲キャンバーラインを有する前記反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション形態を採用する場合、直径方向軸の両側の前記エーロフォイル・ブレードの後縁は対向方向に向かってフリックされた状態で、このようなエーロフォイル・セグメントは、圧縮荷重に抵抗することができることが理解されるであろう。
【００３８】
一般に、前記第１および前記第２状態におけるエーロフォイル・セクションの最大厚さの寸法は、前記移行状態における前記エーロフォイル・セクションの最大厚さ寸法よりも大きい。前記第１および前記第２状態のいずれかおよび移行状態の間で最大の厚さの寸法の変化が最大で約４：１であることが達成可能であることが想定される。
【００３９】
前記第１および／または前記第２エーロフォイル・セグメントは、
（ｉ）それぞれが前記前縁および前記後縁との間にまたがる単一のエーロフォイル部材から形成され、共同で連続閉ループ・エーロフォイル・リブを形成するか、または、
（ｉｉ）それぞれが前記前縁および前記後縁との間で末端同士が接続されるか、固定される複数のエーロフォイル部材から形成され、共同で、連続閉ループ・エーロフォイル・リブを形成するか、または、
（ｉｉｉ）前記エーロフォイル・ブレードが、可撓性または半剛性の表皮をその上に支持するための細長いエーロフォイル・ブレード・フレーム構造を画定するように互いに対して離間された複数のエーロフォイル・リブを備え、前記表皮は前記エーロフォイル・ブレード・フレーム構造の後縁と一致する後縁を有する連続閉ループ表皮材であるように、連続閉ループ・エーロフォイル・リブを形成する単一の一体型エーロフォイル部材であるか、または、
（ｉｖ）前記中立キャンバーラインに渡って、互いに離間した細長いエーロフォイル・シェルの対抗する第１および第２部材であって、第１および第２部材は、それぞれ、単一のエーロフォイル部材であり、複数のエーロフォイル部材が、連続閉ループ・エーロフォイル・セクションを形成するために、端部同士を連結または固定した、または互いに一体化され、前記シェルの外側表面は、使用中にその上を流体が流動可能である表皮であり、さらに、前記シェルは、自己支持性を有し半剛性であるようにしてなる、細長いエーロフォイル・シェルの第１および第２部材であってもよい。
【００４０】
通常、前記エーロフォイル・ブレードは、対向する第１および第２端部を有し、それらに渡って前記前縁および前記後縁が延在し、それにより、ブレードスパンを画定し、さらに前記エーロフォイル・ブレードは、ブレードスパン全体で剛性があり、または折り畳み可能である。
【００４１】
好ましくは、前記折り畳み可能なエーロフォイル・ブレードは、前記エーロフォイル・ブレードの前記ブレードスパンに渡り互いに対して離間された複数のエーロフォイル・リブを含み、さらに、前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２端部は起立状態の間でお互いに移動可能であり、前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２端部が、互いに遠隔に離間され、それによって、その端部の間におよびその間に離間配置された前記エーロフォイル・リブの上に前記表皮材を引き伸ばし、前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２端部が相互に近接し、結果的に前記エーロフォイル・リブが互いに上または中に折り畳む。
【００４２】
前記変形アクチュエータは、前記個々のエーロフォイル・ブレードの中空内部に実質的に配置され、前記エーロフォイル・ブレード上のアクチュエータ・ポイントに接触または接続された駆動構造の１つまたは複数の可動駆動部材に作用するように構成されてもよく、前記可動駆動部材は、前記駆動手段および前記変形アクチュエータによって前記可動駆動部材上で駆動するとき、移動可能であり、前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメント上の１つまたは複数のアクチュエータ・ポイントを変位させるための一次変形力を付与し、それにより、前記エーロフォイル・ブレードセクションを、前記移行状態および前記第１および／または前記第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション状態の間で変形する。
【００４３】
さらに、前記発電装置は、前記アクチュエータ・ポイントの変位を助けるため、前記一次変形力と共に、二次変形力を付与するための一つ以上の付勢手段を含むことができ、それによって、前記変形アクチュエータの負荷を低減し、前記移行状態と、前記第１および／または前記第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション状態との間で、前記エーロフォイル・ブレードを変形させ、前記エーロフォイル・ブレードは、弾性的に前記移行状態に付勢される。
【００４４】
一般的に、前記一つまたは複数の付勢手段は、前記エーロフォイル・ブレードの中空内部の固定点と前記可動駆動部材または前記エーロフォイル・ブレード上の可動点の間で作用するバネである。
【００４５】
通常、前記駆動構造は、
前記エーロフォイル・ブレードの前記中空内部に配置される一次翼桁と、
それぞれが前記一次翼桁に移動可能に接続された第１端部、および前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメントの１つまたは他方の前記アクチュエータ・ポイントに接続されるかまたは当接する第２端部を有する一対の前記可動駆動部材と、
それぞれの可動駆動部材に関連付けられ、一端で前記可動駆動部材または前記個々のエーロフォイル・セグメントに接続され、反対側の端部で前記固定点に接続される、スプリングの形態の前記付勢手段であって、前記固定点が前記一次翼桁上にあり、前記可動駆動部材が移動可能に前記一次翼桁に接続された点よりも前記エーロフォイル・ブレードの前縁に近いようにしてなる、前記付勢手段とを含む。
【００４６】
好ましくは、前記駆動構造はさらに、
前記エーロフォイル・ブレードの前記中空内部に配置された二次翼桁であって、前記一次および二次翼桁は、前記エーロフォイル・ブレードの前記前縁および前記後縁にそれぞれより近くに配置され、前記二次翼桁は、前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２エーロフォイル・セグメントの１つまたは他の二次アクチュエータ・ポイントに接続または当接するようにしてなる、二次翼桁と、
一端で前記一次翼桁から延びて、前記二次翼桁に枢動可能に接続される第２端部を有する細長い駆動コネクタとを含む。
【００４７】
より好ましくは、前記駆動構造体は各エーロフォイル・リブ内に構成され、前記一次翼桁は、前記エーロフォイル・ブレードの前記第２回転軸が作動的に貫通して延在する折り畳み式マストの一部であるかまたは当該マスト上で移動可能である。
【００４８】
一般に、前記エーロフォイル・ブレードが、（ｉ）マストがその回りで回転可能である据え付けシャフト、または（ｉｉ）前記エーロフォイル・ブレードの前記第１および前記第２端部のそれぞれから延在するスタブマストによって、回転可能に、前記支持構造体上に据え付けられる。
【００４９】
通常、前記支持構造体は、その間に回転可能に据え付けられた前記エーロフォイル・ブレードによって離間された一対のディスクであり、さらに前記支持構造体は、前記支持構造体の回転運動を、前記支持構造体の機械的エネルギを作動可能に電気エネルギに変換する発電手段を駆動するために引き出すことが作動的に可能である動力取出装置を含む。
【００５０】
本発明の第２の態様によると、
発電設備が提供される。第１回転軸回りに回転可能である回転可能に据え付けられる支持構造体と、
前記支持構造体に回転自在に据え付けられ、前記第１回転軸に実質的に平行であり、前記第１回転軸から半径方向に離間されるそれぞれの第２回転軸の回りに前記支持構造体に対して、自由に回転可能な複数のエーロフォイル・ブレードであって、
前記支持構造体は、前記エーロフォイル・ブレードによりその上に付与され、前記流体流れ方向にそこを通過する前記流体流れから発生する揚力によって、３６０度回転のサイクルを繰り返すことで駆動可能であり、
前記エーロフォイル・ブレードが、前記第１回転軸を通る移行ラインが、前記流体流れの方向に対して垂直である前記支持構造体の移行領域内で、
（ｉ）前記回転サイクルの一次フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードが第１方向に揚力を発生させための、第１反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有し、それによって、第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する、第１状態、および
（ｉｉ）前記回転サイクルの二次フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードが第２方向に揚力を発生させための、第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有し、それによって、第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する、第２状態、の間で変形可能または可逆であり、
そしてさらに、前記エーロフォイル・ブレードはそこを通過する流体流れにより前記エーロフォイル・ブレードに誘起される力に応答して、回転サイクル全体で自由に回転可能であるようにしてなる、複数のエーロフォイル・ブレードと、
前記支持構造体の機械的エネルギを作動可能に電気エネルギに変換するための発電手段とを含む。
【００５１】
本明細書における「実質的に平行」「実質的に垂直」「実質的に整列」とはそれぞれ、平行、垂直、および整列、またはそれらから最大１０度の差異のあるものを意味すると理解される。
【００５２】
前記第１回転軸を参照して、前記領域は、前記移行ラインを覆う一対の直径方向に対向する移行セクターである。
【００５３】
本発明の第３の態様によれば、
（Ａ）流体流れに対し支持構造体に回転可能に据え付けられた複数のエーロフォイル・ブレードを露出し、それによって、揚力を発生し、第１回転軸の回りの前記支持構造体を３６０度回転のサイクルを繰り返すように回転自在に駆動するステップと、
（Ｂ）前記第１回転軸を通る移行ラインが、前記流体流れの方向に対して垂直である、前記支持構造体の移行領域において、
（ｉ）前記回転サイクルの一次フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードが第１方向に揚力を発生させための、第１反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有し、それによって、第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する、第１状態、および
（ｉｉ）前記回転サイクルの二次フェーズの間で、前記エーロフォイル・ブレードが第２方向に揚力を発生させための、第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションを有し、それによって、第１回転方向に前記支持構造体にトルクを付与する、第２状態、の間で、前記エーロフォイル・ブレードを変形または反転させるステップと、
（Ｃ）前記支持構造体の機械的エネルギを電気エネルギに変換するステップとを含み、
前記エーロフォイル・ブレードは、そこを通過する流体流れによって前記エーロフォイル・ブレードに誘起される力に応答して前記回転サイクル中、自由に回転可能である、発電方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
本装置、システム、および方法のこれらおよび他の特徴および利点は、明細書、特許請求の範囲および添付の図面を参照することにより、よりよく理解されるようになるであろう。
【００５５】
【図１】図１は、本発明に係る発電装置の駆動セットの第１実施形態の斜視図である。
【図２】図２は駆動セットの上面図である。
【図３】図３Ａ〜３Ｃは、対称移行エーロフォイル・セクション状態ならびに第１および第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション状態の各々を描いたエーロフォイル・ブレードの断面上面図である。
【図４】図４は、図３Ａ〜３Ｃのエーロフォイル・セクションを変形させるための駆動手段の上面図である。
【図５】図５は、エーロフォイル・シェルまたは表皮材が除去された状態のエーロフォイル・ブレードの斜視図であり、それによって、エーロフォイル・ブレード内に収容されたアクチュエータ構造体を示す。
【図６】図６Ａ〜６Ｃは、各々のエーロフォイル・セクションを変形させるための代替の駆動手段と共に、対称移行エーロフォイル・セクション状態ならびに第１および第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション状態の各々を、描いたエーロフォイル・ブレードの断面上面図である
【図７】図７は、本発明に係る発電装置の駆動セットの第２実施形態の上面図である。
【図８】図８は、図７の駆動セットの第２実施形態の側面図である。
【図９】図９は、本発明に係る発電装置の駆動セットの第３の実施形態の斜視図である。
【図１０】図１０は、図９の駆動セットの上面図である。  図１０は、エーロフォイル・シェルまたは表皮材をそこから除いた状態のエーロフォイル・ブレードの斜視図であり、それによって、エーロフォイル・ブレード内に収容されたアクチュエータ構造体を示す。
【図１１】図１１は、駆動セットがハウジング内に収容された状態で、本発明の発電装置の好適な実施形態の斜視図である。
【図１２】図１２は、一対の駆動セットがお互いに隣接する状態で、図１１の発電装置の代替実施形態の斜視図である。
【図１３】図１３は、発電装置が設置されている船の側面図である。
【図１４】図１４は、図１３の船の断面上面図である。
【図１５】図１５は、折り畳み可能なエーロフォイル・ブレードが直立した状態で、複数の発電装置が据え付けられた状態のヨットの側面図である。
【図１６】図１６は、発電装置の折り畳み可能なエーロフォイル・ブレードが折り畳まれた状態にある図１５のヨットの側面図である。
【図１７】図１７は、直立した折り畳み可能なエーロフォイル・ブレードの側面図である。
【図１８】図１８は、折り畳まれた状態の図１７の折り畳み可能なエーロフォイル・ブレードの側面図である。
【図１９】図１９は、エーロフォイル・ブレードセットが第２回転軸回りに据え付けられた複数のエーロフォイル・ブレードを含む状態の、発電装置の代替実施形態の上面図である。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態に係る発電装置は、参照符号１０で図１および図２に全体として指定されている。発電装置１０は、少なくとも支持構造体１２Ａ、１２Ｂと、支持構造体１２Ａ、１２Ｂに枢動可能に据え付けられた複数のエーロフォイル・ブレード１４と、第１および第２完全可逆反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション状態の間でエーロフォイル・ブレード１４の変形を駆動させる手段６０とを含む。
【００５７】
この説明のために、エーロフォイル・ブレード１４が各々の第２回転軸「Ｑ」回りに支持構造体１２Ａ、１２Ｂに対し自由に回転可能な状態で、前述の支持構造体１２Ａ、１２Ｂ、エーロフォイル・ブレード１４および駆動手段は、前記第１回転軸「Ｃ」を中心に回転可能な駆動セット１６を共に形成する。
【００５８】
駆動セット１６は、実質的に垂直な前記第１回転軸「Ｃ」を中心として回転可能であるように図面に示されているが、駆動セット１６は、第１回転軸「Ｃ」が実質的に水平、または任意の他の角度であるように構成されても良いことを理解されよう。
【００５９】
支持構造体１２Ａ、１２Ｂは、エーロフォイル・ブレード１４によって互いに離間配置される一対の円盤状の車輪構造１２Ａおよび１２Ｂを有するものとして示されているが、支持構造体は、円盤形状あるいはその他の１つだけの車輪構造で構成されてもよいことが理解されるであろう。例えば、車輪構造は、円盤状である代わりに、エーロフォイル・ブレード１４が、前記第１回転軸「Ｃ」とリング状の部材の間に延在する複数の半径方向に接続するアームで枢動可能に支持されたリング状の部材であってもよい。
【００６０】
図２を参照して、エーロフォイル・ブレード１４の各々は、枢動可能に支持構造体１２Ａ、１２Ｂに据え付けられ、そこを通過する流体流れのエネルギを、繰り返し３６０度回転サイクル「Ｒ」を介して、支持構造体１２Ａ、１２Ｂを機械的駆動するための揚力「Ｌ」に操作可能に変換する用に構成できる。
【００６１】
回転サイクル「Ｒ」は、「使用中」流体流れの方向「Ｄ」および少なくとも２つの軸、（すなわち実質的に流体流れ「Ｄ」に一致している一次直径方向軸「ＰーＰ」と実質的に、一次直径方向軸「ＰーＰ」および流体流れの方向「Ｄ」に垂直である二次直径方向軸「ＳーＳ」の２つの軸を使って、配列状態にある支持構造体１２Ａを参照して、最適に説明される。
【００６２】
画定された一次および二次直径方向軸の「ＰーＰ」、「ＳーＳ」を参照して、回転サイクル「Ｒ」は、実質的に一次フェーズ「ＲＰ」および二次直径方向軸「ＳーＳ」による二次フェーズ「ＲＳ」に分割されている。
【００６３】
回転サイクル「Ｒ」の一次フェーズ「ＲＰ」の間に、エーロフォイル・ブレード１４が駆動手段により第１状態に変形可能であり、エーロフォイル・ブレード１４は、第１反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション形態１４ＩＡを取る。第１状態１４ＩＡで、エーロフォイル・ブレード１４上を通過する流体流れに応答して、そして、反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションの特性および特にエーロフォイル・セクション１４ＩＡのモーメントを誘起するそれらの後縁２０の能力の結果として、エーロフォイル・ブレード１４がその第２軸「Ｑ」の回りを自由に回転し、自動的に流体の流れの方向「Ｄ」に対し、迎え角を設定し、作動可能に第１方向「ＬＰ」に揚力を生成する。
【００６４】
後述するエーロフォイル・ブレード１４の第２状態との比較の目的のために、第１反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション形態１４ＩＡが、後縁２０がフリックされるかまたは第１方向「ＬＰ」に向かう傾向がある状態で、第１方向「ＬＰ」から離れる傾向にある前縁１８を有していることが理解されるであろう。
【００６５】
回転サイクル「Ｒ」の二次フェーズ「ＲＳ」の間に、エーロフォイル・ブレード１４が駆動手段により第２状態に変形可能であり、エーロフォイル・ブレード１４は、第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション形態１４ＩＢを取る。同様に第２状態１４ＩＢのエーロフォイル・ブレード１４上を通過する流体流れに応答して、エーロフォイル・ブレード１４が自由に第２軸「Ｑ」の回りを回転し、自動的に流体の流れの方向「Ｄ」に対して迎え角を設定し、作動可能に第２方向「ＬＳ」に揚力を発生させる。
【００６６】
第２反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション形態１４ＩＡが、後縁２０がフリックされるかまたは第２方向「ＬＳ」に向かう傾向がある状態で、第２方向「ＬＳ」から離れる傾向にある前縁１８を有しており、第１反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション形態１４ＩＡと比較して反転セクションである。支持構造体１２Ａ、１２Ｂの直径方向両側で、エーロフォイル・ブレードの第１および第２状態１４ＩＡ、１４ＩＢは、実質的に互い鏡像であり、揚力「ＬＰ」、「ＬＳ」は、実質的に反対方向である。
【００６７】
増加的に可変のエーロフォイル・セクションを有するエーロフォイル・ブレード１４で、本発明の実施形態を構築することが可能であるが、エーロフォイル・セクションが、第１および第２状態１４ＩＡ、１４ＩＢ間で完全に変形されていることが好ましい。
【００６８】
一般に、第１回転軸「Ｃ」は、一次および二次直径方向軸「ＰＰ」、「ＳＳ」の両方に対して、横方向に、好ましくは実質的に垂直に配向される。
【００６９】
使用時には、作動可能に第１方向「ＬＰ」のエーロフォイル・ブレード１４によって生成された揚力が、第１時計回りまたは反時計回りの回転方向「Ｒ」に、第１回転軸「Ｃ」の回りに、支持構造体１２Ａの回転を誘起し、作動可能に第２方向「ＬＳ」にエーロフォイル・ブレード１４によって生成された揚力が、同じ第１時計回りまたは反時計回りの回転方向「Ｒ」に、第１回転軸「Ｃ」回りに支持構造体１２Ａの回転を誘起する。
【００７０】
揚力が、一定の方向に支持構造体１２Ａの回転を維持するために実質的に方向を変えてエーロフォイル・ブレード１４によって生成されるために、エーロフォイル・ブレード１４の変形が第１および第２状態１４ＩＡ、１４ＩＢの間で、回転サイクル「Ｒ」中のある点で、すなわち、移行フェーズ「ＲＴ」中に、移行しなければならない。移行フェーズは、支持構造体１２Ａ、１２Ｂに渡り、お互い直径方向に対向する移行領域またはセクター内で、完全回転サイクル「Ｒ」中で二度、つまり実質的に一次および二次フェーズ「ＲＰ」、「ＲＳ」のそれぞれの最後で生じる。
【００７１】
移行フェーズ「ＲＴ」の間に、エーロフォイル・ブレード１４は、実質的に中立で対称エーロフォイル・セクション形状１４Ｉを取り、これに向かってエーロフォイル・ブレード１４は、理想的に付勢される。回転サイクル「Ｒ」を通して、エーロフォイル・ブレード１４は、個々の第２回転軸「Ｑ」回りに自由に回転可能であり、それによって前縁１８を流体流れの方向「Ｄ」に方向づけ、連続的に、個々の迎え角を調整する。
【００７２】
エーロフォイル・ブレード１４が変形される方法、より具体的には採用される駆動手段の構成は、多くの異なる形態を取ることができることが理解されるであろう。
【００７３】
図４と合わせ、図３Ａ〜図３Ｃは、駆動手段６０の一つの可能性のある構成を説明する。駆動手段６０の多くの構成要素は、エーロフォイル・ブレード１４の容積「Ｖ」内に収容されるので、外部ストレスおよび腐食要素から保護される。
【００７４】
駆動手段６０は、支持構造体１２Ａ、１２Ｂ上に位置するカム部材６２、その上に据え付けられた１つまたは複数のカムフォロア６６を有するベースプレート６４を備える。ベースプレート６４は、カムフォロア６６がカム部材６２の形状に沿って乗るように構成して、それぞれのエーロフォイル・ブレード１４がその上またはその回りに回転可能であるシャフト６５に据え付けられている。
【００７５】
駆動手段６０は、複数のトラスの形態で、ベースプレート６４および第１および第２エーロフォイル・セグメント２４、２６の１つまたは複数のアクチュエータ・ポイント７０、７２に接続されたアクチュエータ構造体６８を備える。
【００７６】
ベースプレート６４は、レバーアーム７４によって、第１端部でベースプレート６４に枢動可能に接続され、第２端部で、枢動可能にそれぞれのアンカー部材７６Ａ、７６Ｂに接続されるアクチュエータ・ポイント７０、７２に接続される。アンカー部材は、図３Ａ〜３Ｃおよび図４に示すように、各アクチュエータ・ポイント７０、７２に渡って接続または固定される。
【００７７】
アクチュエータ構造体６８は、一次および二次トラス部材６８Ａ、６８Ｂから構成されている。一次トラス部材セット６８Ａは、実質的にＶ形態に構成された少なくとも一対のトラス部材で構成され、枢動可能に第１端部でそれぞれのアクチュエータ・ポイント７０Ａ、７０Ｂに接続され、枢動可能に第２端部で個々のアンカー部材７６Ｂのピボットポイント７８Ｂに接続される。
【００７８】
同様に、二次トラス部材６８Ｂは、実質的にＶ形状に構成された少なくとも一対のトラス部材で構成され、枢動可能に第１端部でそれぞれのアクチュエータ・ポイント７２Ａ、７２Ｂに接続され、枢動可能に第２端部で個々のアンカー部材７６Ａのピボットポイント７８Ａに接続される。
【００７９】
図５を参照して、アクチュエータ構造体は、複数の一次および二次トラス部材６８Ａ、６８Ｂから構成されている。トラス部材は、エーロフォイル・シェルまたは表皮材を支持可能なトラス格子を作成するために、エーロフォイル・ブレード１４の長さに沿って互いに対して離間配置されることが理解されるであろう。
【００８０】
図３Ａ〜３Ｃおよび図４を再び参照し、カム部材６２とベースプレート６４との間で使用中の相対的な動きは、アクチュエータ構造体６８の変位を引き起こし、結果的に第１および第２エーロフォイル・セグメント２４、２６の１つまたは複数のアクチュエータ・ポイント７０Ａ、７０Ｂ、７２Ａ、７２Ｂ間の相対変位を引き起こす。
【００８１】
このように、図３Ａに示すように、エーロフォイル・ブレード部１４Ｉは、それぞれ、図３Ｃおよび図３Ｂに示すように、反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション１４ＩＡ、１４ＩＢに変形可能であり、故に、エーロフォイル・ブレード１４は、使用中反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションによって生成される回転力の元で（すなわち舵力）、自動的に流体の流れの方向「Ｄ」に対して迎え角を設定するようにそれぞれの第２回転軸「Ｑ」回りに回転可能である。
【００８２】
使用時に、カム部材６２の向きが、流体流れの方向「Ｄ」に対して変化すように、カム部材６２は、支持構造体１２Ａ、１２Ｂに固定されている。
【００８３】
エーロフォイル・ブレード１４のエーロフォイル・セクション形状１４Ｉにより、使用中、そこを通過する流体流れは、構造体１２Ａ、１２Ｂが第１回転軸「Ｃ」を中心に回転するとき、エーロフォイル・ブレード１４が流体流れの方向を向いて実質的に維持するように、個々の第２回転軸「Ｑ」回りにエーロフォイル・ブレード１４に第１回転力を生じさせる。
【００８４】
第２回転力は、使用中に、駆動手段６０によってエーロフォイル・ブレード１４に加えられ、第１および第２回転力との間の合力は、結果的に、カム部材６２とカムフォロア６６を有するベースプレート６４との間の相対運動を生じせ、結果として、アクチュエータ構造体６８を変位させ、エーロフォイル・セクション１４Ｉを変形させる。
【００８５】
図６Ａ〜６Ｃ、図７および図８は、発電装置１１０のバージョンで、同じ参照番号は同じ構成要素を指定して、駆動手段１６０について好ましい代替実施形態を示し、支持構造体１１２Ａは作動的に上方に延在するエーロフォイル・ブレード１１４を有する単一のベースユニットから形成される。
【００８６】
駆動手段は、支持構造体１２Ａに対し固定された向きか（図１１に示されるように、液体の流動媒体の適用の場合のように）、または前記第１回転軸「Ｃ」回りに回転可能な（図６〜８に示すように液体または空気の流動媒体の適用の場合のように）どちらかに、支持構造体１１２Ａから離れて据え付けられるカム部材１６２を含む。
【００８７】
カムフォロア１６６は、支持構造体１１２Ａに据え付けられ、カム部材１６２の形状に沿って乗るように適合された第１端部、およびカムフォロア１６６の機械的動作を伝達するための手段１６７からエーロフォイル・ブレード１１４の各々におけるアクチュエータ構造体１６８を駆動させるための変形アクチュエータ（図示せず）まで延在する第２端部を有する。
【００８８】
変形アクチュエータは、通常、それぞれのエーロフォイル・ブレード１１４のところまたはその近くで設置可能であり、伝達手段１６７は、カムフォロア１６６の機械的作用を変形アクチュエータに伝達する任意の手段であってもよいことが理解されるであろう。
【００８９】
例えば、変形アクチュエータは、サーボモータ、油圧アクチュエータまたは空気圧アクチュエータの形態であってもよい。同様に、伝達手段１６７は、機械的リンケージ、油圧アクチュエータや空気圧アクチュエータの形態であってもよい。
【００９０】
使用において、支持構造体１１２Ａは、第１回転軸「Ｃ」の回りに回転するとき、カム部材１６２の形状に追随するカムフォロア１６６が前後に往復運動し、そのことで、往復機械的動作が伝達手段１６７に誘起される。
【００９１】
添付の図面には示されていないが、伝達手段１６７に誘起される機械的作用は、次に、それぞれのエーロフォイル・ブレード１１４の変形アクチュエータに伝達され、アクチュエータ構造体１６８に作用し、特に、レバーアームの形態の可動駆動部材１７４Ａ、１７４Ｂに作用する。
【００９２】
アクチュエータ構造体１６８は、さらに、レバーアーム１７４Ａ、１７４Ｂのそれぞれが、第１端部で、枢動可能に接続された一次翼桁１６９を含む。レバーアーム１７４Ａ、１７４Ｂの各々の第２端部は、一方もしくは他方のアクチュエータ・ポイント１７０Ａ、１７２Ａに各々接続される。
【００９３】
使用中、および駆動中に、レバーアーム１７４Ａ、１７４Ｂは、中立キャンバーラインＮから離れて円弧状に移動するように強制され、それにより、アクチュエータ・ポイント１７０Ａ、１７２Ａの変位を引き起こすように、それぞれのアクチュエータ・ポイント上に、一次変形力を付与し、結果的に、移行状態の対称エーロフォイル・セクション１１４Ｉの変形が、第１または第２状態１１４ＩＡ、１１４ＩＢになる。
【００９４】
アクチュエータ構造体１６８は、さらに、それぞれのアクチュエータ・ポイント１７０Ａ、１７２Ａの変位を補助するために、一次変形力と合わせて、二次変形力を付与するために、レバーアーム１７４Ａ、１７４Ｂの各々に関連付けられたばねの形態の１つあるいは複数の付勢手段１７１を含む。
【００９５】
好ましくは、固定点が、レバーアーム１７４Ａ、１７４Ｂが枢動可能に一次翼桁１６９に接続されるポイントよりもエーロフォイル・ブレード１１４の前縁１１８に近い状態で、スプリング１７１は、第１端部で、個々のアクチュエータ・ポイント１７０Ａ、１７２Ａまたはレバーアーム１７４Ａ、１７４Ｂの１つまたは他方と接続し、対向する第２端部で、一次翼桁１６９上の各固定点と接続する。このようにして、エーロフォイル・セクション１１４Ｉに付与される二次変形力は、エーロフォイル・セクション１１４Ｉが、第１および第２状態１１４ＩＡ、１１４ＩＢに近づいて変形するとき、増加する。
【００９６】
スプリング１７１はプリロード装置として作用し、それによって駆動手段１６０および／または変形アクチュエータのアクチュエータ・ポイント１７０Ａ、１７２Ａを変位させるための負荷を軽減する。添付の図面に示されている付勢手段１７１は、引張力などの二次変形力を付与するように構成されているが、圧縮力を付与するように構成されてもよいことが理解されるであろう。ここで、例えば、固定点は、レバーアーム１７４Ａ、１７４Ｂが枢動可能に一次翼桁１６９に接続されるポイントよりもエーロフォイル・ブレード１１４の前縁１１８から遠く、そしてスプリングは、独立したコイルスプリング、または油圧または空気圧ダンパーの上に嵌め合うコイルスプリングである。
【００９７】
駆動手段１６８を解除するとき、エーロフォイル・ブレード１１４は、弾性的にその対称移行状態１１４Ｉに戻り、固有の弾性力は、付勢手段１７１の少なくとも二次変形力と実質的に同じかそれに打ち勝つように作用する。
【００９８】
エーロフォイル・ブレードの変形を補助するために、アクチュエータ構造体１６８は、好ましくは、細長い駆動コネクタ１７５によって一次翼桁１６９に接続される二次翼桁１７３を含む。二次翼桁１７３は、レバーアーム１７４Ａ、１７４Ｂが接続されるアクチュエータ・ポイント１７０Ａ、１７２Ａに比べて、エーロフォイル・セクション１１４Ｉの後縁１２０により近くに配置されるアクチュエータ・ポイント１７０Ｂ、１７２Ｂに渡って、枢動可能に接続される。
【００９９】
カム部材１６２は、支持構造体１１２Ａがグランド、川底や海底２００に装着される場合の用途において、第１回転軸「Ｃ」を中心に回転可能である場合、発電装置１１０は、さらに、駆動手段１６０および特に、カム部材１６２を正確に流体流れの方向「Ｄ」に対して整列状態に配向するための手段１７７を含む。
【０１００】
整列した状態で、エーロフォイル・ブレード１１４が第１および第２状態１１４ＩＡ、１１４ＩＢの間移行する場所またはその近くの二次直径方向軸「ＳＳ」は、流体の流れの方向「Ｄ」に対して実質的に垂直に位置するように配向されている。好ましい実施形態では、配向手段１７７は、カム部材１６２に取り付けられ、第１回転軸「Ｃ」回りに回転可能なフィン付属物である。
【０１０１】
発電装置は、支持構造体の機械的エネルギを動作可能に電気エネルギに変換する発電手段を含む。発電手段は、直接に駆動セット１６の発電を誘起する据え付け磁石および／または電磁気を含む、多くの異なる方法で構成することができる。あるいは発電機を駆動するための動力取出装置を有してもよい。
【０１０２】
また、図示しないが、発電装置は、さらに、少なくとも、流体流れの速度を感知する複数のセンサを含むことができる。流体流れの速度が所定の最大値を超えると、駆動手段６０、１６０は、例えば、クラッチ機構と切り離されても良い。故に、エーロフォイル・ブレード１４、１１４の全ては、揚力を発生しない対称エーロフォイル・セクションに戻り、従って、支持構造体１２、１１２にはトルクが発生しない。
【０１０３】
以下の説明は、本発明１０の第１実施形態の構成要素を参照するが、具体的に除外されない限り、説明は、同様に、本発明１１０の第２実施形態に適用されることが理解されるであろう。
【０１０４】
エーロフォイル・ブレード１４は、自動的に反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションによって生成される「ラダリング（操舵）」または「ウェザーコッキング（風見鶏現象）」効果の結果として、すなわち、すなわち、後縁２０が１つのまたは他の方向にフリックされる結果として自動的に迎え角を設定することが可能であることは理解されるであろう。
【０１０５】
エーロフォイル・ブレード１４の各々のエーロフォイル・セクション１４Ｉは、対向する中立前縁および後縁１８、２０で互いに接続されるか、または固定される端部を有する第１エーロフォイル・セグメント２４および第２エーロフォイル・セグメント２６含み、それによって、第１および第２エーロフォイル・セグメント２４，２６の端部が互いに対して摺動するのを防ぐ。
【０１０６】
第１および第２エーロフォイル・セグメント２４，２６は、中立の前端および後端１８，２０との間に延在する中立平均キャンバーライン「Ｎ」に渡ってその長さに沿って互いに離間されており、エーロフォイル・ブレード１４の中立エーロフォイル・セクション１４Ｉを形成し、後縁２０は、中立キャンバーライン「Ｎ」に渡り自由に移動する。
【０１０７】
第１および第２エーロフォイル・セグメント２４、２６は、通常、初期の静止したエーロフォイル・セクション１４Ｉ、（前述では、対称移行状態と呼んだ）に向かってエーロフォイル・ブレード１４を付勢するのに弾性的である。さらに、エーロフォイル・セグメント２４、２６の臨界座屈荷重は、中立エーロフォイル・セクション１４Ｉおよび反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション１４ＩＡ、１４ＩＢの間でエーロフォイル・ブレード１４を変形させるアクチュエータによってエーロフォイル・セグメント２４、２６内で生成された圧縮荷重よりも大きい。故に、エーロフォイル・ブレード１４がアクチュエータによって変形されると、エーロフォイル・セグメントの一つまたは両方の２点間の変位が、少なくともそのようなエーロフォイル・セグメントに圧縮荷重を発生させ、この圧縮荷重に抵抗するエーロフォイル・セグメントの能力により、このようなセグメントが変曲点を持つ形態を採用するようにし、これにより、エーロフォイル・ブレード１４が反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション１４ＩＡ、１４ＩＢを形成するようにする。
【０１０８】
図１および図８を参照し、エーロフォイル・ブレード１４のそれぞれは、対向する第１および第２端部２８、３０を含み、それらに渡って前縁および後縁１８、２０がおよぶ。エーロフォイル・ブレード１４は、少なくとも支持構造体１２Ａのベース部材に枢動可能に据え付けられ、好ましくは、エーロフォイル・ブレード１４それぞれのスパンを通過するマスト（図示せず）上の、または対向する第１および第２端部２８、３０のそれぞれから外側に通過するスタブマスト（図示せず）上の作動的に上側部材１２Ｂにも据え付けられる。
【０１０９】
好ましくは、マストまたはスタブマストはエーロフォイル・ブレード１４の後縁２０に対してよりも、前縁１８の近くに配置され、エーロフォイル・ブレードが、個々の第２回転軸「Ｑ」の回りに要求される迎え角に自由に回転するのを可能にする。第２回転軸「Ｑ」は第１回転軸「Ｃ」に実質的に平行であり、半径方向に離間している。
【０１１０】
流体流れがエーロフォイル・ブレード１４の両端２８、３０の上にこぼれるのに対抗するために、端部の各々は、エンドプレート２２で終端する。あるいは、支持構造体１２Ａ、１２Ｂは、それ自体がエーロフォイル・ブレード・エンドプレートを兼ねることができる。
【０１１１】
エーロフォイル・セクション１４Ｉの変形時、エーロフォイル・セグメント２４、２６の１つの２点間の変位は、これら２点間の距離の減少、およびその結果、エーロフォイル・セグメント２４、２６の他方の２つの基準点間の距離の増加、そして、故に、エーロフォイル・セグメント２４，２６の曲げをもたらすことが理解されるであろう。曲げと合わせて、この圧縮と引張荷重の寄与により、エーロフォイル・ブレード１４が、駆動手段と変形アクチュエータによる変形を介して、反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション１４ＩＡ、１４ＩＢを形成する。
【０１１２】
第１および／または第２エーロフォイル・セグメント２４、２６は、それぞれ、前縁および後縁１８，２０間にまたがる単一のエーロフォイル部材から形成されてもよく、または前縁および後縁１８，２０間で端と端を接続されるかまたは固定される複数のエーロフォイル部材から形成され、共同で連続閉ループ・エーロフォイル・リブを形成してもよい。第１の代替の実施形態では、第１および／または第２エーロフォイル・セグメント２４、２６は、連続閉ループ・エーロフォイル・リブを形成する単一の一体型エーロフォイル部材であってもよい。
【０１１３】
一般に、エーロフォイル・ブレード１４は、流体が流動可能に使用されて、その上の表皮を支持する細長いエーロフォイル・ブレード・フレーム構造を画定するために互いに対して離隔した複数のリブから形成されてもよい。その表皮はエーロフォイル・ブレード・フレーム構造の後縁と一致する後縁を有する連続閉ループ表皮材２８である。
【０１１４】
通常、表皮材３２は、エーロフォイル・セグメントと独立してまたは一緒に、初期の静止セクション１４Ｉに向けて、エーロフォイル・ブレード１４を付勢するために、半剛性であり、弾性的である。表皮材３２はさらに、エーロフォイル・セグメント２４、２６それに類似の臨界座屈荷重を有する。
【０１１５】
別の実施形態では、第１および第２エーロフォイル・セグメントは中立キャンバーラインに渡って互いに離間した細長いエーロフォイル・シェルの対向する第１および第２部材であってもよい。第１および第２部材は、それぞれが単一のエーロフォイル部材である。複数のエーロフォイル部材は、連続閉ループ・エーロフォイル・セクションを形成するために互いに接続または固定、あるいは一体化している。さらに、シェルの外側表面は、使用時に流体がその上を流れることができる表皮３２である。好ましくは、シェルは、自立し、半剛性である。
【０１１６】
一般に、シェルの材料は、好ましくは剛性であり、シート状の材料、例えば、抗力を最小限にするために滑らかな表面仕上げを有するステンレス鋼または複合材料などの強度のある、防錆シート状材料である。
【０１１７】
好ましくは、反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション１４ＩＡ、１４ＩＢは、エーロフォイル・セグメント２４，２６を有するアンダーキャンバー揚力エーロフォイル・セクションである。その中で、アンダーキャンバーは、エーロフォイル・セクションが、中立のエーロフォイル・セクション１４Ｉから連続的に変形している状態で、ますます緊密な凹形状を想定して形成されている。より好ましくは、想定凹形状は、その最大の厚さ「Ｍ」のゾーン内または近くのエーロフォイル・セクションの位置に形成されている。
【０１１８】
反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション１４ＩＡ、１４ＩＢの変形セグメント２４、２６に沿って形成された変曲点の位置は、エーロフォイル・セクションの変形の異なる程度に応じて異なることができる。反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションの変形セグメント内の変曲点は、好ましくは、前縁および後縁１８，２０の間でその上に画定される単一の変曲点であり、連続正弦波形状を画定する。
【０１１９】
さらに、エーロフォイル・セクションは、前縁１８が、中性のキャンバー線「Ｎ」の一側に変形され、後縁２０が、それぞれ反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション１４ＩＡ、１４ＩＢを形成するために、中性キャンバー線「Ｎ」の反対側に変形されるように、変形可能である。
【０１２０】
添付の図面３，４に示すように、発電装置２１０のさらに別の実施形態によれば、同じ参照符号は同じ構成要素を示し、エーロフォイル・ブレード２１４は、変形を介して可変である代わりに、静的な反曲キャンバー・エーロフォイル・セクション２１４Ｉである。
【０１２１】
エーロフォイル・ブレード２１４は、個々の可逆支持下部構造２１３に枢動可能に支持され、可逆支持下部構造２１３は、支持構造体２１２に枢動可能に接続される。
【０１２２】
発電装置２１０のこの実施形態では、第１実施形態１０と同様に、作用するが、エーロフォイル・セクション２１４ＩＩが、静的反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションである場合、同方向に回転する支持構造体２１２を維持するために、回転サイクルの一次フェーズ「ＲＰ」および二次フェーズ「ＲＳ」の間で生成された、揚力「Ｌ」の方向を変更するためにその形状を変形させることは不可能であることが理解されよう。
【０１２３】
従って、移行フェーズＲＴの間で、エーロフォイル・ブレード２１４は支持構造体２１２に対し枢動可能に１８０反転され、それにより、エーロフォイル・ブレード２１４が、回転サイクル「Ｒ」の一次フェーズ「ＲＰ」と二次フェーズ「ＲＳ」の間で動くとき、エーロフォイル・ブレード２１４による揚力「Ｌ」が発生する方向を効果的に逆転する。
【０１２４】
第２実施形態の発電装置２１０に関して、駆動手段は、本発明の第１実施形態の場合のようにエーロフォイル・ブレード２１４を変形させる代わりに、支持構造体２１２に対し、支持基礎構造材２１３を反転する。
【０１２５】
発電装置（すなわち、両方の実施形態の）さらに、少なくとも以下のさらなるセンサを含む。：駆動セットの回転速度を測定する速度測定センサ；流体流れの方向を測定するためのセンサ；回転サイクル「Ｒ」の周りのエーロフォイル・ブレードの位置を測定するためのセンサ；電力の生成を測定するためのセンサ（すなわち、ボルトメーター、アンペアメーターなど）；切迫した気象条件を測定するための気象センサ；エーロフォイル・ブレード上のひずみを測定するためのひずみセンサやゲージ；損傷を引き起こす可能性がある発電装置への打撃を記録するための衝撃やＧ力センサ、および視覚的にデバイスの動作を監視するためのカメラ。
【０１２６】
上記知能が発電装置１０に内蔵されている場合、機械的駆動手段および配向手段を使用する代わりにそのような手段は、電子的であってもよいことが理解されるであろう。例えば、駆動構造は、その位置センサによって検知された位置に対応する反曲キャンバー・エーロフォイル・セクションにエーロフォイル・ブレードのエーロフォイル・セクションを変形させるか、反転させるために、電子的に駆動させることができる。
【０１２７】
発電装置１０の用途は膨大であることがさらに理解されるであろう。例えば、駆動セット１６は、使用中、風、熱および水の流れまたは電流で駆動されることが可能である。
【０１２８】
発電装置１０の効率をさらに向上するために、図１１に示すように、１つまたは複数の駆動セット１６を特別の目的で作られたハウジング３４内に装着することができる。ハウジング３４は、エーロフォイル・ブレード１４に衝突するよう流体流れ、「Ｄ」を導くための流体流路３６を画定する。流体流路３６は、流体流路３６の入口３８と出口４０の中間に位置する駆動セット１６で入口３８との出口４０を画定する。
【０１２９】
駆動セット１６に衝突する流体流れをスピードアップするために、流体流路３６は、入口３８と実質的に駆動セットの近傍の出口４０との間で、狭窄部４２、通常、ベンチュリを画定する。流体流路３６は、狭窄部４２においてまたはその近傍で、その中に、逆渦を作成するための外側に延在する凹部４４を画定し、よって移行フェーズＲＴ中にエーロフォイル・ブレード１４によって生成される抗力を減少させる、および／または抗力に対向する。
【０１３０】
また、ハウジング３４は元の流速に向かって流れを拡散させるために、その出口４０またはその付近にディフューザ形成を含む。ハウジング３４はまた、流体流れ「Ｄ」の方向に示されるハウジング３４の入口３８を動作可能に維持するために、フィン４６の形態の手段を含む。
【０１３１】
ハウジング３４は、流体流れに伴い動作可能である場合、駆動手段６０，１６０のカム部材６２、１６２の向きは、支持構造体１２、１１２に対して固定することができ、それにより、回転転可能な付属フィンの必要性を除外できることが理解されよう。
【０１３２】
発電装置１０は、その動作する能力と、非常に低い流体の流速のため、海や鳥の命にほとんど影響を与えることがないことが想定される。さらに、具体的には、海洋環境でインストールするためには、発電装置１０のサイズは、ほとんどの海の動物が妨げられることなく発電装置１０を通って、害なく通過することができるようなサイズである。従って、装置は、既存の移動パターンにほとんど影響を与えない。
【０１３３】
そう述べたが、より大きな海の動物は装置によって傷つけられ、逆にデバイスを損傷することがあり得る。従って、入口３８は、ガードを含み、好ましくは、入口３８を渡って延在する１つまたは複数のケーブルまたはネットの形態でガードを含む。それにより、所定の大きさかそれ以下の対象物および／または海洋動物だけが、そこを通過できるようにすることができる。所定の大きさより大きな対象物および／または海洋動物が通過するのを防止する。好ましくは、ガードにぶつかる大きいサイズの物体や海洋動物が入口３８から跳ね返されるように、ハウジング３４への入口３８は、角度をつけるかまたは傾斜される。
【０１３４】
さらに、より大きなサイズの海洋動物を保護するために、発電装置１０は、例えば、音波および／または電気パルスの装置など、海洋動物がハウジング入口３８に近すぎて泳ぐのを寄せ付けないようにするために１つまたは複数の忌避装置を含む。
【０１３５】
図１１に示すハウジング３４は、例えば、海や河川の水没用途に特に適用可能である。ハウジング３４は、沈んでも沈まなくてもまたは中性浮力であってもよい。
【０１３６】
図示の実施形態では、ハウジング３４は、浮かべてもよいし、係留索４８により海底や川底２００に繋げてもよい。係留索は、ハウジング３４を海底や川底に近く下げるか、ハウジング３４を例えば保守のため水面に引き上げることができるように長さを代えて可変でもよい。係留索の長さは、ウインチまたは他の同様の機構によって可変であってもよいことが理解されるであろう。
【０１３７】
図１２は、一対の駆動セット３１６がお互いとなりどおしに配置される代替発電装置ハウジング３３４を示している。駆動セット３１６は、また、互いに前後に離間することができることが理解されよう。好ましくは、ハウジング３３４は、偶数の駆動セット３１６を含み、半分が一方向に回転し、他の半分は、逆に回転し、それによってハウジング３３４にトルク影響の伝達を最小にするように、他の隣および／または他の背後に離間配置して構成される。
【０１３８】
特別の目的で作られたハウジング内に装着された駆動セット１６を有する代わりに、ハウジングは対象本体あってその上またはその中に駆動セット１６が設置されもよい。
例えば、図１３および１４を参照して、駆動セット：
・１６Ａは、船のブリッジまたは他の見晴らしの良い地点に据え付けてもよく、風向に関わりなく、風によって給電され、船４００の通常のプロペラ推進システムに電力を供給するための電気エネルギを生成する、またはこれに補助電源を提供し、それによって化石燃料の依存度とコストを削減する。
・１６Ｂは船４００の甲板レベルで実装してもよく、喫水上の船体の部分がハウジングとして機能し、風を駆動セット１６Ｂに向けるように流体流路を画定する。
・１６Ｃは、喫水以下で船体４５０のその部分内に据え付けられてもよく、船体はハウジングとして機能し、水を駆動セット１６Ｃ向けるよう流体流路４５２を画定する。
【０１３９】
ヨット５００の形で水を走る別のタイプの船を示す図１５および図１６を参照して、駆動セット１６Ａは折り畳み可能なエーロフォイル・ブレード１４を含むことができる。図１７を参照して、折り畳み式エーロフォイル・ブレード５１４が、起立状態でエーロフォイル・ブレード５１４の長さに沿って互いに離間する複数のエーロフォイル・セクションリブ５８０を備える。
【０１４０】
図１８は、リブ５８０をお互い重ね合わせ、折り畳まれた状態のエーロフォイル・ブレード５１４を示す。故に、折り畳まれたエーロフォイル・ブレード５１４はコンパクトで、占有する高さは非常に低い。折り畳み可能なエーロフォイル・ブレード５１４は、通常、港に入る船の帆が収納されていることを必要とする港の規制に準拠している。また、嵐の状態において、エーロフォイル・ブレード５１４を折り畳めることは有利である。折り畳み可能なエーロフォイル・ブレード５１４の他の利点は、表皮材５８２の寿命が長いこと強風の条件下で損傷を回避できることである。
【０１４１】
多くの機構は、起立と折り畳み状態の間でエーロフォイル・ブレード５１４を移動させるよう組み込まれてもよい。機構の一つのタイプは、図１７に示すように、ケーブル５８４を複数プーリ５８６に通してもよい。
【０１４２】
通常は単一のエーロフォイル・ブレードまたは翼が使用される場合に関連する転倒モーメントは、大幅に、第１回転軸「Ｃ」の回りに複数のエーロフォイル・ブレードを搭載することにより生み出されるバランス効果によって除去されることが理解されよう。
【０１４３】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明したが、本発明の多くの変更や変形が本発明の精神または範囲から逸脱することなく可能であることが理解されよう。例えば、発電装置１０は、山および／または建物内に画定された通路のトップ、底または内部に適用されてもよい、および／または特別な目的のある支持構造体上に支持されてもよい。
【０１４４】
添付の図面に示されている駆動セット１６が第１回転軸「Ｃ」の回りに周方向に配置された単一の列のエーロフォイル・ブレードを示すが、駆動セット１６は、例えば、異なる半径方向距離で、第１回転軸「Ｄ」回りに周方向に配置された複数列を含んでもよい。
【０１４５】
図１９を参照して、各々個々の第２回転軸「Ｑ」の回りに枢動可能に据え付けられた単一のエーロフォイル・ブレード１４を有する代わりに、複数の（例えば３つ）エーロフォイル・ブレード１４を組み込んだエーロフォイル・ブレードセット８８は各々の第２回転軸「Ｑ」の回りに枢動可能に据え付けられても良い。このように、本発明の発電装置１０の発電能力が発電装置１０のサイズが大幅に増加することなく著しく増加させることができる。
【０１４６】
発明者によって行われた初期段階ＣＦＤシミュレーションから、以下のことが判明した。
・エーロフォイル・ブレードは、自己起動と自己安定特性を持っている。
・駆動セットは、低速および高速流用途に適用可能である。
・合計２４台、第１回転軸回りに２つの配列に分割され、２．３メートルのコード長さ、８メータの長さのエーロフォイル・ブレードを有する駆動セットは、単位秒あたり水流速度が約１．４メートルで約８メガワットの電力を生み出すことができる。
・合計１２台、第１回転軸回りに離間配置され、４．３メートルのコード長さ、８メータの長さのエーロフォイル・ブレードを有する駆動セットは、単位秒あたり水流速度が約１．４メートルで約２７メガワットの電力を生み出すことができる。
【０１４７】
外挿すると、４．３メートルのコードのエーロフォイル・ブレードを有する４台の駆動セットを組み込んだハウジングは毎秒１．４メートルの水流で約１００メガワットを生成することができるであろう。
【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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【図１９】
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【国際調査報告】
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