"水平の風及び鉛直の風の両方の風の流れからエネルギーを取得するための風力タービンであって、少なくとも1つのほぼ水平に配置された環状の外側ブレード支持部材を有し、前記支持部材は、その中心を通過する中心鉛直軸の周囲を回転するように装着されている、オープンフレーム構造と、前記オープンフレーム構造の前記環状の外側支持部材に装着され、中央通路を画定するほぼ鉛直に配置された回転可能な少なくとも3枚の風力エネルギー取得ブレードと、前記中心鉛直軸から放射状に突き出したほぼ水平に配置された少なくとも3枚の風力エネルギー取得ブレードと、を備える、風力タービン。前記環状の外側ブレード支持部材は、前記オープンフレーム構造の底部に位置するフープであり、前記タービンは、下部の固定された環状ガイドウェイを備え、前記フープ及び前記ガイドウェイの一方が環状のくぼみを有し、他方が前記くぼみ内に配置される環状のフランジを有する、請求項1に記載の風力タービン。前記環状の外側ブレード支持部材は、前記オープンフレーム構造の底部に位置する下フープであり、前記オープンフレーム構造は、前記オープンフレーム構造の頂部に隣接する上フープを含み、前記鉛直ブレードは、前記上下フープの間に配置される、請求項1に記載の風力タービン。前記中心鉛直軸に固定鉛直マストが位置し、前記マストはその頂部に隣接する回転可能なハブを含み、前記オープンフレーム構造は、回転可能なハブに取り付けられる、請求項2に記載の風力タービン。前記中心鉛直軸に位置する回転可能なマストを含み、前記オープンフレーム構造は、前記回転可能なマストに取り付けられる、請求項1に記載の風力タービン。前記オープンフレーム構造の回転に応答して発電するために前記環状の外側支持部材によって駆動されるように構成された発電機パッケージを含む、請求項1に記載の風力タービン。前記オープンフレーム構造は、前記オープンフレーム構造の外周の内側に位置するロッド及びケーブルサポートを含む筐体の外辺部からオフセットされた中心支持構造を含み、前記上フープは、前記ハブから前記フープへ張られた張力をかけたケーブル布線で前記ハブに固定され、前記下フープは、一連の支持ロッドによって前記ハブから吊り下げられ、前記支持ロッドの近位端は下フープに、遠位端は前記ハブに固定され、前記フープの縦に並んでの回転を確保するために、前記上下のフープが各フープから前記ロッドへの張力をかけたケーブル布線によって相互接続された、請求項4に記載の風力タービン。前記風を捕捉しほぼ水平に配置されるブレードは、前記オープンフレーム構造の頂部に隣接して配置される、請求項1に記載の風力タービン。前記風を捕捉しほぼ水平に配置されるブレードは、前記オープンフレーム構造の底部に隣接して配置される、請求項1に記載の風力タービン。風を捕捉しほぼ水平に配置されるブレードは、前記オープンフレーム構造の頂部と底部の両方に配置される、請求項1に記載の風力タービン。風を捕捉しほぼ水平に配置されるブレードは、前記オープンフレーム構造の頂部に隣接して配置され、前記鉛直ブレードの頂部に隣接する平面内に置かれる、請求項1に記載の風力タービン。風を捕捉しほぼ鉛直に配置されるブレードと、風を捕捉しほぼ水平に配置されるブレードと、を同数ずつ含む風力タービンにおいて、前記ほぼ水平に配置されるブレードが前記ほぼ鉛直に配置されるブレードからオフセットされる、請求項1に記載の風力タービン。前記ほぼ水平に配置されるブレードは、前記ほぼ鉛直に配置されるブレード間に等間隔に離隔して置かれる、請求項12に記載の風力タービン。前記ほぼ鉛直に配置されるブレードは、鉛直から約±12°の角度である、請求項1に記載の風力タービン。前記ほぼ鉛直に配置されるブレードは、前記上下フープの間を通る旋回ロッドと、前記旋回ロッド上の少なくとも1つの中間点と前記オープンフレーム構造の前記支持構造の部材との間を通るケーブル布線と、を含み、前記オープンフレーム構造の回転中に前記ブレードにかかる遠心力に応答して前記鉛直ブレードの反りを最小限に抑える、請求項3に記載の風力タービン。自然の水平風が建物又は塔にぶつかるときに建物又は塔の誘発するほぼ鉛直の上向きの風の流れを生む鉛直のファサードを有する建物又は塔の屋根に装着され、前記ほぼ水平に配置されるブレードを駆動する中央通路に入る前記鉛直の上向きの風の流れの部分を受けるために、前記下フープは少なくとも1つの屋根又は塔の縁部に隣接する、請求項1に記載の風力タービン。前記下フープが少なくとも2つの屋根又は塔の縁部に隣接して装着される、請求項16に記載の風力タービン。前記下フープが少なくとも3つの屋根又は塔の縁部に隣接して装着される、請求項16に記載の風力タービン。建物が誘発する風の流れが前記中央通路へ流れ込むよう偏向させるために、屋根の縁部の上方に配置される少なくとも1つの風デフレクタを含む、請求項16に記載の風力タービン。前記タービンのエネルギー生成を最大化するために、前記ほぼ鉛直に配置されるブレードのフェザリングのための手段を含む、請求項1に記載の風力タービン。0007結局、この技術はこれまでのところ、超高層ビルを含む建物の多い市街地などの混雑した人口の多い場所に設置して効果的に使用できる効率的かつ実用的な大規模及び中規模の風力タービンを提供していない。更に、風力タービン産業は、都市部又は超高層ビルを含む高層建物の頂部にうまく建造して運転でき、大量の発電出力を得られる十分に効率的で、かつその他の点で容認できるタービンを開発していない。風力タービン産業はまた、このような環境で利用可能な独特の気流の潜在力、又はそれを最も効率的に利用する方法を認識していない。したがって、高層建物の高所で利用可能な増強された風力及びこれらの建物の頂部一帯で利用可能な有効な風の流れはまだ効率的に取得されていない。0008結局、風力タービン産業は、タービン自体のコストよりも、より高いタービンを組み立て、市販するための電気を得るまでのインフラ基盤関連コストに悩まされることが増えている。これらのインフラ基盤利用コストには、自立する塔の建造コストと、風力タービン及びそこで生み出される電気を使用場所までつなぐ配電網の新設又は拡充のコストが含まれる。距離もまた、20にも及ぶかなりの伝送路損失を発生させ得る。この伝送路損失は、容認できる設計の効率的な中規模から大規模のタービンを都市環境の中に、とりわけ高層建物の頂部に設置できれば、伝送距離が減ることで事実上解消され得る。頂部にこれらのタービンを設置した建物では、グリーンで再生可能な方法で発電された電気は建物内のテナント及びビル管理で容易に使用される。高層建物の頂部への設置はまた、風力タービンを支持する塔を建設し、タービンを持ち上げるコストも解消するだろう。0009本発明の様々な実施形態は、a極く軽量で摩擦及び慣性による損失が非常に少ないデバイスと、b広範囲の風速と変動する風向きに対応できるデバイスと、cデバイスの風を受けるブレードのフェザリングを可能にして出力を最大化し、かつタービンの回転の逆風を受ける部分における抗力を低減するデバイスと、dフェザリングの制御を強化し、好適には最大のトルクを引き出せるよう、ブレードにおける風況を必要時に素早く検知することによって生みだすトルク力を最大化するデバイスと、e視覚的に適切な外観を備え、動くブレードの周辺に気圧低下を生じさせないデバイスと、f通常、動作音が静かなデバイスと、g弱風時に外部からの補助を受けずに起動するデバイスと、h高速及び低速の両方の風を利用できる及び時には構造的な故障を起こさずに非常に強い風に対応できるデバイスと、iタービンの構成部品にかかる遠心力に耐えるように設計されたデバイスと、j高さ及びその他の具体的な条件による風の利点の捕捉が可能な高層建物の頂部に設置できるデバイスと、k超高層ビルで利用可能な、建物が誘発する独特の上昇気流を捕捉するデバイスと、lそれが設置されている建物へ最小の伝送距離で電力を直接供給し、それによってタービンが発電する電力の伝送損失を最小限に抑えるために使用できるデバイスと、を備えてこれらの難点を克服し、動作要件を満たす。0010本発明の実施形態は、地面に対して通常は垂直なデバイス垂直軸の周りに等間隔に離隔して置かれ、垂直軸に平行に、通常は鉛直に配置されたブレードを備える風力タービンを含む。好ましい実施形態では、これらの風力タービンは、前記垂直軸の周りに通常は放射状に地面に対して通常は平行に配置され、同垂直軸に対して通常は垂直な追加ブレードを含む。したがって、タービンブレードの前記軸に対する位置は異なるが、すべてのタービンブレードは同じ軸の周りを運行する。本発明の実施形態は、高層建物の頂部、又は自立する塔、とりわけ好適には塔の全高にわたって側面に堅固なファサードを備える自立する塔の上、又はその他の支持構造物上に設置することができる。生成される力は発電に利用し、立地場所で使用するか、又は売却して電力網へ戻すことができる。0011本発明の実施形態に鉛直及び水平に配置された両方のブレードが存在する場合、デバイスは、従来は捕捉されなかった風の流れを捕捉することができる。これは特に都市での使用に当たっての利点だが、その他の環境においても実施できる。0012自然状態の風は、障害物がなければ地面の上を水平に流れる。地面からの高度が高まるに従い、風速は強まる傾向がある。このことは、風から取得できる動力が、風速が増すにつれて増大し、第3の動力になるために重要である。自然の水平風は、鉛直の障害物表面で上昇気流を生む。建物、地形の起伏及び樹木のある都市の条件は、地上付近の風に乱気流を生む傾向があるが、高度が高まるにつれて乱気流は少なくなる。風速は速く、これに中程度の乱気流のみが会合する少なくとも50フィート1,524cm以上の高度環境、好適には超高層ビルの高所において効率的に使用でき、また好ましい実施形態では建物が誘発する気流も捕捉して利用できる風力タービンの提供が、本発明の重要な目的である。0013本発明の種々の実施形態は、タービンの軸を通常地面に鉛直にして建物に装着するか、又は塔に装着することができる。そのため、これらはVAWT型デバイスの特徴を備える。地面より高い場所であっても、多少の乱気流は残る。VAWTはHAWTよりも乱気流の風によって受ける影響が少ないことが知られている。またVAWTは、HAWTが風に直接面するように常時向きを変えなければならないのと対照的に、本来的に全方向性であり、定義からして常に風に対向する。このためVAWTは、都市の環境中では通常非常に変動しやすい風向の追跡に機械的エネルギーを使用せず、したがって浪費がないため、この点で効率が良く、自然風又は環境中の風用として非常に優れている。0014どんな建物又はファサードで覆われた塔も自然風にとって障害物であり、高層建物は風の大断面にとって大きな障害である。高層建物又はファサードで覆われた塔が引き起こす風にとっての障害は、建物にかかる静的及び動的な大きな力を引き起こす。高層建物は、構造的に、大きな安全係数を見込んだうえで、予想される最大強度の風の障害によって引き起こされる大きな応力に耐えるように設計される。タービンは中程度の風及び強い風の中での動作が予定されるが、時として建物に最大荷重を生じさせる最強度の風の中では停止される。停止位置では、ブレードは、タービンにかかる力と支持物である建物又は塔に伝わる力を最小限に抑える方向に向けられる。この状態では、タービンにかかる風力は、建物全体にかかる力に比して小さくなり、建物の設計に用いられる通常の保守主義と安全係数の視点では、既存の最高層の建物でも、追加の構造支持を要せずに本発明の実施形態のタービンを支持することができる。0015妨害された風は、自然の反応として脱出口を求める。妨害された風は、障害物を迂回することによって脱出しようとする。このため、妨害された風は、風の障害になる建物のファサードに沿って建物の角を回って逃避し、そのうちかなりの部分が屋上面を越えた上向きの逃避を求めて上向きの鉛直の流れに移行する。妨害された風が鉛直に移動し、合体すると速度を増し、とりわけ屋上面の脱出地点に到達すると加速する傾向があり、その際、風の向きが水平に変わる。これは、いわゆるベンチュリー効果で、速度を最大約20増加させる。図12A~図12Cは、超高層ビルの頂部を横切って移動する水平の自然風の流れW1と、超高層ビル242のファサード244にぶつかる水平の自然風W2を含むこの風の流れの概念説明図である。風の流れW2が建物のファサードにぶつかると、加速された上向きの風の流れW3を形成する。上向きの風の流れW3は、次に図示のとおり建物の屋根の構造に影響を受け、風の流れW4及びW5に分かれながら更に加速する。0016本発明の実施形態は、こうして方向を変え、加速した風を建物の頂部で捕捉する。例えば鉛直及び水平の両方に配置されたブレードを含むタービンの実施形態では、鉛直の風成分は水平の垂直軸に対してほぼ垂直のブレードを動かし、水平の風成分は鉛直の垂直軸に対してほぼ平行のブレードを動かす。更に、建物に妨害された風、及び妨害されない自然の風の両方の水平成分は、合体し、タービンの鉛直ブレードを通過しながら捕捉される。これは、風上側と風下側の両方の位置で生じ、タービンが本来三次元であるため、水平ブレードと鉛直ブレードの両方が同時に動かされる状態が発生し得る。風の鉛直成分も、水平に置かれたブレードによって同時に取得される。0017自然のより通常通りに流れる水平の風も、鉛直と水平の両方に配置されたブレードを含む実施形態によって捕捉される。自然のほぼ水平な風は、最初に風上の鉛直に配置されたブレードにぶつかると、その一部は減速するその結果ブレードに力が加わり、動力抽出デバイスにトルクが生じる。しかし、その大部分は障害となるブレードを回避しようとして、タービンに入り、タービンの周囲を回り、またタービンの上を越える。タービンを貫通し、又は風上のブレードを横切って移動する風は、タービンが回転する間、タービンの内側を通って流れ、風下のブレードを動かす。これがそれらのブレードに追加の動力を伝え、脱出口を求める追加の風を生む。脱出口を求める風の避難路は、風下のブレードの間と鉛直方向への方向転換である。鉛直方向の成分は、水平ブレードによって取得できる。したがって、本発明のこれらの実施形態は、他の方法では鉛直に配置されたブレードで取得されない風の鉛直成分を効率的に捕捉でき、水平に配置されたブレードを経てさらなるトルクを生み、それが前記ほぼ垂直な軸に更に伝達される。0018吊り下げフレームを用いた1つの好ましい実施形態には、自然の水平の風及び建物が誘発した上昇気流と、鉛直に配置されたブレード及び水平に配置されたブレードの両方を備えた構成との上述の組合せを利用した、本発明の実施形態の要素及び構造が取り入れられる。吊り下げフレームの設計には、構造体にかかる風の抗力を最小化し、それによってデバイス全体の効率を最大化しつつ、乱気流及び超高速の風況の応力にも耐えるための最小限の構造が要求される。それは、頂部及び底部の堅固なフープと、1系統の支柱及びケーブルとを含み、これらが一体として、フープが縦に並んで最小限の摩擦及び慣性損失で確実に運転されるようにする軽量の構造効率の高いフレームワークを形成する。上下のフープをつなぎ合わせることで、フレーム要素とフープが合体して、環状の形態のため本来的に安定で応力耐性のある効率的なシステムを生成する。0019鉛直と水平の両方に配置されたブレードを採用した好ましい実施形態では、軽量のフレーム設計により、ほぼ水平な自然風と、建物の側面に沿って上昇しまた建物頂部を横切って動く風の流れと、の両方の自由な流れが可能になる。この実施形態はまた、デバイスの回転につれてそれらの風が風下の鉛直ブレードにぶつかるため、デバイスそのものによる水平の自然風から上向きの鉛直気流への転換も促す。タービンが塔の頂部及びデバイスの下の支持材と回転ゾーンから十分に離隔した本発明のさらなる実施形態では、水平に配置されたブレードは、フレームの上下のフープの内側のオープンフレームの頂部及び底部の両方に置くことができる。0020ブレードを好適に支持するフレーム構造は、鉛直マストに装着されたハブが重力を支える。マスト上でハブが回転可能に支持するために、磁気浮上ベアリング又はその他の種類のベアリングが使用できる。1つの好ましい支持方法では、鉛直マスト上で完全に組み立てられたフレームの全重量がハブに集中する。そのため、本発明のこの支持方法では、タービンが建物屋上に装着される場合、タービンの重力荷重及び横向き荷重部分を、ハブがマストを通じて効率的に建物へ伝達する。他の支持方法では、頂部に装着されたハブではなく、主要垂直軸マスト全体をデバイスの回転要素として用いてもよい。第1の支持方法のハブは、一部の横向き荷重をマストへ伝え、回転する下フープが残りの横向き荷重をベースへ移動させる。回転するマストの支持方法は、マストのベースと下フープの両方を通じて鉛直重力荷重と横向き荷重をベースへ伝達する。第1の固定マストの支持方法は、横向き成分を有するが、重力/鉛直成分を持たない下フープを備え、第2の支持方法は横向き成分と重力/鉛直成分を備える。0021また、フレーム設計は、堅固な環状フープが応力の横への伝達を阻害し、通常、特に回転時に均衡のとれた状況を提供する。第1の支持構成では、下フープは好適には、フレームから水平の横力の部分を受けるが重力荷重は受けない固定されたガイドウェイに沿って設けられる。ガイドウェイは、組み立てられた全体を安定させつつ一部の水平の横力を大きな面積で建物へ徐々に分散することができるように、超高層ビル又はその他の建物又は自立する塔の屋根に固定してもよい。ガイドウェイは、建物上昇気流の一部を流線型にし、フレーム構造体を通って上側水平ブレードへ向けて方向付け、デバイスによる追加的な風力の取得を有利にするためにその風成分の捕捉を補助する翼形状のデフレクタ面を含んでもよい。0022好適には、下フープはガイドウェイの上方に設け、ガイドウェイに影響しないようにし、下フープを支持するすべての部材が張力を受けるようにし、部材が重力ベアリング及び集中型の場合よりも一般に小さく、したがって軽量になるようにする。また、ガイドウェイは、種々の鉛直方向の位置ずれを起こし得る温度その他の応力変形に対し、下フープの位置での追加の摩擦又は鉛直重力ベアリングを引き起こさずに収容するために、可変次元による鉛直方向にフープがないことが好ましい。言い換えると、下フープは実際には環状のガイドウェイ上に置かれていないため、回転するにつれて、組立ての完成したフレーム構造を構成する要素内で、温度及び応力に関係する素材の伸縮に応じて上下に自由に動く。このようにして、下フープは、したがってタービンの鉛直ブレードは、最小限の摩擦損失で定位置にしっかり固定される。構造体は、その頂部の中心点で支持されるランプシェードのように動く。上下のフープは、張り骨の中のフープのように動き、環状を保つ。下側ガイドウェイは張り骨の振れは阻止するが、自由な回転は許す。X型に固定されたケーブル組立体はフープを縦に並んで回転させるが、タービンに出入りする風の流れにとってはほぼ透明である障害にならない。0023鉛直ブレードを備えるフレーム構造は、先端を適度に切った円錐形が好ましいが、円筒形でもよい。また、先端を切った円錐形を反転させたものでもよい。先端の切断角度は、両方向へ、12°から垂直までの範囲でよい。オープンフレーム型設計は、極く軽量のフレーム構造にかかるすべての力を鉛直マストへ効率的に伝達することを可能にする。下フープの回転運動は、環状ガイドウェイによって、又は他の実施形態では発電ユニットを動かすことのできるタイヤ状の支持材内で制約される。上フープの回転は、オープンフレームの三角形の構造管によって下フープに連結され、各フープが他方と縦に並んで動くようになっている。タービンのフレームは、このようにして鉛直マスト頂部のハブによって拘束され、下フープとガイドウェイによって更に拘束されるが、デバイスのフレームを構成するロッド及びケーブルの開放系によって一体としてつなぎ合わされる。0024また、本発明の実施形態で拘束され、問題が起こりにくくされている重要な力は、タービンの回転から生じる遠心力である。最大の応力を受ける主要な構成部品は鉛直ブレードである。これらのブレードは風力によって応力を受け、回転の遠心力によって更に応力を受ける。本発明のある実施形態は、それらの力によってブレードにかかる外向きの偏りを防止するために、回転可能な鉛直ブレードを中央の支持構造体につなぎ、支えることによってこれらの力の効果を低減する。ブレーシングは、例えばブレードの旋回ロッドを約3分の1及び3分の2の高さの地点でつなぎ、ブレードの支えられていない長さを低減するが、回転は止めない。これにより、デバイス全体の重量を更に低減し、ブレードが妨げのない効率的な形で成果を上げられるようにする。0025デバイスは風の中で動作するので、回転する下フープの端面又は表面が1つ又は複数の従来型発電機パッケージを直接動かし、その場で電力を生むことができる。現在のところ、発電機パッケージを駆動させるにはオープンフレームの下フープの端面又は表面を用いて発電するのが好ましいが、タービンは、他の回転する面又は鉛直マスト頂部の回転するハブと連動するように設定してもよい。0026回転可能な鉛直ブレードは、上下のフープの間に装着される。本発明の実施形態のオープンフレームの上フープ、及び一部の実施形態の下フープもまた、下の建物の側面に沿って吹き上がる一部分の風、及びタービンを動かす水平の自然風の方向が変わった部分を受ける、水平に配置されたブレードを備える。最小限、3枚の水平に配置されたブレードと3枚の鉛直に配置されたブレードを使用する。現在のところ、約5枚の水平に配置されたブレードと、約5枚の鉛直に配置されたブレードを使用することが検討されている。すべてのブレードは、その長軸の周りで回転可能なものとする。鉛直のブレード、及び水平のブレードも、モーター又はアクチュエータ又は該デバイスの回転によって動力を得るその他の機械的デバイスによって制御し得る。主タービンによって動く小型発電機も、タービン用のTSRアルゴリズムデータベースの指示に従ってブレードを回転させるアクチュエータ/モーター用のバッテリーに動力を供給することができる。0027水平の風の捕捉は、デバイスが発生するトルクを最大化するために垂直軸を中心に回転するにつれて、風と速度の指示に対して位置を瞬時に調整するように構成された鉛直ブレードを備える本発明の実施形態で最大になる。0028捕捉される鉛直の風は、デバイスが発生するトルクを最大化するために垂直軸を中心に回転するにつれて、風速と方向に対して位置を瞬時に調整するように構成された水平ブレードを備える本発明の実施形態で最大になる。上述のとおり、好ましい実施形態では、水平及び鉛直の両方の風の捕捉は、それぞれ鉛直ブレードと水平ブレードによって達成される。0029各個別ブレードの回転角度は、特定の時点及びタービンの旋回半径における位置によってそれぞれ異なる。それぞれの瞬間的位置は、ブレードが風の中で回転するときに生まれるトルクを最大化するブレードの回転とフェザリングを実現するための経験的及び数学的なアルゴリズムによって決定し得る。制御のアルゴリズムは、瞬時に測定される風速、タービン位置、風向及びその他の適切な局所変数のそれぞれについて、各ブレードのトルクを最適化するだろう。0030各タービン位置について作成されるアルゴリズムとデータベースの主要要素は、トルクの発生を最適化するための動作するタービンのブレードの周速比の慎重なモニタリングである。制御アルゴリズムも、弱風時のタービンの起動及び強風時のタービンの停止を行う他のブレード角が、デバイスの構造能力及び政府の安全規制を上回る過大な回転速度を抑えることを可能にする。タービンの修理及び保守の予定にあわせて回転を止めるために、手動のブレーキとロックがあってもよい。0031デバイスは、鉛直ブレードのフェザリング角度を、デバイスのトルクを最適化するアルゴリズムを通じ、所与の風速及びタービンの1分間当たり回転数rpmに合わせ、あらゆる回転角度に制御する。rpmは、最適な周速比TSRを達成し維持するために、独立して最適化される。風速が非常に速い場合、TSRはタービンのRPMを制限するために引き下げ得る。ブレードのフェザリング角度は、タービンのTSRで画定されるタービンの各動作基点について、オープンフレームにぶつかり、これを抜けていく風から最大のトルクを引き出すために最適化される。この制御は、動力の産生を瞬時に最適化し、また回転速度の制御並びにタービンの自動起動を達成するためにも使用できる。ブレードのフェザリング角度の制御も、デバイスが遭遇する大気条件に特有の変動する風速に、タービンが瞬時に適合させることを可能にする。制御システムは、建物の重大な自然振動モードを刺激し共振を起こす動的な力を引き起こすおそれのある回転速度でのデバイスの動作一過性のものを除くも防ぐように設計される。ブレード角度制御I0032ブレード角度制御Iは、鉛直のタービンブレードについて瞬時のブレード角度制御を達成するための好適なアルゴリズムである。ブレードは向かってくる風に対して円運動をするため、ブレードの翼弦線C図10Bに表示が受ける空気の迎角は周期的に変動する。ブレードアームの逆向きの位置に対して反時計回りに方位位置角θを測定すると、時計回りに動くときにブレードが受ける空気の流れの風下の角度βθと同じ方法で測定は、で得られる。上式でTSRは、デバイスより十分上流の風の風速に対するブレードの先端の速度の比である大局的周速比を示す。0033上式で、ωは風力タービンの角速度、Rはその旋回半径、及びU∞は、流速がタービンの存在により著しい影響を受けない、タービンから離れた場所の風速である。例えば風速は、タービンの直径の約1~2個分離れた場所で測定し得る。以下では、で定義する局所周速比Tの概念も使用し、上式で、Uは、ブレードがその瞬間の位置で経験する局所自由流れ速度である。動作中のタービンは周辺の風速を低下させるという事実により、この局所速度はU∞とは異なる。このアルゴリズムを用いた計算では、この風速の低下が、通常、それぞれのブレードの位置の角度によって異なるという事実を考慮する。特に、タービンのブレードは、タービンの風下に向いた半分にあるブレード位置に対応する角度-π/2<θ<π/2のときに、サイクルのうち風上側の半分にあるときの速度に比べ、速度が遅くなる。0034図13Aは、放射状のタービンアームに直角に装着されたブレードが経験する迎角の変動α0θを、風向きに対する回転角θの関数、として示す。α0は、ブレードの受ける気流の相対速度がタービンの回転軸から離れる半径方向外向きを指す成分を有する場合に、正と定義される。0035一般に、風圧板は、失速角αSとして知られる、特定の最大迎角に対してのみ大きな揚力を生むことができる。この角度を越えると流れの分離が起こり、これに揚力の衰退が加わって、抗力が非常に著しく増大する。揚力の生成に使用される風圧板の標準的な失速角は、αS<15°で、図13Aを参照すると、目指す周速比TSR<2.5では、固定の正接ブレードは、風圧板が効率的に作動できる最大迎角を大きく上回る迎角を経験し、こうした風力タービンの風圧板は回転サイクルのうちかなりの部分において失速状態で作動することになる。0036正常の失速していない流れ条件では、揚力と抗力は、風圧板に対する空気の迎角の関数である。揚力と抗力の迎角に関する正確な従属性は、実験的に、又は数値シミュレーションによって決定しなければならず、また風圧板の形状及びレイノルズ数の両方に依存する。これらの関係は、従来、で定義される揚力係数CL及び抗力係数CDに関して表わされており、上式のL及びDはそれぞれ揚力と抗力であり、ρは空気の密度、Sはブレードの平面面積、及びVは動くブレードに対する空気の速度である。タービンアームの放射ベクトルの力のベクトルFのベクトル積を使い、各タービンブレードが生むトルクTを計算することができる。したがってこのトルクは、風速U∞、局所周速比TSR、ブレードの迎角α、及び回転角度θの関数になり、T=TU∞、TSR、α、θを得る。迎角αを慎重に選定しないとこのトルクが負タービンの回転方向と反対になること、及び上述の各パラメータセットについて、ブレードの回転中の各ブレード位置において正の駆動トルクが最大化される最適な迎角があること、に留意することが重要である。0037所与のタービン動作条件風速及び周速比における揚力と抗力の係数であるCLαとCDαが分かっている場合、最適迎角aは、数値最適化によって決定できる。所与の局所周速比TSRについての最適迎角は、タービンの各半サイクル中のブレード位置に関して弱い従属しか示さず、このことは、最適な出力を得るにはタービンブレードを、それに向かってくる流れの速度に対してほぼ絶対定数の迎角になるように制御すべきであることを意味する。この迎角は、±90°のタービンアーム位置において、生じるタービンブレードの揚力ベクトルが後ろの向きであるタービンの風下側を指す成分を有するように符号を変える必要がある。生じるブレード迎角の例を図13Bに示す。図13Bに示す迎角を得るために、タービンブレードはタービンの回転に従って変動する角度でフェザリングする必要がある。図13Bに示す迎角を得るために必要なフェザリング角度を図13Cに示す。図13Cにおいて、フェザリング角度γは、風圧板の先頭の先端がタービンの軸から離れる外向きを指すように、風圧板の回転について正と定義される。0038低い周速比例、TSR<1.5で駆動トルクを最大化するには、迎角の変動を大きくする必要がある。最適な迎角の達成には、±90°のタービンアーム位置において、タービンブレードが突然動くことが要求されることは明らかだが、それには大きな力が必要であり、動きの強制に大きな動力が消費されるため、現実的ではない。本発明者の設計では、この突然の迎角の変化が円滑に行われる。だが、この位置に近いタービンのブレードによって供給されるトルクが常に小さく図13D参照、必要な最適迎角からの偏差はタービンの出力には小さな影響しかないことに留意されたい。0039したがって、タービンブレードのフェザリング角度の調整は次のように実施することができる。-選択されたブレード断面についてのCLα,ReとCDα,Reの関係は、風洞実験による1枚ブレードテストを通じて、又は風圧板を取り巻く気流を管理するナビエストークス方程式の数値解によって決定される。-各ブレードの各位置風の入射方向に対しての理論上の最適フェザリング角度は、デバイスが動作する周速比の範囲について決定される。最適な実用フェザリング角度は理論値に基づくが、全体の出力を最適化し例えば流管近似法を用いたエネルギー抽出により、局所の風の減速、及びブレードのフェザリングで消費しなければならないエネルギーを考慮する、また角のフェザリング力が構造設計及び機構設計に及ぼす影響を最小化するように調整する。このために、タービンが丸1回転したときの出力を、一組の実用フェザリング角度の関数として決定する。この角度のセットは、正味の出力を最大化するように最適化される。-タービンの一実施形態では、各ブレードの少し前方に、瞬間の大気速度と各ブレードの速度を決定できる速度センサを装備する。これは、例えば図1Aと図10に示すように、例えばブレードから突き出した杭162に装着した熱線又はピトープローブ164を用いて行うことができる。-本発明者のタービンの別の実施形態は、例えば図11に示すように、タービンブレードそのものの前後に装着した少なくとも2つの圧力センサ166の組を使用することができる。風圧板の両側に装着した数個の圧力センサからの情報を組み合わせることで、タービンブレードが受ける気流の迎角と速度の両方を決定することができる。先行するブレードのセンサからの情報を用いることで、後続のブレードが対面する風況が予想でき、設計を簡略化し、適切な制御アルゴリズムの成績を向上させることができる。-制御アルゴリズムが導入され、それが上記センサの瞬時読み取りに基づいて、図3に示すものに類似の円滑な関係をつくるために最適なフェザリング角度を決定する。-制御装置は、各タービンブレード上のアクチュエータに適切な信号を送り、ブレードはそれに従ってフェザリング角度を調整する。ブレード角度制御II0040別の実施形態では、図13Cの特定の例が表わす最適なフェザリング角度を、シヌソイド関数によって近似することができる。これは、フェザリング角度がの形の関係に従うことを意味し、上式でγ0はフェザリングの振動振幅であり、φ0は位相シフトである。この実施形態において、パラメータγ0及びφ0は、方程式6で与えられるフェザリング角度を用いてタービンの出力を直接最適化することによって決定される。このために、タービンが丸1回転したときの出力を、例えば流管近似法を用いてγ0及びφ0の関数として決定する。次に、この出力が最大になるようにγ0及びφ0の値を決定する。一般に、これらの最適値は風速と周速比に依存する。このアプローチの利点は、周速比の決定のためのタービン速度のほかに、そのタービンについて1つの代表的な風速と風向の決定のみが必要な点であり、この風速と風向は1つのセンサによって測定できる。その後、ブレードのフェザリング角度の制御は、機械的な手段又は電動式アクチュエータによって実施できる。0041この実施形態では、タービンのブレードのフェザリング角度は次のようにして調整する。-選択されたブレード断面についてのCLα,ReとCDα,Reの関係は、風洞実験による1枚ブレードテストを通じて、又は風圧板を取り巻く気流を管理するナビエストークス方程式の数値解によって決定される。-実験又はシミュレーションのいずれかのデータに基づき、方程式6で与えられるフェザリング角度を用いてタービンの出力を決定する。-値最適化によりγ0の値を決定し、φ0はこの出力が最大になるように決定する。最適パラメータは風速と周速比に依存する。-一実施形態では、瞬時に風の向きと速度を決定する速度センサをタービンに装備する。これにはピトープローブが適するが、風の向きと風速の大きさを決定できる他のセンサを使用してもよい。-制御アルゴリズムが実施され、それが上記センサの瞬時読み取りに基づいて、偏心制御デバイスの振動振幅と位相のための最適なパラメータを決定する。-制御装置は、パラメータγ0及びφ0ブレードの角度を制御するアクチュエータに適切な信号を送る。0042本発明の実施には、上述のものに類似のフェザリング技術、又はこの技術分野ですでに利用可能なその他のフェザリング技術のいずれかが使用できる。測定0043瞬時の気流測定は、図1Aに示すように、杭162上の熱線又はピトープローブ164を、チューブの先端が各ブレードの前方約1ブレードコードの位置になるように設置することによって取得できる。測定された流速と流れの向きからの瞬時流速ベクトルは、既知の従来技術を用いて、各ブレード上の熱線又はピトープローブによって作成されたデータから決定できる。このデータを使い、後述するように、各ブレードについてそのブレードがチューブの先端の位置に達した瞬間のブレード角を、瞬時流速ベクトルに基づいて制御し、ブレードの最適なフェザリング角度を決定し、実施することができる。0044あるいは、圧電性圧力センサ、ピトー静圧センサ、LIDARセンサ又はSODARセンサ166などの圧力センサ166を、各ブレードの前面及び背面に装着することができる。これを図11に示す。各ブレードの各側面に少なくとも1つのセンサがなければならないが、各側面に2個以上のセンサがあることが好ましい。これらの圧力から、従来技術を用いて瞬時流速ベクトルを決定できる。この流速ベクトルは、後続の次のブレードに必要なフェザリングの予想に使用することができる。0045上述の瞬時流速決定技術を下記の流れ図に示す。0046上述のブレード角度制御I技術を下記の流れ図に示す。0047上述のブレード角度制御IIの技術を下記のフローチャートに示す。この技術の実施には、複数個の風向風速検知器をタービンから離間して設置することが必要である。0048図14は、TSRが1.5のときの鉛直ブレード140A~140Eのフェザリング角度の一組を図示する。このように、この図ではD1の方向の水平風が吹いている。ブレード140Aは風向に対して216度フェザリングされ、ブレード140Bは288度フェザリングされ、ブレード140Cは0度フェザリングされ、ブレード140Dは72度フェザリングされ、ブレード140Eは144度フェザリングされる。0049図15Aは、TSRを変更したときのフェザリング角度の変化を図示する。したがって、図15Aは、TSR=1.5のときのブレード140Aの位置を示す。図15Bは、TSR=2.0のときのブレードの位置を示す。図15Cは、TSR=2.5のときのブレードの位置を示す。最後に、図15Dは、TSR=3.0のときのブレードの位置を示す。0084最初に図1及び図2では、下記に詳述する鉛直マスト20に吊り下げられたオープンフレーム構造10を示す。フレーム構造は、環状の下フープ80と、環状の上フープ110と、を含む。下フープ80は、ガイドウェイの周線付近に配置される一連のピア62によって支持されるガイドウェイ60図5の上方に位置する。0085現在のところ好適なものとして、5枚の鉛直ブレード140A~140Eが、下フープ上に支持されるフレーム構造の周線付近に等間隔に離間して置かれて示されているが、このブレードは、最低限3枚の使用でもよい。また、現在のところ好適なものとして、任意の5枚の水平ブレード170A~170Eが上フープ110の内部に放射状に配置されているが、このブレードは、最低限3枚の使用でもよい。また、フレーム構造はDの方向へ反時計回りに回転するように表示されているが、時計回りの方向へ回転させることもできる。鉛直ブレードで囲まれたフレームの内側の領域は、フレームの中央通路12である。0086図3では、鉛直マスト20は固定とされ、マストのベース22に装着される。マストには、保守及び修繕のためのマスト頂部へのアクセス手段として、梯子段31を含んでもよい。マストは、マストの頂部付近から発する適切なマスト支持ケーブル布線で支えられることが好ましい。図3Aに示す通り、このマスト支持ケーブル布線21は、その遠位端が位置23及び位置25でマストに取り付けられ、その近位端は、各ピア上のケーブル取付アイレット24まで延在する。当然ながら、所望ならば、ケーブルの近位端を、他の適切な回転しない構造物に取り付けることができる。このマスト支持ケーブル布線は、マストを鉛直に支え、支持のない長さを減らし、構造要求を軽減する役割を果たす。その結果、構造体全体の重量は低減される。0087マストのベースは適切な設計であればよいが、表示の実施形態では、マストを固定し、装着するための中心部材28を支える平坦な底板26を含む。底板26は、ルーフデッキ、塔又はその他の支持面もしくは支持構造物にベース22を取り付けるための固定具図示せずを受ける穴30も含む。0088マスト20は、本発明の図示された実施形態のタービンとフレーム10の重力荷重を担い、フレームにかかる横力の部分を受けてこれに耐える。マストは適切な長さであればよい。また、マストのベースから上にいくにつれて次第に細くなってもよい。例えば一実施形態では、高さ約60フィート1,828.8cmのフレームに対応し、フレームの底部の下に約20フィート609.6cmの隙間を残すために、マストは約80フィート2,438.4cmの高さにしてよい。隙間は、空気の流れが壁から屋根への遷移点すなわち屋根の縁部を横切ってタービンのオープンフレームの中央へ移動できる間隙を作るために、十分な鉛直高さを備えるべきである。0089図3~図3Bに示す通り、回転するハブ組立体32を鉛直マスト20の頂部に装着する。図3Bの断面図及び図3Cの平面図で最もよくわかるように、ハブ組立体は、マスト20の頂部34の外側にはめ込める寸法の円筒形のハブ筐体33を含む。1つ又は複数のレアアース磁石35を、筐体33の頂部36に装着する。1つ又は複数の類似の磁石37を、マスト頂部のくぼみ38に載置する。磁石35及び37は、同じ極が相互に反対になり、反発して摩擦の少ない磁気浮上ベアリングの効果を生むように配置する。当然ながら、他の種類のベアリングも使用できる。更に、筐体33は、ハブ筐体33の内壁40に取り付けられ、マストの頂部34の外面に沿って動くベアリング束39によって、横力をマスト頂部の中心に保持される上フープからマストに伝える。0090図3Bは、また、ハブ筐体頂部36の外側に等間隔で配置されるそれぞれ別の鉛直ブレード専用の5個のアクチュエータ筐体42のうちの1つを図示する。この筐体はそれぞれ、ベアリング176によって嵌め合わされた孔174内に水平ブレード170A~170Eの1つの近位側旋回ロッド172を支持する。ロッドの外面の直径上反対の位置でロッドに連動する、向き合ったアクチュエータドライバーアーム178及び180は、タービンの出力が最大になるようにブレード角のフェザリングを行うために、アクチュエータ図示せずのアルゴリズム制御動作に対応して上下に移動して、ロッドを回転させる。代替的に、ロッド周辺及びドライバーアーム沿いに噛み合い歯車又は直接駆動方法を提供してもよいことに留意されたい。実際、電動油圧アクチュエータを含む、種々の異なる周知の種類のアクチュエータが使用できる。0091更に、小型発電機43をアクチュエータ筐体内に配置してもよい。発電機43は、マスト頂部34の外面41の回転に連動し、発電機を駆動する回転部材44を含む。この発電機は、アクチュエータに動力を供給するバッテリー45の充電を行う。0092一連の上側取付ブラケット46がハブ筐体の頂部36から放射状に突き出し、同様の数の下側取付ブラケット47がハブ組立体底部に隣接する領域から放射状に突き出す。取付ブラケット46及び47は、上フープケーブル布線50を受けるためのアイレット48を含む。0093図4では、上フープ110はハブ組立体32に固定されている。上フープは、上フープケーブル布線50を受けるためのアイレット56を備える、内側を向いた上下のリップ52と54を含む。したがって、上フープケーブル布線50は、上下のリップ52及び54のアイレットと、ハブ32の上下の取付ブラケット46及び47のアイレット48との間をつなぎ、上フープを二輪のホイールとハブの配置でハブに固定する。0094図5に示すように、ガイドウェイ60が外接する領域内の中心に位置する鉛直マスト20は、タービンの図の円の中心、及び下フープ60がその上に位置するガイドウェイの中心点となる。ガイドウェイを支持するピア62は、ベース68と、ガイドウェイに取り付けられた鉛直上向きのロッド69と、を含む。ピア62は、高層建物のルーフデッキ又はその他の支持面又は構造物図示せず上に置かれ、これに固定される。0095図5Aは、64と表示された逆T型のベースを備え、そのTの長い方の足が鉛直上向きを指し、デバイスの下フープ80の対応する環状くぼみ82で受けられる環状フランジを形成する、通常逆T型のガイドウェイを最もよく示す断面図である。この関係は、反対にガイドウェイ内のくぼみがフープ上の環状フランジを受けるようにしてもよい。0096ポスト66はまた、従来の構造を有し、下記に更に詳細に説明するように使用される1つ又は複数の発電機パッケージ70を支持する。例えば発電機は、約15~200rpmの適切なカットイン速度を備える永久磁石型であってもよい。発電機が作る交流を、従来の整流器、直流ステージ調整及びインバータを使用して適切な電圧と周波数に変換するには、従来のパワーエレクトロニクスを使用してもよい。0097ガイドウェイ60の上方に並列する下フープ80を図5に示す。一方、図5Aは、ガイドウェイが下フープ内部の最終位置にある状態の部分図を示す。このように、下フープ80は、ガイドウェイの中央脚部61の両側に向かい合って装着されたベアリング組立体84を受ける下向きの環状くぼみ82を含む。ベアリング組立体84は、くぼみ82の内壁88と連動するような配置と寸法にする。これにより、下フープの横の動きは摩擦が少なく円滑になるが、横力及びヨーに対抗するために下フープを支えるガイドウェイによって制約され、一方、オープンフレーム構造10の円運動は正常に保たれる。0098また、本実施形態では下フープがガイドウェイ上ではなく、ガイドウェイの上方にあるため、ガイドウェイによって誘導はされるが重力は支持されない。鉛直ブレード及びフレーム構造の多数の構成部品は、屋外の温度変化に伴い、またシステムにかかる他の応力に対応して伸縮するため、この下フープ/ガイドウェイの配置は、フレーム構造の適切な回転を確保しつつ、このような伸縮E/C図5Aを収容する。しかし、本発明のそれほど好適ではない実施形態では、下フープをガイドウェイ上又は代替のフープ制約構造物上に置いてもよい。0099図6では、下記に説明するように、支持ロッド95の取り付け用に、フープの内壁91に沿った一連の等間隔に離間されたアンカーポイント90を含む下フープ80が示される。下フープ80は、また、下記に説明するように、ブレードの旋回ロッドによって伝達される鉛直ブレード140A~140Eの重力荷重を受ける一連の直立ピン93又は代替のくぼみも含む。00100下フープ80は、反時計回りの方向Dへ動くようにガイドウェイ上方に置かれる。下フープ80は、図5Aに示すように近位端を底のフープに固定され、図3Bに示すように遠位端をハブに固定された一連の支持ロッド95によって、ハブ組立体32からメイポール状の構成に吊り下げられる。図6に見られるように、ブレードの旋回の際に干渉する可能性を最小限に抑えるために、支持ロッドは各鉛直ブレードの支持点の反対側に取り付けることが好ましい。00101支持ロッド95は、支持ロッドを取り囲み、好適には支持ロッドの中点98付近に取り付けられた中心支持ケーブル96によって相互接続される。中心支持ケーブルは、タービンのフレーム構造の回転中に受ける遠心力又は外向きの力に耐えるように、相互接続された支持ロッド95の系全体及び上下のフープに関連付けられたケーブル布線を支持する。中心支持ケーブル及び本明細書中で説明するその他の種々のケーブルは、フレーム構造が組み立てられたときに張力を受けられるように、また将来、デバイスの設計基準を満たすための必要に応じた調整が可能なように、ターンバックル図示せずに嵌め合わせることが好ましい。中心支持ケーブルは、ブレード140A~140Eの動き及びフレーム構造を横切る風の流れ、又はフレーム構造内部の風の流れへの干渉を最小限に抑えるために、図の構成の中央の五角形のフープを形成する、ほぼ水平な面に置くことが好ましい。00102図7の下側のX型の支え100は、中心支持ケーブル96を2本の支持ロッド95に取り付けた点から下フープのアンカーポイント90までに張ったケーブル布線によって形成される。X型の支えは、その交点101で固定してもよい。下側のX型の支えは、支持ロッド及び下フープにかかる力を効率的に三方向に分散させ、上フープに取り付けられた上側のX型の支えと共に補助することに役立ち、下フープの上フープ及び中央ハブとの同期の強化、したがって並列を可能にする。00103図8は、上フープ110の底部からロッドの中点98までに張ったケーブル布線を含む上側のX型の支え104を図示する。上側のX型の支えは、下側のX型の支えの下側からつながったチューブを完成させる。00104図9は、タービンブレードを取り外したフレームの組立て完成状態を示す。これは、フレーム10の中心支持構造106である。図6~図8に関して説明し、また同じく図9に示したケーブル布線とロッド支持は、上下のフープを同期して、すなわち並列して動かすのみならず、オープンフレーム構造も極く軽量にする。これが摩擦による抗力を最小限に抑え、自然に発生しほぼ水平の風のフレームを横切る動きに対する障害を大きく低減し、一方で、建物が誘発する鉛直の風が水平に配置されたブレードを通って鉛直に移動できるようにもする。力を効率的に三方向に分散させ、構造体全体の質量を低減する5か所の下側のX型の支えは、5か所の上側のX型の支えと共にチューブ構造上を形成する。それぞれがフープに接続され、チューブをつなぎ合わせて同調的に動かす系として機能する。チューブは中央フープを通してベルト様に機能する中心支持ケーブル96の平面で連結され、遠心力の作用による膨張を低減する。00105図1A~図1Fは、向かい合った磁石35Aと37Aを含む磁気ベアリングを伴う回転する鉛直マスト20Aをオープンフレーム10Aの支持に使用した本発明の代替的実施形態を示す。この実施形態では、上フープ110Aは、通常、上述の図に関連して説明したように、また図1Aに示すように、二輪のハブとスポークの配置130でマストの頂部に装着される。下フープ80Aは、同様に二輪のハブとスポークの配置132で鉛直マスト20Aに取り付けられる。ただし、今度は下フープがフレーム支持部材ガイドウェイ60に相当する構造物がないであるため、一連のローラー83は、フープ80Aの環状の面81の底部の周囲に等間隔に離間して置かれる。図示された実施形態では、底部の環状の面81は、鉛直に対して約45度の角度がつけられ、ローラー83は対応する角度でピア85上に支持される図1B。これは、フレーム10Aが回転する際の配列維持に役立つ。最後に、1つ又は複数の発電機パッケージ70Aは、ローラー83によって駆動されてもよい。00106この代替の実施形態のフレーム10Aの残余の機能は、通常、フレーム10の実施形態に関連して上述したもの、より具体的には図1D及び図1Eに示したものと同様である。00107図10は、下フープの直立ピン93上の鉛直風力エネルギー取得ブレード140A~140Eの位置を図示する。ただし、上述のとおり、ピンの代わりにブレードの旋回ロッドを受けるくぼみを使用してもよい。この図では、見やすくするために上フープ110を除いてある。00108鉛直ブレード140A~140E及び水平ブレード170A~170Eは、ブレードを二等分する翼弦Cについて対称形だが、中核が曲線になった不規則な形態のブレードを使用してもよい。また、ブレード140A~140Eは鉛直又はほぼ鉛直と称されるが、この用語はこれらのブレードが鉛直から±12°すなわち鉛直から内側及び外側の両方に傾いてもよいことを意味し、上下のフープの直径を必要に応じて調整し、先端を切った円錐形、円筒0°のとき及び逆円錐形を形成する。現在のところ、表示のように、鉛直ブレードに6°の角度をつけ、上フープが小さめのものが好ましい。00109各ブレード140A~140Eは、外面142と内面144、並びに前縁146と後縁148及び天縁154と底縁156を有する。ブレードは中空でも充填されていてもよく、またアルミニウム製、炭素繊維製、又はその他の適切な素材製であってもよい。ブレードは、ブレードの内面と外面の間の中心にあり、縦の回転軸150となる旋回ロッド151に固定される。また、本明細書中で周速比又はTSRというとき、先端は回転軸150上の架空の点102図10である又は回転軸に沿って上フープから下フープまでの平均旋回半径をRとする。00110鉛直ブレードは、ブレードを歪めたりたわませたりする変動する遠心力にさらされ、それが反り及びその他の変形をおこし、それがタービンフレームの回転の際にブレードの効率を損なうことがある。ブレードの歪み又はたわみの量は、働いた遠心力及びブレードの長さに依存する。一般的には、鉛直ブレードの構造をより堅固に、したがってより重くすることによって、又はブレードを短くし、したがってタービンの出力を限定することによって、所与の力に対する歪みの度合いを低減することができる。00111しかし、本発明は、鉛直ブレードの歪みを制御する独自の代替アプローチを提供する。これは図10Aに示され、そこでは、一連のボールベアリング190がその直径の内側に回転可能に固定された固い外側リング188を含むベアリングリング182が示される。ベアリングリングはベアリングケーブル192に取り付けられる。図示した実施形態では、ベアリングリング182は旋回ロッド151上の約3分の1及び3分の2の位置に置かれ、好適にはロッド内のスロット194に収まったベアリング190を備える。当然ながら、リング及びベアリングケーブルは、旋回ロッド沿いの他の中間の位置に取り付けてもよい。開口部196をベアリングリングの向かい側に形成し、ケーブル192がロッドから支持ロッド95上の取付位置94まで延在できるようにする。開口部196は、ブレードが旋回ロッドの周囲を回転する際にケーブル192とブレードの内面144の間の干渉を防ぐだけの十分な幅がなければならない。これらのケーブルとその旋回ロッドへの取付ブラケットは、ブレードの歪み又はたわみを大幅に制約する一方、少ない摩擦でブレードの回転を可能にする。00112図10Bは、遠心力を示す。したがって、この図の鉛直ブレード140Aは、実線で1つのフェザリング位置を、また破線で別のフェザリング位置を示す。フレームが回転すると、ブレードはCFの方向への遠心力を受ける。この力に対し、好適には90°の角度でリング182に取り付けられたケーブル198によって、OFの向きへの対抗する力がかかる。00113図11は、上フープ110と下フープ80の両方を設け、鉛直ブレードをその間に取り付けた風力タービンを示す。この図は、本発明のフレーム構造が、風の捕捉を妨げる外側部材の無いフレーム構造の外周上の鉛直ブレードと、細いケーブル及び支持ロッドの支持に依存する鉛直ブレードによる物理的干渉を避けるために外周からオフセットされた内部構造とをどのようにして提示できるかを浮き彫りにし、またしたがってケーブルとロッドの有効直径が小さいために、構造を横切り、又は構造内部を動く風の流れによる最小の干渉を提示することも浮き彫りにする。00114図2に戻ると、上フープ110の内面200とハブ組立体32の外面の間に広がった水平ブレード170A~170Eが示される。水平ブレードは、ブレードの回転軸を画定する近位側旋回ロッド202及び遠位側旋回ロッド204を含む。近位側旋回ロッド202は、図3Bに示し、上述した通り、アクチュエータ筐体42の外壁に回転可能に装着される。遠位側旋回ロッド204は、上フープの内面200上に形成された筐体205から内向きに突き出す。筐体205は、孔を取り巻くベアリング206及びベアリングリング208を備えた遠位側旋回ロッドがそれを通して延在する孔203を含み、それらが総合して、タービンの動作を最大化するために回転する際の水平ブレードの実質的かつ相対的に摩擦の無い回転を確保する。また、図3Cでわかるように、筐体202は旋回ロッド204の遠位端の外側に隙間210を備え、水平ブレード構成部品の伸縮に対応してロッドが放射状に前後に動けるようになっている。00115本発明の一実施形態では、水平ブレードと鉛直ブレードは、ブレードの所在地で測定される、誘発された鉛直風及び自然の鉛直風の風速の変化に基づき、風の捕捉を最大化するために調整された制御されたブレード運動を備えることができる。水平及び鉛直のブレードは、独立して動いてもよい。また、水平ブレードと鉛直ブレードの軸は、一直線から、ブレード間の中間点から均等にオフセットされたものまでのいずれの関係でもよいが、現在のところ、図に示すように均等にオフセットされたブレードが好ましいことにも留意されたい。これがタービンの出力を大幅に改善することが分かっている。00116現在のところ、図5Aのように、回転する風力タービンが1つ又は複数の発電機220を駆動するものが好ましい。この図に示すように、発電機220には、発電機シャフト224上に装着されたほぼ水平に配置されるタイヤ222に嵌め合わされる。このタイヤは、下フープ80の内壁91に向かい合って配置される。発電機は、タイヤの外面とフープの内面との間に摩擦接触を維持するように、バネ荷重式そり228内に装着される。こうして、下フープが回転すると、それがタイヤ222の回転を引き起こし、発電機を駆動し電流を発生させる。下フープの直径とタイヤの直径の自然のギア比は、発電機ローターの回転速度に有益である。バネも、タイヤ交換及びその他の修繕のために着脱可能にする。00117図5Bは、ガイドウェイ60上に装着されたブレーキ機構230を示す。ブレーキ機構には、側面に沿って配置され、ブレーキパッド234を伸縮させるブレーキピストン232を含む。したがって、デバイスを停止し下フープをロックしたい場合例えば、修繕及び保守のために、ピストンを起動し、下フープの環状下向きくぼみ82の内壁88とかみ合って摩擦が起きるまでブレーキパッドを延在させる。ガイドウェイの周線に沿って複数のブレーキを等間隔に配置することが好ましい。これらのブレーキは、適切なTSRを達成するために必要な場合、回転速度を落とすことでブレードのフェザリング制御アルゴリズムのジョブを終了するためにも使用することができる。00118図12Aは、ほぼ鉛直に配置されるブレード及びほぼ水平に配置されるブレードの両方を含む本発明の実施形態に重要と考えられる、高層建物又は塔に誘発された気流の成分の概念図である。したがって、水平の矢印W1は建物の屋根を横切って動く自然の水平風を表し、矢印W2は建物のファサード244にぶつかる自然の水平風を表す。矢印W1とW2は、地面からの距離が増えるにつれて風速が増大することを反映し、地上レベル236から高層建物242の屋根238の手すり壁240のレベルまで長さを増す。00119一次デフレクタ252は、ピア62の支持ロッド69に取り付けられることが好ましい。00120図12Bでは、建物242のエレベータキャップ筐体246の頂部に固定されたマストのベース24を示す。フレーム10は、少なくとも屋根の1つの縁部250Aまで延在するような寸法で配置されることが好ましく、好ましくは少なくとも2つの縁部まで延在しすなわち屋根の角又は矩形の屋根の短辺を横切る、より好ましくは少なくとも3つの縁部まで延在し、最も好ましくは4つの縁部まで延在するすなわち屋根が四角形の場合。これにより、建物によって誘発される風流の捕捉が最大になる。一次デフレクタの角度及び高さは、下記に説明するように、建物が誘発する風W3の部分をオープンフレームの中央通路12の中へ入るように最もよく偏向させるために、具体的な建物の特徴に合わせて選択され、調整される、すなわち調和されることが好ましい。図示した実施形態では、一次デフレクタは屋根面に対して約85度の角度である。好適な実施形態では、二次デフレクタ254も支持ロッド69上に装着される。ブレードによる風の取得を最適化するために風の流れの一部の方向をタービンの中へ向けて変更する際のデフレクタのスポイラー様の作用のため、上下のデフレクタの組合せは、建物の形状、型及び表面の基本構造に依存することから、二次デフレクタは、それぞれの設備にあわせて形と角度を微調整する。00121図5Cは、一次デフレクタ252と二次デフレクタ254を示す。図示した実施形態では、一次デフレクタは平面で二次デフレクタは曲面の外面255を有するが、上述のように、デフレクタの形状、型及び配置は設置場所のパラメータに依存する。しかし、建物が誘発する風の流れを偏向させて、デフレクタ間の間隙Gへ、また中央通路12へ入るようにすることが目的である。00122図12Bでは、図12Cで示したように、オープンフレーム構造の底を通り、中央通路12へ、また水平ブレードへ入る鉛直の風の流れの部分の動きを最適化するように取り付けたときの、オープンフレーム構造10の底256と、屋根238及び一次デフレクタ252との相対的な高さを示す。00123したがって、風の流れW2が図12Cの建物外面にぶつかるとき、加速された上向きの風の流れW3及び建物の各縁部に向かう水平風の分岐を形成する。次に、上向きの風の流れW3は、建物の屋根の構造に影響を受け、建物が誘発する第1の風流W4と建物が誘発する第2の風流W5に分かれるときにさらなる加速をする。00124この図に示すように、風流W4は中央通路12を通って吹き上がり、水平ブレードに当たってその駆動を助け、風流W5は鉛直ブレードに当たってその駆動を助ける。最後に、中央通路12に面するオープンフレーム構造の回転する鉛直ブレードの背面は、ほぼ水平な風の流れを、鉛直ブレードを通過し、主として上向きに動く流れW6に入るように動かして、水平ブレードの駆動を更に助ける。00125こうして、鉛直ブレード140A~140Eにぶつかる水平の風の流れW1図12Aは、オープンフレーム構造の回転を引き起こす。しかし、風の流れW1の一部分は、ブレードの外面を通過してオープンフレーム構造の中央を横切り、対面するブレードの後ろにぶつかって偏向されて中央通路に戻り、また一部分はタービンの風下側に脱出する。この偏向された風のほとんどはフレームの底を通って脱出できないため、通常は上向きに変更され、水平ブレードの駆動を助ける。00126本発明の説明の中でのa、an、theという用語及び類似の用語の使用は、本明細書中に別途指定がある場合及び明らかに文脈と矛盾する場合を除き、単数及び複数の両方を含むと解釈するものとする。本明細書中でのあらゆる例示又は例示を示す用語例えばなどの使用は、単に本発明への注意をより強く喚起するためのものであり、別段の表示がある場合を除き、本発明の範囲を制限するものではない。00127最後に、本発明の好適な実施形態は、現在発明者らが把握している本発明の実施のための最善の態様を含めて本明細書中に説明されている。表示の実施形態はもっぱら例示としてのものであり、本発明の範囲を制限するものと解釈すべきではないことを理解されたい。"