JP2003502562A - エネルギー変換システムおよび関連する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、流体エネルギーと電力との間の双方向変換を行うためのシステムおよび方法に関するものである。ある実施形態においては、空気力学的ロータと発電機回転子とが、回転シャフトを介在させることなく一体的に連結され、空気力学的ロータは、（ａ）適切に選択された態様のフープタイプのロータまたは（ｂ）ファンブレードタイプのロータ、のいずれかとされる。他の実施形態においては、フープ状の空気力学的ロータが、回転シャフトを介して、回転子に対して直結される。本発明の格別の特徴点および本発明の利点の主要な使用分野は、風力エネルギーの電力への変換を行う分野である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、移動流体内のエネルギー（例えば風力や水力といったような運動流
体エネルギー）を電力へと変換するためのまたはその逆に電力を移動流体内のエ
ネルギーへと変換するためのシステムに関するいくつかの態様に関するものであ
る。

【０００２】 本発明の格別の特徴点および本発明の利点の主要な使用分野は、風力エネルギ
ーの電力への変換を行う分野である。したがって、本発明を好適に使用できる分
野がいくつも存在することを認識しつつも、以下においては、本発明を、風力−
電力変換の分野に関して、主に説明する。また、『流体』エネルギーから電力へ
の変換といういささか広い概念についても、以下において要約して説明する。そ
して、本発明によるシステムおよび方法を実施するに対しての好ましい実施態様
（およびその変形例）について、本発明の様々な独自の特徴点が協働して機能す
る風力タービンによる発電を参照して、詳細に説明する。風力タービンによる発
電は、『代替エネルギー』として期待されている。

【０００３】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】

典型的には、空気力学的な風力駆動のロータ動作型の発電システムは、様々な
速度の風力エネルギーを収集して電力へと変換する。その際、発電システムは、
選択された風経路内に配置された空気力学的ロータを介して流体移動エネルギー
を収集し、ロータ（およびその回転）によって抽出され収集された流体移動エネ
ルギーを、発電機内の回転子に対して結合し、これにより、電力への変換を行う
。通常は、空気力学的ロータが通常はプロペラタイプ（ファンブレードタイプと
も称される）のロータとされているそのようなシステムによって生成された電力
出力（典型的には、ＡＣ）は、最終的には、従来型の商業的電力ユーティリティ
グリッドに対して接続される。このことは、ある種の周知の制約を処理するとと
もに、そのようなシステムによって生成され供給された電力が、『電力品質』を
ある種かなり厳しく維持していなければならないことを、要求する。より詳細に
は、そのようなグリッドは、通常、『受領する』電力が、所定ＡＣ電圧であるこ
とまたはそれに非常に近いこと、また、所定の動作周波数（通常は６０Ｈｚ）に
極めて堅固に固定されていること、という『品質的』制約を要求する。

【０００４】 したがって、そのような要求された『グリッド制約』をうまく達成するために
、従来のシステムは、典型的には、ある種の必要とされるレベルの構造的複雑さ
を有していた。このような複雑さは、空気力学的ロータとグリッドとの間に『制
御可能に配置される』。このタイプのシステムにおいて解決すべき優先的課題は
、風の通常流から得られる風力エネルギーが、風速変化のために、予測不能に激
しく不安定であるとともに幅広く変化してしまうということである。解決されな
いままであると、そのような風力エネルギーは、グリッドに対しての供給が許容
されないものとなってしまう。

【０００５】 よって、そのようなシステムの実施に際して多くの従来技術においては、風力
駆動ロータと発電機内の回転子との間における直接駆動型の連結は、行われてい
ない。そうではなく、通常のファン状の空気力学的ロータとグリッドとの間には
、増速用ギヤボックス等が（連結『チェイン』として）介在される。増速用ギヤ
ボックスは、入力部分が空気力学的ロータに対して連結され、出力部分が従来型
発電機（任意のタイプ）の回転子に対して連結される。このギヤボックスは、発
電機の出力動作周波数を、グリッドの動作周波数に対して近づけるよう機能する
。加えて、多くの場合、適切な種類の電力制御インターフェース回路が使用され
ることが普通である。このインターフェース回路は、発電機の出力部分とグリッ
ドの入力構造との間に介在されてこれらを接続する。このインターフェース回路
は、グリッドに適切な電力品質を付与することを補助する。

【０００６】 他のタイプの従来システムにおいては、ある種の例において、通常のファン状
空気力学的ロータと発電機内の回転子との間を直接駆動型連結とすることによっ
て利点や効率が得られることが認識されている。この場合においても、発電機の
出力部分が、上記のタイプの電力制御インターフェース回路を介してグリッドに
対して接続されることが普通である。

【０００７】 これら２種類の従来型のシステムにおいては、プロペラタイプの空気力学的ロ
ータによる風力エネルギーの通常の変化、および、そのようなロータに連結され
た比較的小径のシャフトを介しての風力エネルギーの供給が、非効率さとその結
果としての風力損失とをもたらす。これら非効率さと風力損失とを解決する必要
がある。そのような非効率さと風力損失との原因は、様々であるが、主要な要因
は、シャフトベアリング損失とギヤボックス損失とである。

【０００８】 このような従来技術の構成において、本発明は、新規なかつかなり改良された
直接駆動タイプの電力変換（変換）システムおよびそれに関連する方法を提供す
る。本発明は、従来システムに対して多数の改良点をもたらす。これら重要な改
良点としては、特に、（１）動作効率、（２）製造の単純さ、（３）流体速度（
風速）の通常の（場合によっては極端な）擾乱に基づくシステムの脆弱さの軽減
、が挙げられる。

【０００９】 流体エネルギーから電力への変換という範疇において、本発明は、（ａ）ファ
ン状空気力学的ロータおよび（ｂ）フープ形状のまたはかご型（回転スプール状
）の空気力学的ロータ（およびロータ部分）および（ｃ）かご型特性とファン状
特性との双方を有した、（ａ）と（ｂ）との様々な組合せに対して、特に重要な
応用を有している。これら概略３種のロータは、本発明の技術的範囲の理解をよ
り明瞭とするために、ここでは流体流によって駆動される流体フォイル構造とも
称される。『かご型』という用語は、当該技術分野においては周知である。『ロ
ータ』という用語は、流体応答アセンブリや、流体フォイル構造や、空力フォイ
ルアセンブリ（およびスプール）や、流体によって駆動されるローラとフォイル
とのアセンブリや、回転構造のうちの風力応答部分や、風力応答ユニットや、風
力応答設備、といったような様々なものを意味している。そのようなロータにつ
いては、詳細に後述する。以下の説明から明瞭なように、様々な従来型ロータで
あっても使用することができる。

【００１０】 重要なことに、本発明においては、逆変換における応用も想定している。つま
り、電力を、例えばファンやポンプや空気推力エンジン等といったものに関して
使用される流体エネルギーへと変換するためのシステムおよび方法の応用も想定
している。

【００１１】 したがって、従来技術の説明に戻れば、従来技術においては、例えば流体内に
存在するエネルギー（そのようなシステムの運動エネルギー側）を電力（そのよ
うなシステムの電力側）へと変換する（逆変換を想定したときには逆向き）とい
ったような様々なエネルギー変換システムが公知である。そのようなシステムの
例について、特に風力をベースとしたシステムの例については、上述した通りで
ある。当然のことながら、例えば水力といったような他のタイプの流体を使用し
た類似のシステムが公知である。

【００１２】 いささか上述したように、究極の目標、すなわち、改良された流体電力変換シ
ステムにおける目標としては、特に、（１）電力効率という観点において、効率
の向上、および、（２）構成の最大限の単純さの達成、および、（３）システム
構成材料のコストや建造コストや設備維持コストを最小限に維持すること、が挙
げられる。例えば風力の場合には通常的に存在するような変動する流速からの電
力の偏差に関して努力を要するエネルギー変換システムにおいては、他の重要な
目的は、確かに、流速の劇的な変動および常に存在する小さな変動を（『平坦化
』することによって）許容する機構を、開発して（商業的要求を満たすようにし
て）獲得することである。このような問題点を本発明がいかにして克服している
かについては、すぐに理解されるであろう。

【００１３】 何年にもわたって使用されてきた風力タービンシステムについてさらに詳細に
説明すれば、それらシステムの構成や性能上の制限が、より広範な使用を妨げて
いたことがわかるであろう。図１は、典型的な風力タービンタイプのエネルギー
変換システム（２０）を概略的に示している。このシステムにおいては、典型的
なファンタイプのロータ（２２）（図１においては単純な矩形によって示されて
いる）が、ベアリングによって支持された回転シャフト（２４）を介して、増速
用ギヤボックス（２６）の入力部分に対して、接続されている。ロータ（２２）
は、典型的には、約２０〜約３００ｒｐｍという範囲の回転速度でもって動作す
る。ギヤボックス（２６）は、シャフト（２４）の回転速度を、『出力』シャフ
ト（２８）における比較的高速の回転速度へと、変換する。『出力』シャフト（
２８）は、従来型発電機（３０）内の回転子に対して連結されている。（破線に
よって図示していることによって示唆されているように）時として、パワーエレ
クトロニクス制御インターフェース回路（３２）が使用されて、発電機が制御さ
れ（例えば、ロータ速度およびシャフトトルク）、また、発電機による変動電圧
かつ変動周波数の電力が、標準的に使用される電圧および周波数（グリッドに関
する制約に関して上述した）へと変換される。従来のユーティリティグリッド（
３４）が、発電機や制御インターフェース回路からの出力電圧を受領する。

【００１４】 上述したように、ロータ（２２）は、通常は、例えば図２および図３に示すロ
ータ（４０）といったようなプロペラタイプのロータである。このロータにおい
ては、複数のブレード（４２）が、中央ハブ（４４）から径方向外側に延出され
ているとともに、中央ハブ（４４）を駆動可能に中央ハブに対して連結されてい
る。ハブ（４４）は、比較的小径のシャフト（４６）の一端に対して連結されて
いる。シャフト（４６）は、例えばベアリング（４８）といったようなベアリン
グによって支持されていて、ブレードに入射する自然的な入射風（Ｗ）に応答し
て、ハブ（４４）およびブレード（４２）と共に回転する。図３は、ロータ（４
）の正面図を示しており、このロータは、紙面に対する直交方向から紙面に向け
て吹き付ける風を最適に受領する。

【００１５】 やや過去においては、他のタイプの空気力学的ロータが使用されていた。例え
ば、他のタイプのロータは、全体的に円筒形の『かご型』または『フープタイプ
』のロータであり、例えば、米国特許明細書第４，７８１，５２３号、米国特許
明細書第５，４２５，６１９号、米国特許明細書第５，６３２，５９９号、およ
び、米国特許明細書第５，７４３，７１２号に開示されている。これら特許文献
は、参考のためここに組み込まれる。かご型ロータは、今までに直接駆動型発電
機に対して直接的に連結されたことがないものであって、典型的には、フープ形
状のリング構造（フープ部材）を使用している。このフープ形状リング構造は、
風の移動方向（通常は、下に位置する『地面』に対して全体的に平行である）に
対して全体的に平行とされた水平方向中心軸回りに回転する。このようなリング
構造は、典型的には、周縁において周方向に全体的に円筒形に配置された長尺空
力フォイルを有している。これらフォイルは、リング構造全体の内部から径方向
外方に向けて空気流を導く。これにより、中心軸回りにおける構造全体の回転が
引き起こされることとなる。上記空力フォイルは、典型的には、長軸を回転中心
軸に対して実質的に平行とした状態で、配置される。かご型ロータは、バックパ
ネル構造と称される構造を、多くの場合、必要とする。バックパネル構造とは、
接近しつつある風を、周縁空力フォイルどうしの間に形成された通常は必要とさ
れる空気流通スペースを通過させるように導くように機能する構造のことである
。このような『バックパネル』付きかご型ロータに関する潜在的な問題点は、バ
ックパネル構造および／またはその下の接地支持構造に対して『過度の力』をも
たらす（すなわち、側方において過負荷となる）レベルにまで風速が跳ね上がっ
た状況において露呈されることとなる。そのような場合には、かご型システム（
ロータ構造、支持構造、等）の破壊を招きかねない。

【００１６】 このタイプの様々な従来型エネルギー変換システムにおいて『早急に改良しな
ければならない』他の問題点は、実際、風によって決定される空気力学的ロータ
の動作回転速度を、発電機内の回転子の最適回転速度に対して、適切に『適合』
させることである。通常、そのような適合のためには、空気力学的ロータと発電
機回転子との間において機械的『増速機』を使用する必要がある。

【００１７】 風力タービンにおいて典型的に使用される増速機には、ギヤボックス伝達タイ
プとベルト−プーリタイプとの２つのタイプがある。上記速度適合を少し補強す
るためには、空気力学的ロータの最適効率動作速度と発電機回転子の最適効率動
作速度との間の不適合のために、増速機が必要とされる。大部分の空気力学的ロ
ータの最大効率変換速度（すなわち、風から回転への変換）は、例えばかご型誘
導発電機または同期発電機（４極型または６極型）といったような標準的な産業
用電気機械の最適効率回転速度よりも、ずっと遅い。これら電気機械は、比較的
高速の低トルク動作であるように構成されている。例えば、標準的な４極型の誘
導式または同期式発電機においては、１８００ｒｐｍという公称回転子回転速度
でもって６０Ｈｚの電力を生成する。これに対し、空気内において動作する空気
力学的ロータの性能エネルギーレベルおよびサイズに依存して、空気力学的ロー
タは、約２０〜約３００ｒｐｍという範囲の典型的な動作回転速度を有すること
ができる。風速状況に応じて、２０ｒｐｍという速度を、約６００ｋＷ〜約１５
００ｋＷという機械的回転シャフトエネルギーを供給し得るよう構成された空気
力学的ロータに対して適用することができる。同様に、３００ｒｐｍという速度
を、約２ｋＷ〜約１０ｋＷという機械的回転シャフトエネルギーを供給し得るよ
う構成されたずっと小さな空気力学的ロータに対して適用することができる。増
速機の使用は、（ａ）システム内において必要とされる部材の数、（ｂ）製造コ
スト、（ｃ）構成の複雑さ、（ｄ）定期的メンテナンスの頻繁さおよびそれに関
連するコスト、（ｅ）機械的トラブルの潜在的可能性、をかなり増大させてしま
う。増速機の使用は、また、エネルギー変換効率の低下にもつながる。

【００１８】 プロペラタイプのロータを使用する風力タービンは、空気力学的ロータと発電
機との間においてシャフト回転速度を伝達するに際して増速機を使用しないよう
に、構成されてきた。そのようなシステムは、『直接駆動型』風力タービンと称
される。例えば、図４に示すように、他の従来型エネルギー変換システム（７０
）においては、プロペラタイプの空気力学的ロータ（７２）を使用する。このロ
ータ（７２）は、回転シャフト（７４）を介して、直接駆動型発電機（７６）の
回転子に対して、連結されている。シャフト（７４）は、ロータ（７２）と共に
回転する。シャフト（７４）は、適切に配置されたベアリング（図示せず）によ
って支持されている。エネルギー変換システム（７０）は、大まかには、可変速
度構成として分類することができる。この構成においては、適切な従来型のパワ
ーエレクトロニクス制御インターフェース回路（７８）を使用して、発電機の『
発電動作』（上述したような速度やトルク）を制御するとともに、その制御の一
部として、発電機の変動電圧および変動周波数を、標準的なユーティリティグリ
ッドにおける電圧および周波数へと変換する。

【００１９】 例えば図４に示されたシステム（７０）といったような従来の風力タービンシ
ステムに関する１つの重要な問題点は、通常のファン状空気力学的ロータからの
すべての回転エネルギーが、例えばシャフト（７４）といったようなシャフトを
介して、関連する発電機回転子にまで伝達されることである。よって、この種の
『エネルギー伝達』構成の当然の帰結として、そのようなシャフトは、変動する
曲げモーメントを受ける。このような曲げモーメントは、疲労を増大させ、機械
的トラブルの可能性を増大させる。また、周期的な負荷変動が出力エネルギーを
減少させ、その結果、伝達不可能な出力エネルギーを生成する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】

よって、本発明の重要な目的は、流体エネルギーと電力との可逆変換可能な（
潜在的に双方向性の）、独自のかつ単純なかつ容易に製造可能なかつ有効に動作
可能なエネルギー変換システム（および関連する方法）を提供することである。
本発明によるシステムは、また、風力エネルギーによって駆動される発電システ
ムとも称され、加えて、流体運動エネルギーを電力へと変換するためのシステム
とも称される。

【００２１】 以下においてより明瞭に説明されるように、風力エネルギー−電力変換に関す
る本発明によるいくつかの実施形態が、提案され例示され説明される。これら実
施形態の各々は、直接駆動システムおよび関連する方法を特徴とするものであり
、流体エネルギー獲得用空気力学的ロータと発電機の電磁気的回転子との間の直
接連結の存在をベースとしている。このような発電機回転子は、機械的回転応答
部材とも称される。発電機において関連して必要とされる固定子は、回転磁気エ
ネルギー応答部材とも称される。総合して、これら２つの部材（回転子および固
定子）は、電力生成アセンブリと称され、また、電磁気的（あるいは電気的）生
成アセンブリと称され、また、直接駆動型発電機（あるいは、その発電部分）と
称される。本発明のある種の特定の実施形態においては、使用される発電機は、
全体的に円筒形状とされ、回転子と固定子との一方が、他方に対して機能的に入
れ子式に配置される。他の実施形態においては、発電機は、全体的にパンケーキ
形状とされ、回転子と固定子とは、それぞれが薄い環状ディスクとされ軸方向に
並置されるようにして機能的に対向配置される。

【００２２】 本発明によるシステムの各実施形態は、また、電子インターフェース回路（あ
るいは、パワーエレクトロニクス制御構造）を特徴としている。このインターフ
ェース回路（『本質的』にＡＣともＤＣともすることができる）は、発電機に対
して接続される入力側と、従来の商業的電力グリッドに対して接続することがで
きる最終的電気出力に対して接続される出力側と、を備えている。

【００２３】 最も好ましい実施形態においては、フープ状の空気力学的ロータが、回転シャ
フトを介在させることなく、発電機回転子に対して直結される。空気力学的ロー
タと発電機回転子とは、一体的回転構造を形成し、バレル形状のエネルギー変換
デバイスを形成する。

【００２４】 他の実施形態においては、ファンタイプの空気力学的ロータが、回転シャフト
を介在させることなく、発電機回転子に対して直結される。

【００２５】 第３実施形態においては、エネルギー伝達用回転シャフトを使用することなく
、フープ状の空気力学的ロータが発電機回転子に対して直結される。

【００２６】 さらに他の実施形態においては、ファン状の特性とフープ状の特性との双方を
有したハイブリッドタイプの空気力学的ロータが使用される。

【００２７】 本発明によるそのような各実施形態においては、従来技術による公知システム
に関して上述したのと同様の利点がもたらされる。最大の利点をもたらすものと
考えられる実施形態であって好ましい実施形態と称される実施形態は、『フープ
状ロータ』を使用しかつ『回転シャフトを使用していない』実施形態である。

【００２８】 したがって、一方向性のエネルギー変換という観点からは、本発明の１つの特
定の目的は、変動する風力エネルギーを効果的に電力へと特にグリッド品質の電
力（すなわち、規格化され制御された電力）へと変換するよう機能する新規なシ
ステムを提供することである。

【００２９】 本発明の他の目的は、空気力学的ロータから発電機へとトルクおよびエネルギ
ーを伝達させるための増速機を必要としない風力タービンシステムを提供するこ
とである。すなわち、直接駆動タイプ（直結タイプ）のシステムを提供すること
である。

【００３０】 それに関連した他の目的は、上記タイプのシステムであって、空間の軸方向に
長尺の環状中空円筒形領域として実現される好ましい実施形態によるシステムに
よって流体エネルギーを抽出して獲得し、回転磁気エネルギーの中空環状円筒形
領域と称されるものによって環状中空円筒形空間内の機械的回転を、発電機の回
転子に対して直接的に伝達するようなシステムを提供することである。より詳細
には、（ａ）（風力エネルギーを収集する）回転構造の空力部分内の周縁リム構
造と（ｂ）（発電機の固定子と協働して動作する）回転構造の一部における周縁
リム構造とを周縁においてリムとリムとを直結することにより、従来技術におけ
る構造において実質的に周期的な疲労やエネルギー消費トルクをもたらす原因と
なっていた小径の回転シャフトを一切介在させることなく、２つのリム構造間に
おいてすべての回転エネルギーを有効に伝達することができる。上述したように
、この『リムとリムとの直結』を使用した好ましいシステム構成においては、フ
ープ状またはかご型タイプの空気力学的ロータを使用し、この空気力学的ロータ
を発電機回転子に対して直結する。このような空気力学的ロータは、複数の空力
ベーンすなわち複数の空力フォイル（表面構造）を有した周縁空力フォイル構造
を備えている。空力フォイルどうしは、風を径方向に通過させ得るよう周方向に
互いに離間されている。空気力学的ロータと発電機回転子との好ましい一体構成
は、長尺のものとされ、また、共通の長尺回転軸（一致した軸）を有している。

【００３１】 この点に関する重要な補助的コメントを述べるならば、この特定の『好ましい
実施形態』の詳細を記憶に留めつつも（円筒形が参照されていることと比較して
）、本発明が様々な特徴点に関するより広い意味での独自の観点を提供すること
を認識することは重要である。より詳細には、エネルギー獲得やエネルギー搬送
やエネルギー伝達という作用に関して、『円筒形』という用語（本明細書のあち
こちで使用されている）の代わりに、『回転表面』という用語を単に使用した（
思考の観点において）場合、この『足跡』を一般的意味において理解するであろ
う。好ましい構成をなす円筒形は、例えば円錐形や凸状湾曲や凹状湾曲等といっ
たような他の構成よりも、快適さをもたらし、望ましく適切である。

【００３２】 空気力学的ロータと発電機回転子との間における、回転シャフトのない駆動連
結によってもたらされる（本発明にある種の変形例における）利点に加えて、ま
た、このような利点とは別に、本発明によるシステムおよび方法のある種の他の
実施におけるさらなる重要な貢献は、回転駆動シャフトが使用されているかどう
かに関係なく、フープタイプの空気力学的ロータと発電機回転子との直結である
。そのようなフープタイプのロータと発電機回転子との直接駆動型組合せは、回
転シャフトが介在したにしても、従来技術よりも有利であって望ましいものであ
ることがわかっている。

【００３３】 本発明が提案する複数の構成の中のある種の構成における本発明のさらに他の
重要な目的は、固定された静止シャフトを使用することであり、この固定シャフ
ト上に、支持ベアリング構造（軸受機構）を介して空気力学的ロータを支持する
ことである。この構成は、回転シャフトを使用する場合には常に不可避的に発生
する変動曲げモーメントを、実質的に除去できる程度にまで最小化する。

【００３４】 さらなる目的は、変動する風速に適合し得るとともに、過度に大きな風に対し
ての損傷リスクを最小化し得るような、風力タービン構成を提供することである
。

【００３５】 本発明の最も好ましい実施形態における様々な特徴点および目的を指摘するな
らば、従来の関連エネルギー変換システムおよび方法に対する実質的な改良点を
もたらす本発明の基礎およびキーをなす特徴点を要約すれば、本発明の最も好ま
しい実施形態においては、本発明によるシステムおよび関連する方法は、フープ
タイプの回転空力フォイルと発電機回転子との間における、回転シャフトを介在
させることのない、直接的連結を優先的に行う。このシステムの動作時には、空
気力学的ロータと回転子とは、回転シャフトのない一体連結構成として、全体的
に円筒形の軌跡と称される経路または領域内において、互いに一緒に回転する。

【００３６】 より一般的に、本発明におけるエネルギー取扱い特性について概観するならば
、そして、現在の主要な応用分野における構成において概観するならば、すなわ
ち、風力エネルギーから電力への変換という応用分野における構成において概観
するならば、本発明においては、（ａ）システムの運動エネルギーサイドにおい
て、流入する風の所定横断面積内に存在する流体伝達エネルギーを『収集』する
ことと（ｂ）回転構造の周縁において流体からそのようなエネルギーを抽出する
こととを実質的に行う空気力学的ロータを使用する。この空気力学的ロータは、
獲得し抽出したエネルギーを、機械的回転（あるいは、機械的回転エネルギー）
という形態で、中空周縁においてリムとリムとの回転環状直結が行われている発
電機回転子の周縁へと、直接的に伝達する。システムの電力サイドにおいては、
発電機が、そのような回転エネルギーを電力へと変換する。

【００３７】 このようなエネルギー取扱いプロトコルおよび変換プロトコルは、本発明にお
ける、例示する３つの基本的一般的具現化のうちの２つを正確に反映している。

【００３８】 本発明の第３の一般的具現化においては、エネルギー伝達用回転シャフトが、
『伝達』機構として使用され、この場合においても、エネルギー獲得およびエネ
ルギー抽出は、本発明に基づき、実質的に全く同じ『回転環状領域』において行
われる。

【００３９】 本発明による、発電機に対してのエネルギー伝達機構として回転シャフトを使
用することを不要とした実施形態においては、回転シャフトを不要としたことに
より、（ａ）従来システムに関する複雑さや製造コストと比較して、本発明によ
るシステムでは構造が単純であって製造コストが抑えられるだけでなく、（ｂ）
従来技術においてはエネルギー伝達環境において中間構造を使用していたことに
よりこれに付随してエネルギー伝達プロセス時にエネルギー損失や疲労や周期的
な曲げモーメントやトルクが発生していたことと比較して、本発明によるシステ
ムでは『エネルギー伝達環境』からそのような中間構造を除去することができて
これに付随する問題点を回避することができる。そのような従来的な周期的負荷
は、本来ならば伝達することができた全利用可能エネルギーのうちにいくらかの
量を消費するとともに、さらに、システムの回転機械要素の有効動作寿命を短縮
してしまう。したがって、従来技術におけるそのようなエネルギー伝達構造を不
要としたことにより、流体エネルギー環境と電力環境との間のエネルギー伝達効
率が、格段に改良される。このことは、また、システムの動作寿命を延ばすこと
につながる。

【００４０】 上述したように、重要な利点および効率は、回転シャフトを介して空気力学的
ロータと回転子との連結が行われているかどうかにかかわらず、フープタイプの
空気力学的ロータと発電機回転子との直接的エネルギー伝達が行われている本発
明の他の形態においても得られることに注意されたい。

【００４１】 発電機電気出力側をなすものと適切なパワーエレクトロニクス制御構造の入力
側とを接続することにより、そのような制御構造（本発明の構成要素の一部とし
て寄与する）は、この制御構造がなければ（例えば風力といったような流体エネ
ルギーが時間的に激しく変動してしまうことにより）発生してしまうグリッド側
でのシステム変動を防止し得るよう、容易にかつ効果的に（制御構造の出力側に
おいて）動作することができる。回転シャフトを備えたエネルギー伝達環境を排
除すること（本発明において行われる一般的特徴点）の追加的な重要な利点は、
システムの回転要素を支持するための構造（長尺シャフト状のものとして、固定
シャフトとすることができる）が、回転に起因する変動や疲労や変動曲げモーメ
ントを一切受けないことである。

【００４２】 本発明による、カップ形状の装置と称される最も好ましいシステムにおいては
、内部で回転する構造（例えば、風力を受けて回転する）は、（システムの空気
力学的サイドにおいて）長尺の回転カップ状壁構造を有するものとすることがで
きる。このカップ状壁構造は、（ａ）システムの風受け前方端部において、全体
的に開放端面をなす空力フォイルロータ壁部分と、（ｂ）システム内において使
用されている発電機の一部をなす発電機回転子壁部分と、を備えている。発電機
の固定子は、発電機回転子壁部分に隣接して動作可能に配置され（発電機回転子
壁部分の内方にまたは隣接してまたは外側を囲むように配置され）、端部壁から
なる固定子構造と称すこともできる。システムの回転要素は、共通の長さ方向回
転軸上においてこの軸回りに回転する。この軸は、通常、本発明による構造物が
設置される地面に対して実質的に平行なものとされる。

【００４３】 そのようなシステムにおいては、システムの回転部分の、風受け端面とは反対
側の端面は、風を通過させないよう通常は実質的に閉塞されている。この『閉塞
』構造は、好ましくは、可変構成の連続的に調節可能なバックドア構造とか、風
障壁構造とか、バックドアアセンブリとか、と称される機構を備えている。シス
テムのこの機構は、選択的に開閉可能な開口を有するとともに開閉可能なドアま
たはドア拡張体の形態とされた位置可変ドア構造を備えている。開口の開閉は、
典型的には、風圧の作用によって直接的に調節される。このような機構を使用す
ることにより、利用可能な風力を最大限にシステムが獲得することを可能とする
とともに風圧が強すぎる状況で起こり得る損傷をうまく防止できるような動作特
性をもたらすことができる。特に、このバックドア構造は、風速が過度に大きい
状況下においては適切に開放され、これにより、流入風のいくらかの量を、シス
テムからうまく逃がすことができ、システムの損傷を防止することができる。様
々な特定のバックドア構成については、後述する。

【００４４】 本発明における１つの大いに興味深い変形は、ロータの回転軸に対して傾斜し
た角度でもって配置され風受け角度『平面』を効果的に位置させるような位置調
節可能な流体フォイルを有した流体ロータを備える構成である。このようなフォ
イルは、ロータの回転をもたらすよう流体エネルギーを獲得するためと、これと
同時に、一種のバックパネル構成やバックドア構成として機能するためと、の双
方の意味合いで使用することができる。このようなフォイルによってなされる選
択的な（好ましくは、連続的に調節可能な）姿勢調節は、同時に、ロータによる
流入風力エネルギーの抽出割合を制御することができる（逆に言えば、バイパス
割合を制御することができる）。このような姿勢制御は、流入風圧の変動に応答
して自動的に行うことも、また、操作者の意志に応じて『手動で』行うことも、
できる。

【００４５】 この種の実施形態における『閉塞』は、フォイル位置調節性が省略されたとき
のものである。

【００４６】 本発明におけるこれら２つの変形例は、円錐形や凸状湾曲や凹状湾曲等といっ
たような上記構成上『見地』を有した流体ロータの使用に特に適合したものであ
る。

【００４７】 特に強調すべき他の非常に重要な概念は、本発明が、流体エネルギーから電力
への変換するための構造に対して衝撃的な新鮮さを付与したことである。それは
、単一の外観的印象と技術的等価性をもって、（本発明のいくつかの重要な変形
において）すべての必要な回転要素を、回転シャフトの影響を受けることなく、
これら回転要素がなす全体的組合せアセンブリよりも完全に軸方向に『離れた』
ところにおいて直接的に支持連結することにより、支持する能力を導入すること
によって行われる。後述するように、軸方向に比較的非常に薄い発電機をなす全
体的アセンブリの使用と（重要な構成上の前進と共に）付加的に組み合わせるこ
とにより、このような組合せは、当業者であれば容易に認識されるように、工業
的単純さをもたらすとともに、（すべての場合ではないものの、多くの場合）回
転連結シャフトを不要とし、地面上におけるシステムの回転『流体応答』部分の
支持に必要な構成要素を、構造を最小化できるレベルにまで、低減することがで
きる。ある種の例においては、上述の制御インターフェース回路と全体的に同様
の制御インターフェース回路を形成する様々な電気回路要素を、発電機の構造内
に直接的に組み込むことができる。この構造的可能性は、システムのコンパクト
さをさらに増強する。

【００４８】

【発明の実施の形態】

本発明による他の重要な特徴点および利点は、添付図面を参照しつつ以下の説
明を読むことにより、明瞭となるであろう。

【００４９】 予備的な開示として、当業者が本発明の製造と使用とを理解可能とするために
は、本発明のシステムの構成およびいくつかの構成要素をさほど詳細に説明する
必要はない。それよりも、本発明によるシステムの構成は、単純な適切なアセン
ブリを備えることができ、また、個々には従来的な複数の部材を協働的に一体化
することができる。その場合、各部材は、周知の方法により様々な態様とするこ
とができる。したがって、本発明の独自特徴点を形成しない部材の詳細について
は、説明を省略する。

【００５０】 添付図面を参照すれば、まず最初に、図５Ａには、本発明により提案される構
造の互いに異なる３つの態様（実施形態）が、縦に並んで示されている。

【００５１】 図５Ａにおける上段には、そのような実施形態が、符号（５０）によって示さ
れている。この実施形態は、ロータ−発電機の一体型システムを備えている。一
体型システムは、フープタイプの空気力学的ロータ（５２）の周縁部に対して発
電機（５５）の回転子（５４）が連結されて形成されている。ロータ（５２）と
回転子（５４）とは、機械的には互いに一体物として作用し、固定シャフト（５
６）上ににおいて適切に共通して軸受けされている（図示しないベアリングによ
って）。これにより、これらロータ（５２）と回転子（５４）とは、共有してい
る長さ方向対称軸回りに回転可能とされている。共有している長さ方向対称軸は
、システムの回転軸（５７）と共通しているすなわち一致している。ロータ（５
２）と回転子（５４）とは、軸（５７）に沿って図５Ａにおける左側から見たと
きには、全体的に円形／環状の外観を有している。

【００５２】 シャフト（５６）上には、発電機（５５）のフープ形状固定子（５８）が、適
切に固定されている。固定子（５８）は、（軸（５７）に沿って見たときには）
ほぼ円筒形状であり、回転子（５４）の右側へと軸方向内方に延在している。シ
ャフト（５６）は、ロータ（５２）のこの図における左側面が、この図において
は左側から右側へと吹くものとされている風（Ｗ）に直面し得るようにして、近
くの地面上に適切に支持されている。

【００５３】 図５Ａの上段には、本発明の最も好ましい形態をなす実施形態が示されている
。この実施形態においては、フープタイプの空気力学的ロータが、回転子（５４
）に対して、全体的に環状の周縁部においてリムとリムとを結合（直結）させる
ようにして、連結されている。この場合、ロータ（５２）と回転子（５４）との
間においては、連結用回転シャフトを一切使用することなく、エネルギー伝達が
行われる。ロータ（５２）と回転子（５４）とは、ここでは、一体的にスプール
を形成し、ロータ（５２）と回転子（５４）との各々が、そのスプールの周縁部
を効果的に形成する。このスプールの、図において左側に位置する風受け端面は
、以降においては、開放端面と称される。

【００５４】 図５Ａの中段には、本発明の他の実施形態に基づいて構成されたロータ−発電
機一体型システム（６０）の一部が示されている。この実施形態においては、プ
ロペラタイプまたはファンタイプの空気力学的ロータ（６１）が、使用されてい
る。この空気力学的ロータ（６１）は、径方向に延在する複数のブレード（６１
ａ）を有している。これらブレード（６１ａ）は、外側端近傍において任意の適
切な態様でもって、回転子（６２）の左側周縁部に対して固定されている。回転
子（６２）は、発電機（６３）の一部を構成している。ロータ（６１）と回転子
（６２）とは、軸（６４）回りに回転可能であるようにして、図示しないベアリ
ングを介して、固定シャフト（６５）上に適切に軸受けされている。シャフト（
６５）は、シャフト（６５）が回転しないものであるという点においてまた上段
の図示の場合と同様にこの図における左側から右側へと吹くものとされている風
（Ｗ）に対してブレードおよびロータ（６１）が直面し得るようにして（上述と
同じ）近くの地面上に適切に支持されているという点において、上記シャフト（
５６）と非常に類似したものである。固定子（６６）も、また、発電機（６３）
の一部を構成している。固定子（６６）は、ほぼフープ状の構成のものであり、
図に示すように、回転子（６２）の右側から回転子（６２）内へと軸方向に延在
している。

【００５５】 図５Ａの下段には、本発明によるシステムの第３実施形態の一部が示されてい
る。この実施形態においては、フープ形状の空気力学的ロータ（６７）が使用さ
れており、この空気力学的ロータ（６７）は、回転シャフト（６８）に対して固
定されている。シャフト（６８）は、適切な地上支持構造（上述）上において、
適切なベアリング（図示せず）を介して、回転可能に支持されている。この地上
支持構造は、上記ロータ（５２，６１）に関して上述したのと全く同様に、接近
しつつある風（Ｗ）に対してロータ（６７）を直面させるようにして、図示され
ている構成要素を支持している。

【００５６】 シャフト（６８）に対しては、このシャフトと共に回転可能に、フープ形状の
回転子（６９ａ）が固定されている。回転子（６９ａ）は、発電機（６９）の一
部を構成している。発電機（６９）は、また、固定子（６９ｂ）を有している。
固定子（６９ｂ）は、回転不可能であるようにして、地面に対して適切に固定さ
れている。固定子（６９ｂ）は、（図５Ａの下段の図に示すように）回転子（６
９ａ）の右側から軸方向内方へと延在している。

【００５７】 本発明の実施形態をなす図５Ａの上段および中段の場合には、回転シャフトが
使用されておらず、回転機械的エネルギーとして捉えることができる機械的エネ
ルギーは、それぞれの空気力学的ロータとそれぞれの発電機回転子との間におい
て、環状周縁部におけるリムとリムとの結合と称される態様でもって、結合され
る（受け渡しされる、伝達される）。このような一体的に組み合わされたロータ
と回転子とは、全体的に環状の互いに接触した円筒壁を形成する。このような円
筒壁は、本発明においては、回転構造と称される。これら２つの図に示されてい
るように、ロータと回転子との組合せ構成は、開放前端（左端）と、全体的に閉
塞した後端（右端）と、を有している。図５Ａの下段において図示したシステム
は、図５Ａの他の２つの実施形態の場合と同様に、ロータと発電機とからなる一
体型構造を備えている。ただし、この実施形態においては、空気力学的ロータと
発電機回転子との間において作用する機械的連結部材として、回転シャフトが使
用されている。

【００５８】 これら３つの実施形態の各々において、風の流入および流出によって伝達され
るエネルギーは、（１）全体的に円形の横断面積内において獲得され、（２）機
械的回転へと変換され、（３）空気力学的構造から発電機回転子へと機械的に伝
達され、（４）発電機から電気出力として図５Ａに示すような構成部材を介して
出力される。電気出力は、後述のようにして取り扱われる。『過度に強い』風が
吹いている場合の、各部材の作用については、後述する。図５Ａにおける上段と
中段の両実施形態においては、獲得された流体（風力）エネルギーは、環状の回
転周縁領域に集められ、それぞれの場合の発電機回転子の周縁リムへと伝達され
る。図５Ａの下段に示す実施形態においては、フープタイプの空気力学的ロータ
（６７）が、風力エネルギーを集め、シャフト（６８）を介して、発電機回転子
へと直接的に伝達する。

【００５９】 ここで図５Ｂを参照すれば、新たな一連の参照符号を使用して、非常に簡単化
された概略的な図示でもって、本発明による好ましい風力タービンの実施形態（
７９）が示されている（図５Ａの上段に示されたものと同じ実施形態）。図５Ｂ
は、さらにより詳細に、本発明および本発明における動作を特徴づけるようない
くつかの具体的な方向や軸や回転や角度を例示している。

【００６０】 上述の風（Ｗ）は、『一体型』空気力学的ロータ（８０）（システム（７９）
の回転部を形成する）の前面側開口面（図５Ｂにおける左側面）に向けて導入さ
れる。これにより、空気力学的ロータ（８０）は、ロータ軸（Ａ₁ ）回りに矢印
（Ｒ₁ ）で示すようにして回転する。『一体型』という用語の意味については、
後述する。ロータ軸（Ａ₁ ）は、典型的には、地面（８２）と実質的に平行であ
り、風（Ｗ）の方向と実質的に平行であるべきである。鉛直方向支持軸と称され
る他の重要な回転軸（Ａ₂ ）は、重力（Ｇ）とほぼ平行であるとともに、地面（
８２）に対してもまたロータ軸（Ａ₁ ）に対しても垂直である。軸（Ａ₂ ）は、
また、『風探し軸』や『主要支持軸』と称すこともできる。軸（Ａ₂ ）は、例え
ば支持構造（８３）といったような特定の支持構造によって形成される。支持構
造は、ロータ（８０）と、風力タービンシステムのうちの、軸（Ａ₁ ）に関して
回転可能とされている他の構成要素と、を支持するために使用されている。風（
Ｗ）の向きに応じて、軸（Ａ₁ ）は、軸（Ａ₂ ）回りに矢印（Ｒ₂ ）で示すよう
に回転自由とされている。これにより、ロータ（８０）の前面は、風（Ｗ）の受
領に関して最適であるような向きで配置される。第３軸（Ａ₃ ）（軸（Ａ₁，Ａ₂ ）の各々に関して実質的に垂直）は、軸（Ａ₁ ）が地面に対して実質的に平行で
あることを確保し得るよう、角度（α₁，α₂）で示すようにロータ（８０）の『
鉛直方向』角度を選択できるようにするために設けられている。好ましくは、例
えば角度（α₁ ）といったような前方下向きの傾斜角度、あるいは、例えば角度
（α₂ ）といったような前方上向きの傾斜角度は、例えばシステム（７９）とい
ったようなシステムの実質的な据付時に、調節され決定された後に『ロック』さ
れる。

【００６１】 次に、図５Ｂに加えて、図６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ，６Ｅ₁，６Ｅ₂，６Ｅ₃，
６Ｅ₄，８，８Ａ，８Ｂ を参照して、システム（７９）（このシステムのいくつ
かの変形例も含む）の構成および構成部材について、より詳細に説明する。シス
テム（７９）（上述と同じシステム）は、フープ形状またはかご型タイプの空気
力学的ロータが発電機回転子に対して周縁においてリムとリムとを直接結合させ
るようにして連結されてなる、本発明の一実施形態である。本発明においては、
この連結に際し、回転駆動シャフトが介在することがない。したがって、ロータ
（８０）は、事実上、空気力学的ロータと発電機の一部をなす回転子とからなる
ロータアセンブリをなすものと見なすことができる。本明細書中においては、こ
れ以降、このようなツインタイプのロータを様々な面から説明する。かくして、
ロータアセンブリ（８０）は、フープ形状またはかご型タイプの全体的に円筒形
の空気力学的ロータ（９０）を備えている。空気力学的ロータ（９０）は、風（
Ｗ）を受領するための開放前面（９２）と、軸方向反対側に位置する通常は全体
的に閉塞された後面（９４）と、を有している。空気力学的ロータ（９０）の長
さ方向軸は、回転軸（Ａ₁ ）に一致している。

【００６２】 ロータ（９０）は、様々な特定の方法で形成することができる。いくつかの方
法について、ここでやや詳細に例示し説明する。このロータは、全体的に円形の
ディスク形状のバックドア構造（９１）と称されるものを、平面（Ｐ₁ ）（この
平面は、軸（Ａ₁ ）に対して全体的に垂直である）のところに備えている。後述
するように、このバックドア構造は、好ましくは吹き付ける風の風速に応じて、
風を軸方向に通過させ得るよう（径方向に分散配置された調節用開口によって）
選択的に開放可能かつ閉塞可能とされている。これにより、実質的にすべての動
作状況下に関して、ロータ（９０）の周縁部において最適量の風を径方向外向き
に（後述）通過させることができる。

【００６３】 ロータ（９０）の後方側周縁リム部は、ここでは周縁におけるリムとリムとの
結合として表現するようにして、正に直接的に、図５Ｂ，７，８Ａにおいては全
体的に符号（９５）によって示す発電機の回転構成部材をなす回転子（９３）の
周縁に対して、連結されている。発電機（９５）の固定子は、全体的に符号（９
７）によって示されており、回転子（９３）の内部に受領され、発電機（９５）
の全体およびロータアセンブリ（８０）のすべての構成部材を支持しているシャ
フト（９９）に対して、適切に固定されている。シャフト（９９）は、固定され
た非回転シャフトであり、上記支持構造（８３）の上部に対して適切に固定され
ている。

【００６４】 図６Ａには詳細に図示していないものの、図６Ｂには、風によって偏向するた
めの空気力学的『ノーズコーン』（１００）が示されている。好ましくは、この
コーンの『端部キャップ』（図６Ａにおける場所（１００Ａ））は、ロータ（９
０）内の中央軸方向風対向構造において使用される。

【００６５】 ロータ（９０）は、フープ状構造の周縁に沿って分散配置された、例えばフォ
イル（９６）といったような、複数の空力フォイルを有している。ここでは、ロ
ータ（９０）は、１６枚の空力フォイルを有して構成されている（図６Ａではす
べてのフォイルが図示されていないけれども、図６Ｃにおいて概略的にすべての
フォイルが示されている）。ここで、１６枚というのは、優秀な性能を示すこと
がわかっているいくつかの特定のフォイル数のうちの一例である。他の好ましい
フォイル数は、例えば、１８枚である（図６Ｄ参照）。他の特定のフォイル数を
選択することもできる。風（Ｗ）は、ロータ（９０）の開放端面（９２）を通し
て受領され、その後、フォイル（９６）どうしの間を通過して、ロータ（９０）
の周縁から外向きに導かれる。これにより、回転軸（Ａ₁ ）回りのロータ（９０
）の回転移動が引き起こされる。

【００６６】 図６Ａに示されているように、フォイル（９６）を有効に機能させるために、
長尺の全体的に平板状のフォイルの各々は、長軸を、回転軸（Ａ₁ ）が含まれて
いる平面内に位置させている。特に、そのような長軸の各々は、実質的に、軸（
Ａ₁ ）と平行である。

【００６７】 さて、図６Ａにおける参照符号が『そのまま使用されている』図６Ｅ₁，６Ｅ₂ に注目すれば、この場合の空気力学的ロータ（９０）は、全体的に円錐台形状と
されているとともに、適切な数（例えば１６枚）の長尺空力フォイル（９６）を
有しており、これら空力フォイル（９６）は、それぞれの長軸を、『風の吹付』
角度が回転軸（Ａ₁ ）に対して斜めとなるような平面内に位置させて、配置され
ている。図６Ｅ₁，６Ｅ₂に図示されたロータは、一般的な意味での上述の一体型
構成に属するものであり、ファン状ロータの特性とかご型ロータの特性との双方
の特性を有している。

【００６８】 本発明を説明するために図６Ｅ₁，６Ｅ₂をいかにして使用するかに関し、これ
ら２つの図は、２つの異なる範疇に属する３つの異なる変形例を示すために様々
に使用される。第１の範疇においては、すべてのフォイルが空気力学的ロータ内
において互いに規定された所定位置に実質的に常に固定されている構成を備えて
いる。この構成は、記憶に留めておいて頂きたい。第２の範疇においては、各フ
ォイルが移動可能に関節結合された構成を備えている。図６Ｅ₂ は、特に、これ
ら２つの異なるフォイル取付構成を図示している。

【００６９】 ロータ（９０）の開放端面は、符号（９２）によって示されている。ロータの
反対側の端面は、発電機（９５）（この発電機、および、発電機をなす２つの主
要構成要素は、図６Ｅ₁ にだけ示されている）の回転子（９３）に対して、周縁
において回転子を駆動可能に連結されている。回転子（９３）は、パンケーキ状
構成でもって、固定子（９７）に対して接近状態で対向配置されている。ロータ
（９０）と回転子（９３）とは、回転シャフトを一切介在させることなく、連結
されている。

【００７０】 図６Ｅ₁ に示す構成要素からなる回転アセンブリの全体は、固定支持シャフト
（９９）上において軸受けされている。固定子（９７）は、このシャフト（９９
）に対して移動不可能に適切に固定されている。下に位置する地面（図示せず）
に至るまでの『連結経路』に関しては、シャフト（９９）は、直立支持構造（８
３）の上部に固定されており、直立支持構造（８３）は、地面に対して適切に取
り付けられている。空気力学的ロータおよび発電機に関してこのようにして構成
された『地上』直接支持連結点（Ｐ）は、構造（８３）とシャフト（９９）との
連結場所に配置されている。特に注意して頂きたい構成について説明すれば、連
結点（Ｐ）は、空気力学的ロータと発電機との組合せアセンブリに対して、回転
軸方向において外側に配置されている。この構成に注目することは、重要である
。これは、回転シャフトを介在させることなく空気力学的ロータと発電機回転子
とを連結しているシステムの設置に関して本発明が提供する多数の特徴点の中の
１つである。

【００７１】 図６Ｅ₁ に示すシステムの重心は、記号（ＣＧ）によって示すラインに沿って
（重力方向に）作用する。このラインは、支持構造（８３）がなす直立支持軸か
ら距離（Ｄ）だけ離間している。シャフト（９９）によって支持されている構成
要素の全体的軸方向長さは、記号（Ｌ_A ）によって示されており、このシステム
におけるパンケーキ状発電機の全体的軸方向長さは、記号（Ｌ_a ）によって示さ
れている。容易にわかるように、Ｌ_a は、Ｌ_A よりも小さく数分の１であり、こ
の状況は、支持構造（８３）に対しての最終（地上）支持連結点よりも一方側に
全体が配置されている図６Ｅ₁ の各構成部材を全体的に有しているという有用性
に寄与する。

【００７２】 本発明による図６Ｅ₁ に示す特定の実施形態においては、ここに図示されてい
るすべての構成部材は、実際に、支持構造（８３）がなす直立支持軸の一方側に
のみ全体が配置されている。他の実施形態においては、地上に支持されている各
構成部材は、直立支持軸の両側に位置することができる。このような『両側』に
配置された本発明によるある特定の変形例は、図２６，２７，２８に示されてい
る。この変形例については、後述する。

【００７３】 図６Ｅ₁ に示す構成に話を戻すと、複数のフォイル（９６）が互いに関する所
定位置にロックされている構成は、多数の応用を有している。この『所定位置に
ロックした』構成は、第１の範疇として上述した範疇を形成するものであること
は理解されるであろう。この場合、各フォイルは、空気力学的ロータ内において
『固定』されている。興味があり潜在的に非常に重要な『他の種類』の構成は、
各フォイルが空気力学的ロータ内において互いに移動可能に取り付けられている
という構成である。

【００７４】 図６Ｅ₂ を参照すれば、そのような『他の種類』の構成の具現に際しての２つ
の代表的な態様が示されている。まず最初に、図６Ｅ₂ の左半分に概略的に示さ
れたものを特に参照すれば、複数のフォイル（９６）は、軸（Ａ₁ ）に関して選
択的な好ましくは連続的に制御可能な可逆的な周縁に沿っての『スライド式』の
移動が可能であるようにして、適切に取り付けられている。

【００７５】 この移動は、符号（９４）で示す湾曲した両端矢印によって示唆されている。
このような移動は、意図した空気力学的構成となるように、隣接フォイルどうし
の間に存在する分散スペースのサイズを効果的に拡縮させる。これにより、（ａ
）回転を引き起こすために使用されるその瞬間の風力の比率、および、（ｂ）関
連する『残留』風力の比率を、変化させることができる、しかも同時に、変化さ
せることができる。ここで、残留風力とは、空気力学的ロータをバイパス（素通
り）することによって、過度の風圧下における潜在的損傷を防止し得るものであ
る。

【００７６】 図６Ｅ₂ の右半分には、軸（Ａ₁ ）に対して接近離間する向きに選択的に好ま
しくは連続的に（無段階で）制御可能にフラップ状にヒンジ動作できるよう、各
フォイル（必ずしもすべてのフォイルでなくても良い）が、空気力学的ロータに
おいて軸方向に延在する一辺に沿ってヒンジ結合されている。この種の移動は、
上述したような風圧の分割操作を実質的に可能とするものであり、加えて、風力
エネルギーの抽出に関する他の精密制御として、フォイルの実効衝突角度を変更
するように機能する。

【００７７】 図６Ｅ₁および図６Ｅ₂に示すようなフォイル（９６）は、長尺平板構造であり
、長軸を、（ａ）回転軸（Ａ₁ ）を通る平面内に位置させ、かつ、（ｂ）直角以
外の角度（すなわち、鋭角）で軸（Ａ₁ ）と交差させて、配置されている。この
『鋭角』をなす交差角度は、ロータの風受け面（９２）（図６Ｅ₁ における左側
面）に向けて開口している（対向している）。

【００７８】 図６Ｅ₃および図６Ｅ₄は、空気力学的ロータ（９０）のさらに他の変形例を示
しており、上述したのと同様に、ファン状特性とかご型特性との双方を一体化さ
せた特性を有している。

【００７９】 これら２つの図において、空気力学的ロータ（９０）の空力フォイルは、実質
的に平板状構成であり、長軸を回転軸（Ａ₁ ）に対して斜めに延在させた状態で
、ロータの軸方向両端近傍の所定位置において適切に取り付けられている。例示
および説明の目的のためにすべてのフォイルの中の３つのフォイルに関し、図６
Ｅ₃ においては、３つのそれぞれのフォイルの長軸が、ライン（９６ａ，９６ｂ
，９６ｃ）によって示されている。これら３つのフォイル軸に関する図６Ｅ₃ の
図示からわかるように、空気力学的ロータ構造内において、これら軸の両端は、
ロータ内の連結点において終端しており、例えば図６Ｅ₃ に示されているように
空気力学的ロータの軸方向からこれらラインを『見た』時には、回転軸（Ａ₁ ）
に対して互いに角度をもって配置されている。図６Ｅ₃ に示されていることによ
り、このような構成においては、ロータの回転軸に沿ってフォイルを見たときに
は、フォイル自身が、ロータの周縁に外接した全体的に円環形の『スペース』内
に延在していることは、明瞭に理解されるであろう。このような構成においては
、回転軸（Ａ₁ ）に対して全体的に平行なベクトル成分を有してロータの中空空
間内へと（図６Ｅ₃ が図示されている紙面内へと）流入した風が、空力フォイル
の表面の一部に衝突し、これにより、この種のロータを使用したシステム内にお
けるエネルギー獲得に寄与することは、明瞭であろう。

【００８０】 図６Ｅ₄ は、上記長軸（９６ａ，９６ｂ，９６ｃ）を示しているとともに、記
号（Ｗ）によって、上述した風のベクトルを示している。図６Ｅ₄ においては、
ロータの風受け面は、記号（Ｒ_F ）によって示されており、ロータの軸方向反対
面は、記号（Ｒ_R ）によって示されている。ロータ（９０）の風受け面は、図６
Ｅ₃ においても、記号（Ｒ_F ）によって示されている。

【００８１】 図６Ｅ₃ に話を戻して、この図に図示された構成の空気力学的ロータの機能に
関する理解を深めるためにさらに説明すれば、ロータの直径内における公称通過
経路は、全体的に記号（Ｄ₁ ）によって示されている。ロータの実効的な内径、
すなわち、フォイル（９６）の斜め取付の結果として存在する通過経路として捉
えることのできる内径は、図６Ｅ₃ において記号（Ｄ₂ ）によって示されている
。図６Ｅ₃ において上記直径（Ｄ₁，Ｄ₂）を有した同心円どうしの間に付された
ハッチングは、追加的な、空力フォイル利用領域を実効的に示している。この領
域は、軸（Ａ₁ ）と平行な風圧ベクトルに関してエネルギー獲得を行い得るとい
う点において、風のエネルギーを収集する目的のために風と相互作用することが
できる。

【００８２】 図６Ｅ₃，６Ｅ₄に図示した構造における長尺平板フォイルの軸の向きに関して
さらに説明するならば、長軸（９６ａ，９６ｂ，９６ｃ）として示されているこ
れら軸は、（ａ）回転軸（Ａ₁ ）と平行ではなく、また、（ｂ）軸（Ａ₁ ）を含
む平面とも平行ではない。換言すれば、上記構成においては、各長軸は、軸（Ａ ₁ ）をそれぞれ個別に含む平面に対して実質的に一致する平面内に位置している
。

【００８３】 位置（姿勢）調整可能な流体フォイルが使用されている上述した各実施形態に
おいては、係合した風圧のうちのいくらかの部分が、回転生成に有効であり、『
残りの』部分は、実質的にシステムを『バイパス（素通り）』する。これら両部
分の割合は、フォイルの姿勢状態変化に応じて変化する。

【００８４】 例えばロータ（９０）といったようなフープタイプのロータという範疇に関連
した他の詳細および構造は、１９８８年１１月１日付けで発行された米国特許明
細書第４，７８１，５２３号、１９９５年６月２０日付けで発行された米国特許
明細書第５，４２５，６１９号、および、１９９７年１月７日付けで発行された
米国特許明細書第５，５９１，００４号に記載されている。これらの特許は、本
発明と同じく、Elmo E. Aylor によるものである。これら特許文献は、参考のた
めここに組み込まれる。

【００８５】 次に、図７を参照して、先に説明したシステム（７９）についてさらに説明す
る。このシステム（７９）には、発電機（９５）の電気出力側に、パワーエレク
トロニクス制御回路または構造（１０８）が設けられている。この制御回路（１
０８）の機能については、従来的ではあるものの後述する。空気力学的ロータ（
９０）（回転軸（Ａ₁ ）に対して実質的に平行な長軸を有した複数の固定平板フ
ォイルを有したものとして図示されている）と発電機回転子（９３）とが連結さ
れ互いに一体化されていることにより、シャフト（９９）が回転する必要はない
。このような介在回転シャフトを『不要としたこと』に伴い、従来技術における
回転シャフトに関して発生していた応力や疲労といった問題点が、回避される。
よって、図７に示す構成においては、シャフト（９９）を、空気力学的ロータ（
９０）と発電機回転子（９３）との間のトーション（捻り力）伝達機構として使
用する必要がない。

【００８６】 『通常の』状況下で動作しているシステム（７９）においては、風速が変化す
ることにより、発電機（９５）は、変動電圧かつ変動周波数の電力を生成する。
このような変動を有した電力は、回路（１０８）によって従来と同様にして制御
されかつ変換され、これにより、標準的な使用電圧および周波数の電力が得られ
、この電力が、矢印（１１０）によって示すように、従来のユーティリティグリ
ッドへと供給される。先に指摘したように、修正済み電力の他の種類の『受領者
』に対して電力を供給するために、変換を行うこともできる。回路（１０８）の
特定構成および回路（１０８）内において使用される構成要素は、周知の多数の
従来構成の中の任意のもの（すなわち、例えば工業用モータのために設置される
可変速度のパワーエレクトロニクス駆動機構において頻繁に見受けられる特性を
有した構成）とすることができる。したがって、この回路の詳細についてはこれ
以上説明はしないこととする。

【００８７】 図８Ａは、図７に示すロータ−発電機一体型システム（７９）をやや詳細に示
している。この図においては、ロータ構造（８０）は、内部の構成と特徴点とを
図示するために開放状態で図示されている。この場合、固定子（９７）が、発電
機回転子（９３）内において回転子に対して対向している様子が明瞭である。風
（Ｗ）の通過経路が、矢印（Ｗ₁，Ｗ₂）によって示されている。ここで、矢印（
Ｗ₁ ）は、空力フォイル（９６）を通っての径方向外向きの流れを示しており、
矢印（Ｗ₂ ）は、バックドア構造（９１）を通っての長さ方向の『脱出』流を示
している。（図５Ａにおける上段の下段の図示、および、図５Ｂの図示も参照さ
れたい。）バックドア構造（９１）の構成および作用について、以下詳細に説明
する。

【００８８】 固定シャフト（９９）上においてロータ構造（８０）の全体を回転可能に支持
している軸受機構（１１２）が示されている（図８Ａ，８Ｂ参照）。発電機の固
定子（９７）は、例えば溶接箇所（１１４）によって、シャフト（９９）上に固
定されている様子が図示されている。

【００８９】 図５Ｂ，７，８Ａに関連して説明する実施形態においては、固定子は、発電機
回転子内に受領されて回転子に対して対向配置されるものとして図示されている
。図５Ｂにおける破線（９７Ａ，９７Ｂ）は、代替可能な２つの発電機構成を示
している。特に、破線（９７Ａ）（２つの破線矩形ブロック）は、固定子が回転
子（９３）を覆っている発電機を示しており、破線（９７Ｂ）（他の２つの破線
矩形ブロック）は、固定子が、図５Ｂの回転子（９３）の外方右側において回転
子（９３）からわずかに離間して側方に配置されている発電機を示している。

【００９０】 図８Ｃは、ロータ−発電機一体型システムの他の実施形態（１３２）を示して
いる。このシステム（１３２）は、空気力学的ロータと発電機回転子との軸方向
相対位置関係が入れ替わっていることを除いては、図８Ａのロータ−発電機一体
型システムと同じである。システム（１３２）は、前方側の回転子部（１３４）
（すなわち、風に対しての直接係合が可能なように前方側に配置されている）と
周縁部に位置する固定子部（１３５）とを有してなる発電機を備えている。発電
機の『中空』回転子の後面側周縁環状部に対して、周縁においてリムとリムとを
結合させるという態様でもって、フープ形状の空気力学的ロータ（１３６）が連
結されている。発電機の回転子部（１３４）と空気力学的ロータ（１３６）とは
、固定支持シャフト（１３７）によって支持されている。固定支持シャフトは、
地面に対する支持構造（１３８）によって、風（Ｗ）の向きとほぼ平行な向きで
保持されている。平面（Ｐ₂ ）を形成している『風圧逃がし』用のバックドア構
造が、全体的に符号（１３９）によって示されている。

【００９１】 図９Ａおよび図９Ｂは、フープタイプまたはかご型タイプのロータに代えてプ
ロペラタイプの空気力学的ロータが使用されている点を除いては、図８Ａおよび
図８Ｂと同様である。図９Ａは、ロータ−発電機一体型システム（１４０）の側
面図を示している。プロペラタイプの空気力学的ロータ（１４２）は、複数のブ
レード（１４２ａ）を有している。これらブレードは、直接駆動型発電機の回転
子（１４３）に対して連結されている。これらブレードは、例えば溶接によって
（溶接箇所が符号（１４１）によって示されている）、発電機回転子の前方側周
縁部に対して連結されている。ブレードは、図示のように、中央回転ハブ（１４
５）から径方向外方に延出されており、やってくる風（Ｗ）を受領して応答する
ことができるようになっている。当然のことながら、この応答によって、ロータ
（１４２）が回転軸（Ａ₁ ）回りに回転し、その結果、ロータ（１４２）と発電
機回転子とが直接連結されていることにより、発電機回転子が同様に回転するこ
ととなる。空気力学的ロータと発電機回転子とは、一緒に回転する、つまり、一
体物として回転する。

【００９２】 上述したいくつかの固定シャフトと同等の非回転固定シャフト（１４８）は、
ロータ−発電機一体型システム（１４０）を支持するように機能する。しかしな
がら、シャフト（１４８）は、トルクを伝達する必要はなく、また、軸（Ａ₁ ）
回りに回転する必要もない。地面に対する主支持構造（１５０）は、風（Ｗ）の
向きの変化に応じて、主支持軸（Ａ₂ ）回りにロータ−発電機一体型システム（
１４０）を回転可能としている。上記システムに関して既に説明したように、発
電機（１４４）によって生成される電力は、パワーエレクトロニクス制御回路（
１５２）によって制御され変換され、その後、グリッドに対して供給される（矢
印（１５３））。

【００９３】 図９Ｂは、ロータ−発電機一体型システム（１４０）を示す正面図である。

【００９４】 図９Ｃは、ファンブレードタイプのロータ−発電機一体型システムの変形例（
１５６）を示している。ロータ−発電機一体型システム（１５６）は、例えばブ
レード（１５８）といったような径方向外方に延出されているものの中央ハブに
対しては連結されていないファンブレードを有した空気力学的ロータを備えてい
る。ブレード（１５８）は、例えば符号（１５９）で示すような場所における溶
接によって、発電機（１６１）の一部を形成するかご型タイプの回転子（１６０
）の前方側周縁部に対して、直接的に連結されている。回転子（１６０）は、軸
（Ａ₁ ）回りに回転する。

【００９５】 よって、図９Ｃに示す実施形態においては、回転シャフトを設ける必要がない
。

【００９６】 かご型タイプのロータやプロペラタイプのロータに関連して上述したのと同じ
原理は、多数の他のタイプの空気力学的ロータに対しても適用可能である。例え
ば、ロータ−発電機一体型の鉛直方向軸を有したシステムは、直接駆動型の発電
機回転子と、公知の鉛直方向軸を有した空気力学的ロータと、を一体化すること
によって構成することができる。公知の鉛直方向軸を有した空気力学的ロータに
は、（１）米国特許明細書第１，７６６，７６５号および米国特許明細書第４，
８３８，７５７号に記載されているような Savonius タイプのロータ、および、
（２）米国特許明細書第１，８３５，０１８号および米国特許明細書第４，４４
９，０５３号に記載されているような Darrieus タイプのロータ、がある。これ
ら４つの特許文献は、参考のためここに組み込まれる。

【００９７】 次に、図１０を参照すると、符号（１６８）によって、風向ベーン構造が示さ
れている。この風向ベーン構造は、ロータ−発電機一体型システム（１７０）の
空気力学的ロータ（１７２）の回転軸（Ａ₁ ）の、軸（Ａ₂ ）回りにおける、風
（Ｗ）の向きに応じた能動的配向制御をもたらすために使用されている。システ
ム（１７０）は、多くの点において、上述したシステム（７９）と同じ構成とさ
れている。システム（１７０）には、上記風向ベーン構造の少なくとも一部を形
成するために、ロータ−発電機一体型システム（１７０）の後方側に延出された
長尺風向ベーン（１７６）が設けられている。より詳細には、風向ベーン（１７
６）は、風（Ｗ）の向きの変化に応答して発電機（１７５）の固定子（１７４）
と一体的に主支持軸（Ａ₂ ）回りに回転可能であるようにして、適切に固定され
ている。発電機回転子は、符号（１７７）により示されている。このような風向
きに応じたシャフト応答は、非回転固定シャフト（１７８）を、軸（Ａ₂ ）回り
に回転させ、その結果、風（Ｗ）が、空気力学的ロータ（１７２）の前方開放端
面（１８０）に向けて最適な向きで導かれて開放端面内に流入するようになって
いる。そのような『風向き探索』性能は、当然のことながら、軸（Ａ₂ ）に関し
ての、空気力学的ロータ−発電機一体型構造とは反対側における、図１０の組合
せ構造の『中心合わせ作用』（側方作用）によるものと考えられる。

【００９８】 使用されている特定の発電機構成を容易に他の一般的回転子／固定子構成に変
更できるという上記考えを押し進め、さらに、そのような構成に関するすべての
詳細が従来的に実施できることを考慮すれば、空気力学的ロータに対して容易に
直接連結できるとともに例えばシャフト（５５，６５，６８，９９，１３７，１
４８，１７８）といったような好ましくは固定非回転シャフト上に容易に設置で
きる限りにおいては、多くの様々な回転子／固定子構成を使用することができる
ことは、明瞭である。

【００９９】 本発明の実施に際して適切な発電機として様々な多くの特定の構成を使用でき
るにもかかわらず、図１１，１２，１３，１４，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは、い
くつかの想定される構成例（全体構成のいくつかの可能性、および、いくつかの
内部詳細）を示している。

【０１００】 図１１および図１２は、例えば、図５Ａ（すべての図），５Ｂ，７，８Ａ，８
Ｃ，９Ａ，１０に関して例示し説明したようなロータ−発電機一体型システムに
おいて使用可能な発電機回転子（１８６）の１つの好ましい構成を示している。
上述したように、このような発電機回転子は、関連する空気力学的ロータに対し
て直接的に連結され、その空気力学的ロータと共に一体化アセンブリとして回転
する。好ましくは、これら空気力学的ロータと回転子とのそれぞれの公称直径は
、実質的に互いに同じとされる。発電機回転子と空気力学的ロータとの双方は、
そのような構成のもとで、最適効率でまたは最適効率近傍で、動作する。増速機
は、不要である。

【０１０１】 図１１に示すように、回転子（１８６）は、適切な磁性スチールから形成され
たリング状外側リム（１８８）を備えている。このリム（１８８）は、回転子（
１８６）をなす他の構成要素に対する構造的支持をもたらすとともに、これに加
えて、適切に結合される磁束経路を提供する。内側リング（１９０）は、外側リ
ム（１８８）に対して接合されている。内側リング（１９０）は、例えばセグメ
ント（１９２）といったような互いに離間された複数の永久磁石セグメントの形
態とされている。従来の通り、複数のセグメント（１９２）は、Ｎ−Ｓ極性を交
互に位置させつつ周状に配置されている（図１２における部分拡大図を参照され
たい）。記号（Ｒ_r ）は、回転子（１８６）の内径である。

【０１０２】 図１３，１４は、それぞれ図１１，１２に対応するものであり、回転子（１８
６）と、この回転子の内側に配置された非回転リング状固定子（１９４）と、を
示している。回転子（１８６）の内径（Ｒ_r ）は、固定子（１９４）の外径（Ｒ _s ）よりもわずかに大きいものとされている。これにより、通常必要とされるエ
アギャップ（１９８）が形成されている。回転子（１８６）と固定子（１９４）
とは、軸（Ａ₁ ）を共通の中心とした同心状の同軸リング対を形成している。こ
の構成が、本発明による好ましい実施形態の全体構成に対して『うまく適合する
』ことは明らかである。ここに例示した固定子（１９４）は、互いに接合された
外側リング状構造（２００）と内側リング状構造（２０６）とを備えている。外
側リング構造（２００）は、適切な磁性スチールの積層から形成されているとと
もに、例えばスロットまたはポケット（２０２）といったような複数のスロット
またはポケットを有している。これらスロット内には、例えば巻線（２０４）と
いったような適切な固定子巻線が実装される。

【０１０３】 図１１〜図１４において例示し説明したものも含めて発電機構造は、当業者で
あれば理解されるように、単相機械としてまた複数相機械として動作するように
構成することができる。

【０１０４】 図１５Ａ〜図１５Ｃは、非常に一般的に複数の追加の代替可能な発電機構成を
示している。図１５Ａは、ロータ−発電機一体型システム（２２０）に関する概
略的な断面図において、図５Ｂにおける破線（９７Ａ）を参照して上述した代替
構成を示している。ここで、空気力学的ロータ（２２２）は、関連する発電機回
転子（２２４）に対して連結されている。固定子（２２６）は、回転子（２２４
）の周縁よりも外側に配置されている。動作時には、空気力学的ロータ（２２２
）と回転子（２２４）とは、やってくる風（Ｗ）に応答して、一体ユニットとし
て軸（Ａ₁ ）回りに回転する。

【０１０５】 図１５Ｂおよび図１５Ｃは、回転子と固定子との相対配置を含むロータ−発電
機一体型システムのさらに他の２つの例を示している。図１５Ｂにおいては、か
ご型タイプの空気力学的ロータ（２３２）に対して発電機回転子（２３４）を直
結した構成が示されている。ここでは、上述したような軸方向にやや長尺の円筒
形回転子とは異なり、回転子（２３４）は、フラット（平板状、パンケーキ状）
な環状ディスクの形態とされている。関連する固定子（２３６）も、また、フラ
ット（平板状、パンケーキ状）な環状ディスクの形態とされている。固定子は、
回転子（２３４）に対して、（図１５Ｂにおいては、回転子の右側において）離
間した対向状態で配置されている。

【０１０６】 同様に、図１５Ｃにおいては、かご型タイプの空気力学的ロータ（２４２）に
対して、フラット（平板状、パンケーキ状）な環状ディスクの形態とされた発電
機回転子（２４４）を直結した構成が示されている。回転子（２４４）は、互い
に離間しているとともに協働的に作用する２つの固定子要素（２４６，２４８）
の間に挟まれている。

【０１０７】 ここで注意が必要なこととして上記構成の変形について説明するならば、また
、構成に関する他の残された変形余地をなくすために説明するならば、全体的に
円筒形の側壁を有した『かご型タイプ』の回転子という説明は、側壁が完全な円
筒形をなすことに限定するものではない。そのような『かご型』側壁は、例えば
円錐台形状や外方に凸である膨出形状や内方に凸である凹み形状や周状にセグメ
ント化された構成等といったような他の様々な形状とすることができる。

【０１０８】 図１６〜図２５は、フープタイプまたはかご型タイプの空気力学的ロータにお
ける重要な特徴点に関して本発明の実施形態を示している。図６Ａに図示された
空気力学的ロータを参照して、本発明のその重要な特徴点を説明する。図６Ａを
参照すれば、風（Ｗ）は、前方側開放端面（９２）から流入しバックパネルドア
アセンブリ（９１）に突き当たる。バックパネルドアアセンブリ（９１）は、空
力フォイル（９６）どうしの間を通ってロータ（９０）の周縁から外方へと風の
流れを導くように（記号（Ｗ₁ ）を参照されたい）、うまく機能する。当然のこ
とながら、空力フォイルが風から運動エネルギーを抽出しそれを機械的エネルギ
ーに変換して空気力学的ロータと回転子との一体ユニットを回転させるのことを
可能とするのは、そのような風の流れである。

【０１０９】 通常的に予想される程度の風速においては、バックパネルドアアセンブリ（９
１）は、ほぼ閉塞されているあるいは完全に閉塞されていることが望ましい。し
かしながら、例えば台風といったように極度に大きな風速の場合には、システム
は、即座に応答して風力を逃がすということをしなければ、そのような大きな風
速に耐えることができず例えばロータやその支持システムの破壊といったように
破壊してしまいかねない。したがって、バックドアシステムを、風力に応じてバ
ックパネルを開放できるものとして構成することは、重要である。

【０１１０】 図１６は、他のバックパネルドアアセンブリ（２７０）を非常に概略的に示し
ている。このアセンブリ（２７０）は、全体的に円形のバックパネル（２７２）
を備えている。バックパネル（２７２）には、例えば４つの開口が符号（２７２
ａ，２７２ｂ，２７２ｃ，２７２ｄ）によって示されているような複数の開口（
図１６に示す構造においては、８個の開口）が形成され、例えば４つのバックド
ア部材が符号（２７４ａ，２７４ｂ，２７４ｃ，２７４ｄ）によって示されてい
るような複数のバックドア部材が設置されている。パネル（２７２）の開口は、
軸（Ａ₁ ）に関する周方向において実質的に等間隔環状に配置されており、いさ
さかパイ形状とされている。ドア部材は、好ましくは、全体的にディスク形状と
された単一のブランク（２８０）として（放射状の花びらのような形状で）形成
され（図１７参照）、例えばファイバガラスや金属やプラスチックやゴム等とい
ったような材料から形成される。（上記ドア部材をなす）ブランク（２８０）お
よびブランクを構成している各『花びら』は、軸方向に対称にハブ（２７６）の
近傍において適切に固定されており、パネル（２７２）に対して隣接して配置さ
れる。

【０１１１】 ブランク（２８０）の『通常』状態においては、それぞれのドア部材は、パネ
ル（２７２）のそれぞれ対応する開口を実質的に閉塞する（風の通過を遮断する
）。所定（予め選択された）レベル以上に風圧が上がったときにはこれに応答し
て、ドア部材は、例えばパネル（２７４ａ）に関しては軸（２７８）といったよ
うにそれぞれの軸に沿って応答的に曲がるまたは回転するまたは揺動する。これ
により、パネル（２７２）内の開口（２７２ａ）といったような関連する開口が
開放され、システムを軸方向に通過させることによって風を逃がすことができ、
『過度の風速』状況における破壊的損傷を防止することができる。そのような回
転／揺動／開放動作は、当然のことながら、ブランク（２８０）に設けられた一
体型『リビングヒンジ（living hinge）』を介することによって効果的に行われ
る。

【０１１２】 上記説明から明らかなことは、バックパネルドアアセンブリ（２７０）が、極
めて単純であるということである。特に、米国特許明細書第５，４２５，６１９
号に開示されているようなバックドアシステムと比較して、極めて単純であると
いうことである。

【０１１３】 バックパネルドアアセンブリに関して、様々な変形が可能である。例えば、図
１６において示唆されているように、ドア部材の回転軸を、記号（Ｂ）によって
示すように径方向軸に変更することができ、また、記号（Ｃ）によって示すよう
に外周縁近傍における接線方向軸に変更することができる。また、複数のドア部
材を有した他のブランクとして、他のスプリング係数を有したものを使用するこ
とができる、すなわち、風力の関数としての他の開放プロファイルを有したもの
を使用することができる。

【０１１４】 図１８Ａは、バックドア部材（２７４ａ）の概略的な断面図を示している。こ
の場合には、部材（２７４ａ）は、径方向の長さ全体にわたって一様な厚さを有
するものとして示されている。部材（２７４ａ）の厚さは、少なくとも部分的に
は、風力に応じた所望のヒンジ性能または曲げ性能が得られるように、選択され
る。これに代えて、場合によっては、長さ方向に沿ってバックドア部材のフレキ
シブルさを場所ごとに変化させることが有利である。図１８Ｂに示すように、例
えば符号（２７５ａ，２７５ｂ）によって示されている硬化層といったような複
数の硬化層を、バックドア部材（２７４ａ）に対して取り付けることができる。
これにより、そのような場所ごとに変化するフレキシブルさのプロファイルが得
られる。硬化層は、また、バックドア部材の振動を減衰させるに際しても有効で
ある。長さ方向に沿っての部材（２７４ａ）のフレキシブルさの制御は、図１８
Ｃに示すように、部材の厚さを漸次的に変化させることによっても得ることがで
きる。

【０１１５】 図１９は、空気力学的ロータ（２８２）上に取り付けられるバックドア部材シ
ート（２８１）を概略的に示す断面図である。バックドア部材シート（２８１）
は、過度の風速状況に応答して、中央ハブ部材（２８３）の凸状表面に案内され
つつ後方側に曲がる。この場合、中央ハブ部材（２８３）は、シートの曲げ応答
に対しての制御をもたらす。

【０１１６】 大きな風速下における機械的損傷や故障を防止することに加えて、本発明によ
るシステムにおいて使用するために提案されたバックドア構造は、また、風速変
動に基づくタービン回転速度の変動を低減するために使用することができる。こ
れは、関連する発電機から出力される電圧および周波数の変動を低減するという
望ましい結果をもたらすことができる。

【０１１７】 図２０は、風力（Ｆ）の関数としてバックドア開口面積（Ａ）をプロットした
グラフを示している。このグラフは、風速が小さい領域においては、バックドア
開口の変化が比較的小さいことを示している。しかしながら、しきい値（Ｘ）を
超えた風速の大きな領域においては、比較的小さな風速変動であっても、バック
ドア開口度合い（Ａ）は、大きく変化する。

【０１１８】 図２１Ａ〜図２３Ｂは、フープタイプの空気力学的ロータに対しての他のタイ
プのバックドアシステムであって、スライドスクリーン構成を使用しているバッ
クドアシステムを示している。図２１Ａに示すように、バックドアアセンブリ（
３００）は、２つのスライドスクリーンを使用している。特に、例えば開口（３
０４）といったような４つの開口が形成された前方スクリーン（３０２）と、例
えば開口（３０８）といったような開口が形成された後方スクリーン（３０６）
（破線）と、を使用している。後方スクリーン（３０６）の開口（３０８）は、
前方スクリーン（３０２）の開口（３０４）よりもわずかに大きい。このバック
ドアシステムに関連して設置された風力センサ（３１０）が風力を検出し、得ら
れた風力データを、アクチュエータ（３１２）に対して伝達する。アクチュエー
タ（３１２）は、望ましいバックドア開口度合いを決定し、前方スクリーン（３
０２）または後方スクリーン（３０６）のいずれかを相対回転させる。図２１Ａ
においては、前方スクリーン（３０２）の開口（３０４）を後方スクリーン（３
０６）の開口（３０８）と一致させることにより、最大のバックドア開放状態が
得られている。

【０１１９】 図２１Ｂは、バックドアシステム（３００）をなす前方スクリーン（３０２）
と後方スクリーン（３０６）とを示す側面図である。

【０１２０】 図２２Ａ〜図２３Ｂは、異なる２つのスライドスクリーン式バックドアシステ
ムの開状態と閉状態とを概略的に示している。図２２Ａにおいては、すべてのバ
ックドア開口が閉塞されるように、前方スクリーン（３２０）と後方スクリーン
（３２２）とが調節されている。これに対し、図２２Ｂにおいては、前方スクリ
ーン（３２０）と後方スクリーン（３２２）とを相対的に回転させることにより
、バックドア開口（３２４）が、最大に開放されている。

【０１２１】 図２３Ａ、２３Ｂは、３個のスライドスクリーンからなるスライド式バックド
アシステムを示している。このスライド式バックドアシステムは、最大開放状態
においてバックドア開口の開放度合いを、より大きなものとすることができる。
図２３Ａにおいては、前方スクリーン（３３０）と中央スクリーン（３３２）と
後方スクリーン（３３４）とは、それぞれ、バックドア開口（３３６）が閉塞さ
れるような回転位置とされている。図２３Ｂにおいては、これら３つのスクリー
ンは、最大開放状態で示されている。すなわち、前方スクリーン（３３０）と中
央スクリーン（３３２）と後方スクリーン（３３４）とは、開口（３３６）の面
積を最大化させるよう、互いに位置合わせされている。図２３Ａ、２３Ｂは、ス
ライドスクリーンの数を増加させることによって、スライドスクリーンタイプの
バックドア構成におけるバックドア開口の開放度合いを増大させ得ることを示し
ている。

【０１２２】 図２４は、応答性の（すなわち、風に対して直接的に応答可能な）スライドス
クリーンタイプのバックドア構造の可能性を非常に概略的に示している。ここで
は、例えば開口（３４２）といったような複数の開口を有したスクリーン部材（
３４０）と、比較的偏向可能なまたは回転可能な第２スクリーン部材（３４４）
と、が示されている。第２スクリーン部材（３４４）は、例えば部材（３４４ａ
）といったような部材を有している。この部材（３４４ａ）は、開口（３４２）
を閉塞したりまた可変的に開口したりし得るよう、偏向的に（図２４における下
側）および回転的に（図２４における左側）調節することができる。図において
実線で示す部材（３４４ａ）は、開口（３４２）をほぼ閉塞した状態を示してい
る。符号（３４４ｂ）によって破線で示すこの部材（３４４ａ）は、より完全に
開口（３４２）を開放した状態を示している。風（Ｗ）による風圧は、部材（３
４４ａ）を、スクリーン部材（３４０）の面（３４０ａ）の後方部分（図２４に
おける下側）にまたは後方部材分近傍に取り付けられた適切なカム構造（３４６
）がなす傾斜カム壁（３４６ａ）に沿って（例えば）『駆動』する。関連する機
械分野の当業者であれば、この一般的『概略的』説明により、このような『カム
を利用した』風力応答性タイプのバックドア構造の使用方法を理解されるであろ
う。

【０１２３】 他のタイプのバックドアシステムが、図２５に示されている。ここでは、小さ
な中央開口（３５４）と径方向スリット（３５６）とを有した弾性シート材料（
３５２）から形成されたバックドアシステム（３５０）が示されている。弾性シ
ート（３５２）は、このシートの外周エッジ（３５８）の近傍において適切にク
ランプされている。バックドアシステム（３５０）に風圧がかかると、シート（
３５２）をなす個々のセグメントが、元々の平面から曲がって後方に弾性変形し
、全体として、中央開口の寸法を効果的に増大させる。これにより、過度の風力
エネルギーを、可変的に逃がすことができる。

【０１２４】 図２６〜図２９は、上記システム構造とは若干相異する本発明によるロータ−
発電機一体型システムを全体的に符号（３６０）によって示している。このシス
テム（３６０）は、例えばフォイル（３６４）といったような複数の空力フォイ
ルを有したかご型タイプの空気力学的ロータ（３６２）と、パンケーキ状の発電
機（３６８）と、を備えており、発電機（３６８）は、空気力学的ロータに対し
て直結された回転子（３６６）と、固定子（３７０）と、を有している。

【０１２５】 図２９は、分解図であって、空気力学的ロータ（３６２）の前方支持リング（
３６２ａ）および後方支持リング（３６２ｂ）と、空力フォイル（３６４）と、
上記発電機（３６８）を構成する（軸方向に）非常に薄いリング状の各構成部材
と、を示している。空気力学的ロータと発電機とからなる一体型アセンブリは、
回転シャフトの存在を必要とすることなく、固定シャフト（３７２）上に支持さ
れている。固定シャフト（３７２）は、Ｌ字形状の支持アーム（３７４）に対し
て適切に固定されている。Ｌ字形状支持アーム（３７４）は、一部を符号（３７
６）によって示す直立支持構造の上部に支持されている。この構造には、さらに
、任意の適切な構成とされた調節可能なバックドアアセンブリ（３７８）が設け
られている。

【０１２６】 特に図２８からわかるように、アーム（３７４）と空気力学的ロータ−発電機
一体型構造との間の直接支持連結点（Ｐ）は、明らかに、ロータ−発電機一体型
構造の軸方向の一方側（図２８においては右側）に位置している。また、この図
からわかるように、上記の種類の風力作用の中心（すなわち、側方風力作用）は
、図２８において記号（ＷＡ）により示されている。この作用中心は、直立軸（
Ａ₂ ）に関して、図２８において左側に位置している構造の風受け面とは反対側
に位置している。

【０１２７】 図３０は、本発明によるシステム（３８０）を示しており、このシステムは、
図２６〜図２９に示したものと全く同じロータ−発電機一体型構造を備えている
。このロータ−発電機一体型構造は、わずかに曲がった支持アーム（３８４）の
上部に固定されている固定シャフト（３８２）によって支持されている。わずか
に曲がった支持アーム（３８４）は、直立支持構造（３８６）の上部に支持され
ている。

【０１２８】 （図示のように）上方に延出されたテール状の風向ベーン（３８８）が、設け
られている。この風向ベーン（３８８）は、上述したような風向探索機能を、構
造（３８０）に対して付与する。

【０１２９】 システム（３６０，３８０）に関して特に注意しておくべきことは、空気力学
的ロータとパンケーキ状発電機を含んだアセンブリ全体の軸方向合計長さが、発
電機の軸方向合計寸法よりも、かなり大きいことである。これは、図２８，３０
の場合に顕著である。

【０１３０】 図３１〜図３３においては、非常に簡略化された流線形乗物の３つの形態（各
図につき１つずつ）を、それぞれ符号（４００，４０２，４０４）によって示し
ている。乗物（４００）は、地上移動乗物を示しており、乗物（４０２）は、水
上移動乗物を示しており、乗物（４０４）は、空中移動乗物を示している。乗物
（４００，４０２，４０４）には、それぞれ駆動エネルギーシステム（４００Ｐ
，４０２Ｐ，４０４Ｐ）が設置されている。これら駆動エネルギーシステムは、
本発明における適切な逆変換性能特性（上述）に従って構成されている。流体推
進システムとも称すことができる各駆動エネルギーシステムは、電力を空力エネ
ルギーへと変換することによって、乗物（４００，４０２，４０４）に対しての
前方推進力（図３〜図３３における左側への推進力）をもたらす。

【０１３１】 システム（４００Ｐ）内の基本構成要素に関する簡単な説明は、システム（４
０２Ｐ，４０４Ｐ）における同様の構成要素の説明としても当てはまる。すなわ
ち、システム（４００Ｐ）は、磁界結合固定子および相対回転可能な回転子（上
述の発電機における固定子および回転子と同様のもの）を有した電磁気的主要駆
動源（４０６）と、この主要駆動源を駆動可能に適切に連結された流体推進ロー
タ（４０８）と、を備えている。

【０１３２】 風力タービンに関して主に例示してきた本発明は、上述の通り、多くの他の応
用を有している。ロータ−発電機一体型構造は、有利には、発電用風力タービン
のすべてのサイズおよびエネルギー規格でもって、使用することができる。加え
て、本発明は、流体流を機械的回転力へとさらには電力へと変換するために有効
なものとして、より一般的に捉えることができる。例えば、ロータ−発電機一体
型構造は、水中応用に対して、また、液体応用に対して、適用することができる
。本発明は、また、風力タービンを例にとって上述したように、『逆変換的に』
適用することができる。より詳細には、本発明によるシステムは、流体搬送のた
めのまた乗物推進応用における使用のための電動ファンといったような、電力か
ら流体エネルギーへの変換のために使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 １つのタイプの従来型風力タービン発電システムの各構成要素を
概略的に示すブロック図である。

【図２】 従来システムにおける従来型のプロペラタイプ（ファンタイプ）
の空気力学的ロータだけを単独で概略的に示す側面図である。

【図３】 従来システムにおける従来型のプロペラタイプ（ファンタイプ）
の空気力学的ロータだけを単独で概略的に示す正面図である。

【図４】 直接駆動型発電機を使用した従来型風力タービン発電システムを
概略的に示すブロック図である。

【図５】 図５Ａは、予め全体的に開示して比較する目的のために、本発明
による新規な風力タービンシステムの一部をなす互いに異なる３つの好ましい構
造態様（実施形態）（それぞれ、上段、中段、下段において示されている）を概
略的に示すブロック図であり、これらを『可逆的変換操作』という観点から考慮
した場合、これらは、電力を流体エネルギーへと変換する一体型システムのいく
つかの例示として機能し、よって、これら実施形態の各々は、環状のエネルギー
伝達かつエネルギー変換システムと称され、また、図５Ｂは、図５Ａにおいて上
段で示す実施形態の一部をやや詳細に示す図であり、このシステムは、詳細な説
明中において参照される複数の軸や角度や方向に関しての参照を与えており、ま
た、（ａ）回転構造から軸方向に離れたところにおける回転構造の直接的な支持
をもたらす実質的に鉛直方向に延在した支持ポストと、（ｂ）このポストの上端
部近傍に固定された全体的に水平方向に延在する長尺固定シャフトと、（ｃ）こ
のシャフト上に回転要素を取り付けるための適切なベアリングすなわち軸受機構
と、を備えてなる回転要素支持機構をなす基本的各構成要素を示している。

【図６】 図６Ａは、周縁空力フォイルを備えるとともにバックドア構造を
使用した『かご型』または『フープタイプ』の空気力学的ロータだけを単独で（
すなわち、付随発電機の各構成要素も物理的機械的支持構造も図示されていない
）示す斜視図であり、図６Ｂは、図６Ａに示すロータの軸方向中央部（の風を向
く面）において使用することができる空気力学的ノーズコーンを部分的に簡略化
して示す側面図であり、図６Ｃおよび図６Ｄは、図６Ａに示すようなロータを非
常に簡略化して軸方向から見た図であって、図６Ｃは、１６個の空力フォイルす
なわち翼（ベーン）を使用したそのようなロータを示しており、図６Ｄは、１８
個の空力フォイルすなわち翼（ベーン）を使用したそのようなロータを示してお
り、図６Ｅ₁ は、本発明の変形例の一部を簡略化して示す側面図であって、全体
的に円錐台形状とされることによってかご状ロータとしても機能しかつファン状
ロータとしても機能するハイブリッド型空気力学的ロータが、（回転シャフトを
一切介在させることなく）軸方向に非常に薄いパンケーキ状の発電機内の回転子
に対して連結（直結）されてなる回転構造の構成を示しており、ここに図示した
空気力学的ロータにおいては、空力フォイルベーンが、（１）空気流エネルギー
を獲得して抽出するためのデバイスと（２）バックドア風圧を軽減するためのデ
バイスとの双方として機能する二重機能性をもたらしており、図６Ｅ₂ は、図６
Ｅ₁ を左側から軸方向に一部を見た図であって、左右に分割されて図示されてお
り、左側および右側は、空力フォイルベーンのための互いに異なる２つの関節結
合取付を概略的に示しており、これら取付は、風力エネルギー抽出と風力エネル
ギーの『バックドア』バイパス制御との双方の機能をベーンが同時に発揮するこ
とを可能とするものであり、図６Ｅ₃ は、本発明による他のタイプのかご型状お
よびファン状のハイブリッド型空気力学的ロータを軸方向から見た概略的な図で
あり、図６Ｅ₄ は、図６Ｅ₃ を右側面から見た（ごく一部を拡大して）示す概略
的な図であり、図６Ｅ₃ および図６Ｅ₄ においては、長尺空力フォイルのある種
の『角度』特徴が誇張して示されている。

【図７】 本発明によるロータ−発電機一体型システムのある種の特徴点を
概略的に示す図である。

【図８】 図８Ａは、本発明によるロータ−発電機一体型システムの一部を
図７よりも詳細に示す側面図であり、図８Ｂは、図８Ａに示すシステムの正面図
であり、図８Ｃは、図８Ａと同様に、本発明の代替可能な実施形態によるロータ
−発電機一体型システムの一部を示す側面図である。

【図９】 図９Ａは、本発明の１つの変形例によるシステムの一部を概略的
に示す側面図であり、この変形例においては、プロペラタイプ（ファンブレード
タイプ）の空気力学的ロータを備えたロータ−発電機一体型システムを使用して
おり、図９Ｂは、図９Ａに示すシステムの正面図であり、図９Ｃは、本発明の他
の実施形態によるロータ−発電機一体型システムを示す正面図である。

【図１０】 ロータ−発電機一体型システムの一部を簡略化して概略的に示
す側面図であって、接近しつつある風に向けて空気力学的ロータ（１つのかご型
タイプのものが図示されている）を導くための風向ベーンを備えている。

【図１１】 本発明の一実施形態において使用される回転子の一部を示す断
面図である。

【図１２】 図１１に示す回転子の一部を拡大して示す断面図である。

【図１３】 本発明の一実施形態において使用される回転子と固定子との好
ましい構成の一部を示す断面図である。

【図１４】 本発明の一実施形態において使用される回転子と固定子との好
ましい構成の一部を拡大して示す断面図である。

【図１５】 図１５Ａ〜図１５Ｃは、本発明による回転子と固定子との代替
可能な構成を使用したロータ−発電機一体型システムを簡略化して概略的に示す
側面図である。

【図１６】 本発明の好ましい実施形態によるフープタイプの空気力学的ロ
ータ内におけるバックドアシステムを簡略化して示す正面図である。

【図１７】 図１６に示すシステムにおいて使用されているバックドア部材
の一体アレイだけを簡略化して示す正面図である。

【図１８】 図１８Ａは、図１６に示すシステム内におけるバックドア部材
の一部を簡略化して示す側断面図であり、図１８Ｂおよび図１８Ｃは、代替可能
なバックドア部材の一部を簡略化して示す側断面図である。

【図１９】 （図面の右側からくる）風力に対して応答するバックドアシス
テムを簡略化して概略的に示す側面図である。

【図２０】 バックドア開口の開放度合いと風力との間の関係を示すグラフ
である。

【図２１】 図２１Ａは、本発明による代替可能な実施形態に基づく、スラ
イドスクリーンを使用したバックドアシステムを概略的に示すブロック図であり
、図２１Ｂは、図２１Ａに示すバックドアシステムにおいて使用されるバックド
ア構造を示す側面図である。

【図２２】 図２２Ａは、２層型スライドスクリーン式バックドアシステム
の閉状態を簡略化して示す側面図であり、図２２Ｂは、同じバックドアシステム
の開状態を簡略化して示す側面図である。

【図２３】 図２３Ａは、３層型スライドスクリーン式バックドアシステム
の閉状態を簡略化して示す側面図であり、図２３Ｂは、同じバックドアシステム
の開状態を簡略化して示す側面図である。

【図２４】 本発明の代替可能な実施形態による応答性スライドスクリーン
式バックドアシステム（互いに異なるドア開放状態が実線と破線とでそれぞれ示
されている）の一部を簡略化して示す断面図である。

【図２５】 本発明によるフープタイプの空気力学的ロータにおいて使用さ
れている他のバックドアシステムを簡略化して示す正面図である。

【図２６】 本発明の特徴を有したさらに他の変形例をなす風力タービンシ
ステムをほぼ単独で示す正面から見た斜視図であり、図６Ａにおけるスケールと
ほぼ同じスケールで図示されている。

【図２７】 図２６のシステムを背面から見た斜視図である。

【図２８】 図２６のシステムを右側から見た側面図である。

【図２９】 図２６〜図２８に示すシステムにおいて使用されているロータ
−発電機一体型システムを構成する様々な部材を示し簡略化した分解斜視図であ
る。

【図３０】 図２８に示すシステムと同様の図示であるものの、（ａ）変形
されたロータ支持構造と（ｂ）図１０の風向ベーンと同じ機能を有している変形
された風向ベーンとが示されている点において相違している。

【図３１】 本発明による『逆変換性能』実施形態を使用した地上移動乗物
を簡略化して概略的に示す側面図である。

【図３２】 本発明による『逆変換性能』実施形態を使用した水上移動乗物
を簡略化して概略的に示す側面図である。

【図３３】 本発明による『逆変換性能』実施形態を使用した空中移動乗物
を簡略化して概略的に示す側面図である。

【符号の説明】

５０ ロータ−発電機一体型システム ５２ 空気力学的ロータ ５４ 回転子 ５５ 発電機 ５６ 固定シャフト ５７ 回転軸 ５８ 固定子 ６０ ロータ−発電機一体型システム ６１ 空気力学的ロータ ６１ａ ブレード ６２ 回転子 ６３ 発電機 ６４ 回転軸 ６５ 固定シャフト ６６ 固定子 ６７ 空気力学的ロータ ６８ 回転シャフト ６９ 発電機 ６９ａ 回転子 ６９ｂ 固定子 ７９ 風力タービン ８０ 空気力学的ロータ ８２ 地面 ８３ 支持構造、直立支持構造 ９０ 空気力学的ロータ ９１ バックドア構造 ９２ 開放前面 ９３ 回転子 ９４ 後面 ９５ 発電機 ９６ 空力フォイル ９６ａ 長軸 ９６ｂ 長軸 ９６ｃ 長軸 ９７ 固定子 ９９ 固定支持シャフト １００ 空気力学的ノーズコーン １０８ パワーエレクトロニクス制御構造 １１２ 軸受機構 １３２ ロータ−発電機一体型システム １３４ 回転子部 １３５ 固定子部 １３６ 空気力学的ロータ １３７ 固定支持シャフト １３８ 地面に対する支持構造 １３９ バックドア構造 １４０ ロータ−発電機一体型システム １４２ 空気力学的ロータ １４２ａ ブレード １４３ 回転子 １４４ 発電機 １４８ 非回転固定シャフト １５０ 地面に対する主支持構造 １５２ パワーエレクトロニクス制御回路 １５６ ロータ−発電機一体型システム １５８ ブレード １６０ 回転子 １６１ 発電機 １６８ 風向ベーン構造 １７０ ロータ−発電機一体型システム １７２ 空気力学的ロータ １７４ 固定子 １７５ 発電機 １７６ 長尺風向ベーン １７７ 回転子 １７８ 非回転固定シャフト １８０ 前方開放端面 １８６ 回転子 １９４ 固定子 ２２０ ロータ−発電機一体型システム ２２２ 空気力学的ロータ ２２４ 回転子 ２２６ 固定子 ２３２ 空気力学的ロータ ２３４ 回転子 ２３６ 固定子 ２４２ 空気力学的ロータ ２４４ 回転子 ２４６ 固定子要素 ２４８ 固定子要素 ２７０ バックパネルドアアセンブリ ２７２ バックパネル ２７２ａ 開口 ２７２ｂ 開口 ２７２ｃ 開口 ２７２ｄ 開口 ２７４ａ バックドア部材 ２７４ｂ バックドア部材 ２７４ｃ バックドア部材 ２７４ｄ バックドア部材 ２８１ バックドア部材シート ２８２ 空気力学的ロータ ３００ バックドアアセンブリ ３０２ 前方スクリーン ３０４ 開口 ３０６ 後方スクリーン ３０８ 開口 ３１０ 風力センサ ３１２ アクチュエータ ３４０ スクリーン部材 ３４２ 開口 ３４４ 第２スクリーン部材 ３４６ カム構造 ３６０ ロータ−発電機一体型システム ３６２ 空気力学的ロータ ３６４ フォイル ３６６ 回転子 ３６８ 発電機 ３７０ 固定子 ３７２ 固定シャフト ３７８ バックドアアセンブリ ３８０ 空気力学的ロータ−発電機一体型システム ３８２ 固定シャフト ３８４ 支持アーム ３８６ 直立支持構造 ３８８ 風向ベーン ４００ 地上移動乗物 ４０２ 水上移動乗物 ４０４ 空中移動乗物 ４００Ｐ 駆動エネルギーシステム ４０２Ｐ 駆動エネルギーシステム ４０４Ｐ 駆動エネルギーシステム ４０６ 電磁気的主要駆動源 ４０８ 流体推進ロータ

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１３年６月２５日（２００１．６．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０３Ｄ 1/06 Ｈ０２Ｐ 9/00 Ｆ Ｂ６０Ｋ 9/00 Ａ Ｈ０２Ｋ 7/18 Ｚ Ｈ０２Ｐ 9/00 (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ， ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，Ｎ Ｏ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ， ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 3H078 AA01 AA02 AA26 BB01 CC01 CC11 CC12 CC22 CC41 CC52 CC61 CC78 5H590 AA02 CA14 CC01 CE01 EB14 FA01 FA08 GA06 5H607 AA14 BB02 BB05 BB26 CC09 DD19 FF06 FF26 GG01

Claims (95)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 風力エネルギーを電力へと変換するためのシステムであって
   、 長さ方向軸とこの長さ方向軸に一致した回転軸とを有するとともに、流入する
   風に応答して前記回転軸回りに回転可能とされた、長尺の一体型回転構造を具備
   してなり、 該回転構造が、一端側において、前記風に対して直接的に応答して前記回転構
   造の回転を引き起こすための回転可能な空気力学的空力フォイルアセンブリと、
   これに隣接した他端側において、発電アセンブリの一部を形成する電磁気的発電
   機回転子と、を備え、 前記回転子が、前記空力フォイルアセンブリと共に一体ユニットをなして回転
   可能であるよう前記空力フォイルアセンブリに対して連結され、前記空力フォイ
   ルアセンブリによって引き起こされた回転に応答して駆動されることにより発電
   を行い得るようになっており、 前記空力フォイルアセンブリと前記回転子とが、これらの間に回転連結シャフ
   トを介在させることなく、動作可能に直結されていることを特徴とするシステム
   。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシステムにおいて、 前記発電アセンブリに対して動作可能に接続された入力サイドと、出力サイド
   と、を有したパワーエレクトロニクス制御構造を具備し、 該制御構造が、前記出力サイドにおける電力状況が前記入力サイドにおける電
   力状況に完全に依存するとともに、前記入力サイドにおける電力状況が前記出力
   サイドにおける電力状況に全く依存しないようにして、動作するものとされてい
   ることを特徴とするシステム。
3. 【請求項３】 請求項１記載のシステムにおいて、 前記回転構造が、さらに、（ａ）前記空力フォイルアセンブリと前記回転子と
   の間に位置し（ｂ）前記回転軸に対して全体的に直交している平面内に位置する
   可変構成の風障壁構造を備え、 該風障壁構造が、流入風の風速に応答して可変とされている、つまり、風速が
   比較的大きい状況は別として風速が比較的小さい状況においては、前記風障壁構
   造を通しての風の通過に対する障壁をもたらすような構成をとるものとされてい
   ることを特徴とするシステム。
4. 【請求項４】 請求項３記載のシステムにおいて、 前記風障壁構造が、前記回転軸回りに周方向に分散して位置する複数の開口が
   形成されている全体的に環状のディスク形状部材と、該ディスク状部材に対して
   動作可能に接続されているとともに前記各開口に対応して配置された各ドアを有
   してなる位置変化可能なドア構造と、を備え、 前記各ドアが、それぞれ対応する開口を全体的に閉塞する位置と、風を通過さ
   せ得るようそれぞれ対応する開口をより大きく開放する他の位置と、の間にわた
   って調節可能とされていることを特徴とするシステム。
5. 【請求項５】 請求項４記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記閉塞位置と前記他の位置との間にわたって連続的に調節可
   能とされていることを特徴とするシステム。
6. 【請求項６】 請求項５記載のシステムにおいて、 前記風障壁構造が、さらに、前記ディスク形状部材と前記ドア構造との間にお
   いて動作可能に配置されたカム構造を備え、 該カム構造は、前記ドアが受ける風速の変化に応答して自動的に前記ドアの位
   置を調節するように機能することを特徴とするシステム。
7. 【請求項７】 請求項５記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記風障壁構造がなす平面に対して接近離間する向きに揺動す
   ることによって、調節可能とされていることを特徴とするシステム。
8. 【請求項８】 請求項７記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記ディスク形状部材に対してリビングヒンジを介して連結さ
   れることにより前記ディスク形状部材に対して一体化されていることを特徴とす
   るシステム。
9. 【請求項９】 請求項５記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記風障壁構造がなす平面に対して実質的に平行な平面内にお
   いて周方向に並進移動することによって、調節可能とされていることを特徴とす
   るシステム。
10. 【請求項１０】 風力エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 回転軸を有するとともに、流入する風に応答して直接的に回転可能とされた、
    回転可能な空気力学的空力フォイルアセンブリと、 （ａ）流入する風の存在下において（ｂ）前記空力フォイルアセンブリに対し
    ての連結用回転シャフトを必要とすることなく、前記空力フォイルアセンブリと
    共に一体ユニットをなして回転可能であるよう前記空力フォイルアセンブリに対
    して連結され、前記空力フォイルアセンブリの回転によって直接的に駆動される
    ものとされた回転子と、前記空力フォイルアセンブリが回転したときには前記回
    転子と協働して電力を生成し得るよう前記回転子に対して磁気的に動作可能に接
    続された固定子と、を備えている発電アセンブリと、 を具備することを特徴とするシステム。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のシステムにおいて、 前記空力フォイルアセンブリと前記回転子とに対して動作可能に連結されると
    ともに、これら空力フォイルアセンブリと回転子との間における、前記回転軸に
    対して全体的に直交した平面内に位置する、可変構成の風障壁構造を具備し、 該風障壁構造が、流入風の風速に応答して可変とされている、つまり、風速が
    比較的大きい状況は別として風速が比較的小さい状況においては、前記風障壁構
    造を通しての風の通過に対する障壁をもたらすような構成をとるものとされてい
    ることを特徴とするシステム。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のシステムにおいて、 前記風障壁構造が、前記回転軸回りに周方向に分散して位置する複数の開口が
    形成されている全体的に環状のディスク形状部材と、該ディスク状部材に対して
    動作可能に接続されているとともに前記各開口に対応して配置された各ドアを有
    してなる位置変化可能なドア構造と、を備え、 前記各ドアが、それぞれ対応する開口を全体的に閉塞する位置と、風を通過さ
    せ得るようそれぞれ対応する開口をより大きく開放する他の位置と、の間にわた
    って調節可能とされていることを特徴とするシステム。
13. 【請求項１３】 請求項１２記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記閉塞位置と前記他の位置との間にわたって連続的に調節可
    能とされていることを特徴とするシステム。
14. 【請求項１４】 請求項１３記載のシステムにおいて、 前記風障壁構造が、さらに、前記ディスク形状部材と前記ドア構造との間にお
    いて動作可能に配置されたカム構造を備え、 該カム構造は、前記ドアが受ける風速の変化に応答して自動的に前記ドアの位
    置を調節するように機能することを特徴とするシステム。
15. 【請求項１５】 請求項１３記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記風障壁構造がなす平面に対して接近離間する向きに揺動す
    ることによって、調節可能とされていることを特徴とするシステム。
16. 【請求項１６】 請求項１５記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記ディスク形状部材の周縁部というよりも前記回転軸の近傍
    に位置したヒンジ構造によって前記ディスク形状部材に対してヒンジ結合されて
    いることを特徴とす
17. 【請求項１７】 請求項１６記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記ディスク形状部材に対してリビングヒンジを介して連結さ
    れることにより前記ディスク形状部材に対して一体化されていることを特徴とす
    るシステム。 るシステム。
18. 【請求項１８】 請求項１７記載のシステムにおいて、 前記各ドアが、前記風障壁構造がなす平面に対して実質的に平行な平面内にお
    いて周方向に並進移動することによって、調節可能とされていることを特徴とす
    るシステム。
19. 【請求項１９】 流体エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 流入する流体流に応答して回転軸回りにおける自身の回転を引き起こすものと
    された流体応答アセンブリと、 前記回転軸回りに回転可能に支持されているとともに、前記流体応答アセンブ
    リと共に一体ユニットをなして回転可能であるよう前記回転軸から径方向に離間
    した周縁領域において前記流体応答アセンブリによって駆動され得るようにして
    前記流体応答アセンブリに対して連結された、電磁気的発電機回転子と、 該回転子によって周囲が囲まれているようにして動作可能に配置されるととも
    に、前記回転子の回転時には前記回転子と協働して電力を生成することができる
    、電磁気的発電機固定子と、 を具備することを特徴とするシステム。
20. 【請求項２０】 請求項１９記載のシステムにおいて、 前記固定子に対して動作可能に接続された入力サイドと、出力サイドと、を有
    したパワーエレクトロニクス制御構造を具備し、 該制御構造が、前記出力サイドにおける電力状況が前記入力サイドにおける電
    力状況に完全に依存するとともに、前記入力サイドにおける電力状況が前記出力
    サイドにおける電力状況に全く依存しないようにして、動作するものとされてい
    ることを特徴とするシステム。
21. 【請求項２１】 流体エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 中心において固定され相対移動不可能とされた支持シャフト上においてこの支
    持シャフトがなす長軸回りに回転可能に軸受けされた長尺の全体的にかご型の回
    転スプールであるとともに、該スプールの周縁端部を全体的に形成するようにし
    て配置された流体応答フォイルアセンブリと、前記スプールの反対側の周縁端部
    を全体的に形成するようにして配置された電磁気的発電機回転子と、を備えた、
    長尺の全体的にかご型の回転スプールと、 前記反対側の端部において前記スプール内に配置され前記回転子に対して磁気
    的に動作可能に接続された電磁発電機固定子と、 を具備することを特徴とするシステム。
22. 【請求項２２】 風力エネルギーによって駆動される発電機であって、 流入する風を通過させる通路を形成する風応答回転構造であるとともに、前記
    通路の少なくとも一部に配置された空力ベーンを備え、該空力ベーンは、前記風
    応答回転構造の一空間的領域に配置されて、前記通過流に応答して前記回転構造
    の機械的回転を引き起こすものであり、さらに、前記通路の少なくとも一部を形
    成するとともに前記回転構造の他の空間的領域に配置された電磁気的発電機回転
    子を備えた、風応答回転構造と、 前記回転子の近傍に配置され前記回転子に対して磁気的に動作可能に接続され
    た電磁発電機固定子と、 を具備することを特徴とする発電機。
23. 【請求項２３】 風力エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 回転軸をなす長軸を有するとともに、前記回転軸回りに回転可能に前記回転軸
    上に取り付けられた長尺回転構造であり、長尺の環状円筒形壁を備え、この円筒
    形壁の一端には、実質的に前記長軸に沿って流入する風に応答して前記回転構造
    の回転を引き起こす空気力学的空力フォイルアセンブリが形成され、前記円筒形
    壁の他端には、電磁気発電機回転子が形成された、長尺回転構造と、 前記円筒形壁の他端近傍において前記回転子に対して磁気的に動作可能に接続
    された電磁気発電機固定子と、 を具備することを特徴とするシステム。
24. 【請求項２４】 風力エネルギーを電力へと変換するための直接駆動システ
    ムであって、 回転軸を有するとともに、流入する風に含まれる風力エネルギーによって回転
    する空気力学的ロータを備えた、風力エネルギー応答ユニットと、 該風力エネルギー応答ユニット内の前記空気力学的ロータに対して直接的に連
    結されることにより前記空気力学的ロータと同じ速度で回転駆動されこれにより
    その回転エネルギーを電力へと変換する回転子を備えた発電アセンブリと、 を具備することを特徴とするシステム。
25. 【請求項２５】 請求項２４記載のシステムにおいて、 前記空気力学的ロータが、前記回転軸に沿って見たときに全体的に円形の外形
    を有するとともに、周縁回りにおいて互いに分散配置された複数の長尺の空力フ
    ォイルを備え、 これら空力フォイルが、前記回転軸を含む平面内にそれぞれの長軸を位置させ
    た状態で配置されていることを特徴とするシステム。
26. 【請求項２６】 請求項２５記載のシステムにおいて、 前記各長軸が、直角以外の角度をなして前記回転軸に対して交差していること
    を特徴とするシステム。
27. 【請求項２７】 請求項２６記載のシステムにおいて、 前記空気力学的ロータが、風受け面を備え、 前記各長軸と前記回転軸との間の交差が、前記風受け面を向く側において鋭角
    をなしていることを特徴とするシステム。
28. 【請求項２８】 請求項２４記載のシステムにおいて、 前記空気力学的ロータが、前記回転軸に沿って見たときに全体的に円形の外形
    を有するとともに、周縁回りにおいて互いに分散配置された複数の長尺の空力フ
    ォイルを備え、 これら空力フォイルが、前記回転軸を含む平面とは異なる平面内にそれぞれの
    長軸を位置させた状態で配置されていることを特徴とするシステム。
29. 【請求項２９】 請求項２８記載のシステムにおいて、 前記各長軸が、前記回転軸を含む平面に対して平行に離間した平面内に配置さ
    れていることを特徴とするシステム。
30. 【請求項３０】 請求項２５，２６，２７，２８，または，２９記載のシス
    テムにおいて、 前記空力フォイルが、互いに関してまた前記回転軸に関して位置調節可能とさ
    れていることを特徴とするシステム。
31. 【請求項３１】 請求項２４記載のシステムにおいて、 前記風力エネルギー応答ユニットと前記発電アセンブリとを（１）地面よりも
    上方において（２）直立風探索軸回りに揺動可能に支持する地面上支持構造を具
    備し、 前記風力エネルギー応答ユニットは、風受け面を備え、 前記風力エネルギー応答ユニットと前記発電アセンブリとの組合せが、前記風
    受け面を前記風に向かう向きに維持させるよう前記風によって前記組合せを前記
    風探索軸回りに揺動させるように機能するための、風による中心合わせ作用を受
    ける作用中心を有した露出した、側方において風と係合する表面領域を備えてい
    ることを特徴とするシステム。
32. 【請求項３２】 風力エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 周縁リム構造を有するとともに風力エネルギーによって回転する全体的に環状
    の中空円筒形状の空気力学的ロータを備えた風力エネルギー応答ユニットと、 周縁リム構造を有するとともに前記風力エネルギー応答ユニット内の前記リム
    構造に対して互いのリム構造どうしを連結させるようにすることで前記風力エネ
    ルギー応答ユニット内の前記リム構造によって駆動され得るようにして連結され
    ることにより前記空気力学的ロータと同じ速度で回転駆動されこれによりその回
    転エネルギーを電力へと変換する全体的に環状の中空円筒形回転子を備えた発電
    アセンブリと、 を具備することを特徴とするシステム。
33. 【請求項３３】 風力エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 全体的に環状の中空円筒形構成とされたロータを備えるとともに、このロータ
    の周縁近傍に、風力エネルギーの実質的に１００％を抽出して収集する空気力学
    的表面構造が配置された、風力エネルギー応答ユニットと、 前記ロータの周縁部によって駆動され得るようにして前記ロータの周縁部に対
    して連結されるリム構造を有した全体的に環状の中空円筒形の回転子であるとと
    もに前記空気力学的表面構造によって収集されたエネルギーが前記リム構造内に
    伝達されて前記回転子が回転駆動されこれにより電力が生成されるようになって
    いる回転子を備えた発電アセンブリと、 を具備することを特徴とするシステム。
34. 【請求項３４】 請求項３３記載のシステムにおいて、 前記発電アセンブリに対して動作可能に接続された入力サイドと、出力サイド
    と、を有したパワーエレクトロニクス制御構造を具備し、 該制御構造が、前記出力サイドにおける電力状況が前記入力サイドにおける電
    力状況に完全に依存するとともに、前記入力サイドにおける電力状況が前記出力
    サイドにおける電力状況に全く依存しないようにして、動作するものとされてい
    ることを特徴とするシステム。
35. 【請求項３５】 風力エネルギーから電力を生成するためのシステムであっ
    て、 フープ形状の空気力学的ロータと、 該空気力学的ロータに対して連結された直接駆動型発電機と、 を具備することを特徴とするシステム。
36. 【請求項３６】 請求項３５記載のシステムにおいて、 前記発電機が、前記空気力学的ロータに対して直結されていてこの空気力学的
    ロータと一体的に回転する回転子を備えていることを特徴とするシステム。
37. 【請求項３７】 請求項３６記載のシステムにおいて、 前記発電機が、前記回転子の実質的に内方に配置された固定子を備え、 この固定子は、前記空気力学的ロータおよび前記回転子が回転した場合でも静
    止状態のままとされることを特徴とするシステム。
38. 【請求項３８】 請求項３５記載のシステムにおいて、 前記発電機に対して接続されたパワーエレクトロニクス制御構造を具備してい
    ることを特徴とするシステム。
39. 【請求項３９】 請求項３８記載のシステムにおいて、 前記制御構造が、前記発電機に対して接続された入力サイドと、出力サイドと
    、を有し、 前記制御構造が、前記出力サイドにおける電力状況が前記入力サイドにおける
    電力状況に完全に依存するとともに、前記入力サイドにおける電力状況が前記出
    力サイドにおける電力状況に全く依存しないようにして、動作するものとされて
    いることを特徴とするシステム。
40. 【請求項４０】 請求項３５記載のシステムにおいて、 前記空気力学的ロータに対して連結された風向ベーンを具備し、 前記空気力学的ロータが、開放端面を有しているとともに、風向に対して実質
    的に平行な配向状態に維持されている中心回転軸回りに回転自由とされ、 前記空気力学的ロータが、前記中心回転軸に対して軸合わせされたシャフトに
    よって支持され、 前記シャフトは、全体的に鉛直方向を向く支持軸を形成する主支持構造によっ
    て支持され、 前記シャフトは、前記支持軸回りに回転自由とされ、 前記風向ベーンが、風向に応じて、前記シャフトおよび前記空気力学的ロータ
    を前記支持軸回りに回転させるようになっており、これにより、前記開放端面が
    、風を最適に受領するようになっていることを特徴とするシステム。
41. 【請求項４１】 請求項３５記載のシステムにおいて、 前記空気力学的ロータが、１６枚の空力フォイルを有していることを特徴とす
    るシステム。
42. 【請求項４２】 風力エネルギーから電力を生成するためのシステムであっ
    て、 中心回転軸回りに回転可能とされた空気力学的ロータと、 前記回転軸と一直線状をなす中央長軸を有した長尺シャフトを備えているとと
    もに、前記空気力学的ロータを前記回転軸回りに回転自由とした状態でかつ前記
    シャフトを前記回転軸に対しての静止状態に維持した状態で前記空気力学的ロー
    タを支持するための支持構造と、 前記空気力学的ロータに対して連結された回転子であるとともに前記空気力学
    的ロータに流入する風によって前記空気力学的ロータと前記回転子とが前記回転
    軸回りに互いに同じ回転速度でもって回転するようになっておりその際前記シャ
    フトは前記回転軸に対しての静止状態を維持するものとされている回転子を備え
    た直接駆動型発電機と、 を具備することを特徴とするシステム。
43. 【請求項４３】 請求項４２記載のシステムにおいて、 前記発電機に対して動作可能に接続された入力サイドと、出力サイドと、を有
    したパワーエレクトロニクス制御構造を具備し、 該制御構造が、前記出力サイドにおける電力状況が前記入力サイドにおける電
    力状況に完全に依存するとともに、前記入力サイドにおける電力状況が前記出力
    サイドにおける電力状況に全く依存しないようにして、動作するものとされてい
    ることを特徴とするシステム。
44. 【請求項４４】 請求項４２記載のシステムにおいて、 前記空気力学的ロータが、フープ形状であることを特徴とするシステム。
45. 【請求項４５】 風力エネルギーから電力を生成するための装置であって、 風を受領するための実質的に開放した前方端面と後方端面とを有した実質的に
    バレル形状のエネルギー変換デバイスを具備してなり、 該デバイスが、風の流入方向を向いて適切に配向された中心回転軸回りに回転
    可能とされ、 前記デバイスが、このデバイスの前記開放前方端面に隣接して空気力学的ロー
    タを備え、さらに、前記デバイスの前記後方端面に隣接して直接駆動型発電機を
    備え、 前記空気力学的ロータが、前記発電機と実質的に接触しており、これにより、
    前記デバイスの全体が、前記デバイスの前記開放前方端面に向けて流入した風力
    エネルギーに応答して、一体型ユニットとして回転するものとされていることを
    特徴とする装置。
46. 【請求項４６】 風力エネルギーから電力を生成するためのシステムであっ
    て、 空気力学的ロータと、 該空気力学的ロータに対して連結されるとともに、回転子を備えた、直接駆動
    型発電機と、 前記空気力学的ロータと前記回転子とを連結する非中心性トルク伝達構造であ
    り、風力エネルギーに応答して前記空気力学的ロータが回転したときには前記空
    気力学的ロータと実質的に同じ回転速度でもって前記回転子を回転させる非中心
    性トルク伝達構造と、 を具備することを特徴とするシステム。
47. 【請求項４７】 請求項４６記載のシステムにおいて、 前記空気力学的ロータおよび前記回転子が、中心回転軸回りに回転するととも
    に、この回転軸から離間した円筒形周縁軌跡を全体的に形成し、 前記トルク伝達構造が、前記空気力学的ロータと前記回転子との間において前
    記中心回転軸よりも前記周縁軌跡の方に近いところに位置したリンク機構を備え
    ていることを特徴とするシステム。
48. 【請求項４８】 請求項４７記載のシステムにおいて、 前記リンク機構が、前記周縁軌跡の近傍に位置していることを特徴とするシス
    テム。
49. 【請求項４９】 エネルギー変換システムであって、 風からエネルギーを効率よく抽出するとともにこの抽出されたエネルギーに基
    づいて長尺で中空で環状の全体的円筒形（のような）スペース内の領域における
    機械的回転エネルギーの形態として集積するよう動作する風応答機構と、 前記領域の一端に隣接して前記風応答機構によって駆動され得るようにして前
    記風応答機構に対して周縁全体にわたって連結されるとともに、前記風応答機構
    によって生成された機械的回転に応答してそのような回転エネルギーを長尺で中
    空で環状の全体的円筒形（のような）磁気的回転エネルギーへと効率的に変換す
    るよう動作する機械的回転応答機構と、 該機械的回転応答機構に対して磁気的にかつ動作可能にかつ応答可能に連結さ
    れるとともに、回転磁気エネルギーを電力へと効率よく変換する回転磁気エネル
    ギー応答応答機構と、 を具備することを特徴とするシステム。
50. 【請求項５０】 請求項４９記載のシステムにおいて、 前記回転磁気エネルギー応答機構に対して動作可能に接続された入力サイドと
    、出力サイドと、を有したパワーエレクトロニクス制御構造を具備し、 該制御構造が、前記出力サイドにおける電力状況が前記入力サイドにおける電
    力状況に完全に依存するとともに、前記入力サイドにおける電力状況が前記出力
    サイドにおける電力状況に全く依存しないようにして、動作するものとされてい
    ることを特徴とするシステム。
51. 【請求項５１】 流体エネルギーを電力へと変換するための装置であって、 通過する流体内に含まれている機械的エネルギーから機械的回転を生成する流
    体力学的ロータと、 相互連結用の機械的回転シャフトを介在させることなく前記流体力学的ロータ
    に対して連結されるとともに前記流体力学的ロータによって生成された前記機械
    的回転に応答して電力を生成するように動作する発電機回転子を備えた発電機と
    、 を具備することを特徴とする装置。
52. 【請求項５２】 風力エネルギーを電力へと変換するための装置であって、 通過する風の中に含まれている機械的エネルギーから機械的回転を生成する空
    気力学的ロータと、 前記空気力学的ロータによって駆動され得るようにして前記空気力学的ロータ
    に対して連結された発電機回転子を備えた発電機と、 軸受機構を介することによって前記空気力学的ロータと前記発電機回転子とを
    実効的に支持する長尺静止シャフトであるとともに、前記軸受機構が、この長尺
    静止シャフトの長軸と実質的に一致する共通回転軸回りにおける前記空気力学的
    ロータおよび前記回転子の回転を補助し得るようになっている、長尺静止シャフ
    トと、 を具備することを特徴とする装置。
53. 【請求項５３】 例えば風といったような流体流内に存在する機械的エネル
    ギーを電力へと変換するための方法であって、 流体流内の機械的エネルギーを、機械的回転エネルギーへと変換し、 該機械的回転エネルギーを、回転駆動シャフトを使用することなく、電力へと
    変換する、 ことを特徴とする方法。
54. 【請求項５４】 例えば風といったような流体流内に存在する機械的エネル
    ギーを電力へと変換するための方法であって、 流体流内の機械的エネルギーを、第１段階としての機械的回転エネルギーへと
    変換し、この場合、該第１段階機械的回転エネルギーを、第１の回転中空全体的
    円筒形シェル状領域内に集積し、 前記第１段階機械的回転エネルギーを、第２段階としての磁界エネルギーへと
    変換し、この場合、該第２段階磁界エネルギーを、前記シェル状領域の実質的に
    延長上に配置され同軸とされた第２の回転中空全体的円筒形シェル状領域内に集
    積し、 前記第２段階磁界エネルギーを、電力へと変換する、 ことを特徴とする方法。
55. 【請求項５５】 エネルギー伝達用回転シャフトを使用していないことを特
    徴とするとともに運動流体エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 運動流体エネルギーを受領してこの運動流体エネルギーを機械的回転エネルギ
    ーへと変換する運動エネルギーサイドと、 該運動エネルギーサイドに対して動作可能に連結されるとともに、前記機械的
    回転エネルギーを受領してこの機械的回転エネルギーを電力へと変換する電力サ
    イドと、 を具備することを特徴とするシステム。
56. 【請求項５６】 請求項５５記載のシステムにおいて、 前記運動エネルギーサイドと前記電力サイドとが、一体化された中空の全体的
    に円筒形の構造によって相互連結されていることを特徴とするシステム。
57. 【請求項５７】 風力エネルギーを電力へと変換するためのカップ形状の装
    置であって、 開放端面を形成する空力フォイルロータ壁部分と、前記開放端面とは反対向き
    に前記空力フォイルロータ壁部分から延出されることにより前記開放端面とは反
    対側の端面を形成するようにして前記空力フォイルロータ壁部分に対して連結さ
    れた発電機回転子部分と、を備えてなる回転長尺カップ状壁構造であるとともに
    、やってくる風の方向に対して全体的に軸合わせすることができる全体的水平方
    向軸回りに回転可能に支持された、回転長尺カップ状壁構造と、 該カップ状壁構造の前記反対側端面に対向して配置されるとともに、前記カッ
    プ状構造の基部を全体的に形成し、さらに、前記発電機回転子壁部分の動作度合
    いに応答して該発電機回転子壁部分と協働することにより電力を生成するよう動
    作可能とされた端部壁発電機固定子構造と、 前記全体的水平方向軸が全体的に風向きと軸合わせされて前記開放端面が流入
    風に対して全体的に対向配置されるよう、前記カップ状構造の配向制御を行いつ
    つ前記カップ状構造を支持するための機構と、 を具備することを特徴とする装置。
58. 【請求項５８】 全体的に環状の円筒形エネルギー伝達領域を備えるととも
    に流体エネルギーと電力との間における双方向性変換が可能であるように構成さ
    れた環状のエネルギー伝達エネルギー変換システムであって、 流体エネルギーと機械的回転エネルギーとの間における双方向変換を行い得る
    とともに、流体エネルギーの選択的な入出力が可能とされた、方向選択可能な双
    方向性流体ポートと、 電力と機械的回転エネルギーとの間における双方向変換を行い得るとともに、
    電力の選択的な入出力が可能とされた、方向選択可能な双方向性電力ポートと、 前記エネルギー伝達領域に位置するとともに、前記流体ポートと前記電力ポー
    トとの間において動作可能に介装され、さらに、前記流体ポートと前記電力ポー
    トとの間における前記エネルギー伝達領域を通しての双方向的な前記機械的回転
    エネルギーの伝達を行い得るよう動作可能とされた、機械的エネルギー伝達機構
    と、 を具備してなり、 エネルギー伝達用回転シャフトの存在を必要とすることなく、機械的回転エネ
    ルギーの伝達に応じて動作するものとされていることを特徴とするシステム。
59. 【請求項５９】 風力エネルギーから電力へのあるいはこれとは逆に電力か
    ら風力エネルギーへの双方向変換に関しての方向性の異なる２つの動作モードの
    間にわたって選択的に動作可能とされたシステムであって、 そのような変換が、システム内の回転中空環状円筒形領域内において、機械的
    回転エネルギーの仲介を介して、起こるようになっており、 風力エネルギーサイドと電力サイドとを具備し、 システムの選択された動作モードに応じて、前記風力エネルギーサイドは、入
    力サイドまたは出力サイドのどちらか一方をなし、かつ、前記電力サイドは、入
    力サイドまたは出力サイドのどちらか他方をなし、つまり、どちらか一方を入力
    サイドに選択することにより、他方は、自動的に出力サイドとされるようになっ
    ており、 この場合において、 前記風力エネルギーサイドに、環状に沿ってかつ円筒形状に沿って互いに分散
    配置された複数の空力フォイルベーンを備えた空気力学的ロータを具備し、 前記電力サイドに、発電機固定子と、前記空気力学的ロータによって駆動され
    得るようにして前記空気力学的ロータに対して連結された環状円筒形状発電機回
    転子と、を備えた発電機を具備し、 軸受機構を介することによって前記空気力学的ロータと前記発電機回転子とを
    実効的に支持する長尺静止シャフトであるとともに、前記軸受機構が、この長尺
    静止シャフトの長軸と実質的に一致する共通回転軸回りにおける前記空気力学的
    ロータおよび前記回転子の回転を補助し得るようになっている、長尺静止シャフ
    トを具備していることを特徴とするシステム。
60. 【請求項６０】 風力エネルギーから電力へのあるいはこれとは逆に電力か
    ら風力エネルギーへの双方向変換に関しての方向性の異なる２つの動作モードの
    間にわたって選択的に動作可能とされたシステムであって、 そのような変換が、システム内の回転中空環状円筒形領域内において、機械的
    回転エネルギーの仲介を介して、起こるようになっており、 風力エネルギーサイドと電力サイドとを具備し、 システムの選択された動作モードに応じて、前記風力エネルギーサイドは、入
    力サイドまたは出力サイドのどちらか一方をなし、かつ、前記電力サイドは、入
    力サイドまたは出力サイドのどちらか他方をなし、つまり、どちらか一方を入力
    サイドに選択することにより、他方は、自動的に出力サイドとされるようになっ
    ており、 この場合において、 前記風力エネルギーサイドに、環状に沿ってかつ円筒形状に沿って互いに分散
    配置された複数の空力フォイルベーンを備えた空気力学的ロータを具備し、 前記電力サイドに、全体的に円形の発電機固定子と、前記空気力学的ロータに
    よって駆動され得るようにして前記空気力学的ロータに対して連結されるととも
    に全体的に円形とされて前記固定子に対しての対向形状とされた発電機回転子と
    、を備えた発電機を具備し、 軸受機構を介することによって前記空気力学的ロータと前記発電機回転子とを
    実効的に支持する長尺静止シャフトであるとともに、前記軸受機構が、この長尺
    静止シャフトの長軸と実質的に一致する共通回転軸回りにおける前記空気力学的
    ロータおよび前記回転子の回転を補助し得るようになっている、長尺静止シャフ
    トを具備していることを特徴とするシステム。
61. 【請求項６１】 空気力学的ロータであって、 空気力学的ロータの外周縁回りに配置された複数の空力フォイルを有したフー
    プ部材であり、前記空力フォイルが、これら空力フォイルどうしの間のスペース
    を通って空気が外方へと流れたときには中心軸回りの前記空気力学的ロータの回
    転を引き起こし得るような形状および配置とされた、フープ部材と、 該フープ部材の後面に対して連結されているとともに風圧によって可変的に開
    放される少なくとも１つのドアを有したバックドアアセンブリであり、前記ドア
    が、該ドアに対して一体的に形成されているリビングヒンジに関連した実質的回
    転ライン回りに揺動することにより開放するものとされている、バックドアアセ
    ンブリと、 を具備することを特徴とするロータ。
62. 【請求項６２】 請求項６１記載のロータであって、 前記バックドアアセンブリが、各ドアが風圧によって可変的に開放される複数
    のドアを有し、 各ドアが、該ドアに対して一体的に形成されているリビングヒンジに関連した
    実質的回転ライン回りに揺動することにより開放するものとされていることを特
    徴とするロータ。
63. 【請求項６３】 請求項６２記載のロータであって、 前記複数のドアが、単一材料ピースから形成されていることを特徴とするロー
    タ。
64. 【請求項６４】 請求項６３記載のロータであって、 前記材料が、ファイバガラス、金属、プラスチック、および、ゴムからなるグ
    ループの中から選択されたものとされていることを特徴とするロータ。
65. 【請求項６５】 請求項６１記載のロータであって、 前記回転ラインが、前記中心軸の近傍に位置していることを特徴とするロータ
    。
66. 【請求項６６】 請求項６１記載のロータであって、 少なくとも１つのドアが、前記中心軸に関しての径方向に沿って可変厚さを有
    していることを特徴とするロータ。
67. 【請求項６７】 請求項６１記載のロータであって、 前記回転ラインが、前記フープ部材に関しての実質的に径方向を向いているこ
    とを特徴とするロータ。
68. 【請求項６８】 請求項６１記載のロータであって、 前記回転ラインが、前記外周縁近傍に位置していることを特徴とするロータ。
69. 【請求項６９】 空気力学的ロータであって、 前面と、後面と、空気力学的ロータの外周縁回りにおいて互いに離間して配置
    された複数の空力フォイルと、を有したフープ部材であり、前記空力フォイルが
    、これら空力フォイルどうしの間のスペースを通って空気が外方へと流れたとき
    には中心軸回りの前記空気力学的ロータの回転を引き起こし得るような形状およ
    び配置とされた、フープ部材と、 該フープ部材の前記後面に対して連結されているとともに風圧によって可変的
    に開放される少なくとも１つのドアを有したバックドアアセンブリであり、前記
    ドアが、前記中心軸近傍に配置された回転ライン回りに回転することにより開放
    するものとされている、バックドアアセンブリと、 を具備することを特徴とするロータ。
70. 【請求項７０】 請求項６９記載のロータであって、 前記バックドアアセンブリが、前記ドアが閉塞されているときにはこのドアに
    よってカバーされる開口を有した固定バックパネル部を備えていることを特徴と
    するロータ。
71. 【請求項７１】 請求項７０記載のロータであって、 前記少なくとも１つのドアが、このドアを閉塞位置に向けて付勢する少なくと
    も１つのヒンジ構造によって前記バックパネル部に対して連結されていることを
    特徴とするロータ。
72. 【請求項７２】 請求項６９記載のロータであって、 前記少なくとも１つのドアが、リビングヒンジを介して風圧に応答して前記回
    転ライン回りに揺動することにより開放するものとされていることを特徴とする
    ロータ。
73. 【請求項７３】 請求項６９記載のロータであって、 前記バックドアアセンブリが、各ドアが風圧によって可変的に開放される複数
    のドアを有し、 各ドアが、前記中心軸の近傍に位置した回転ライン回りに回転することにより
    開放するものとされていることを特徴とするロータ。
74. 【請求項７４】 請求項７３記載のロータであって、 前記複数のドアが、単一材料ピースから形成されていることを特徴とするロー
    タ。
75. 【請求項７５】 請求項７４記載のロータであって、 前記材料が、ファイバガラス、金属、プラスチック、および、ゴムからなるグ
    ループの中から選択されたものとされていることを特徴とするロータ。
76. 【請求項７６】 空気力学的ロータであって、 前面と、後面と、空気力学的ロータの外周縁回りにおいて互いに離間して配置
    された複数の空力フォイルと、を有したフープ部材であり、前記空力フォイルが
    、これら空力フォイルどうしの間のスペースを通って空気が外方へと流れたとき
    には中心軸回りの前記空気力学的ロータの回転を引き起こし得るような形状およ
    び配置とされた、フープ部材と、 該フープ部材の前記後面に対して連結されているとともに風圧によって可変的
    に開放される少なくとも１つのドアを有したバックドアアセンブリであり、前記
    ドアが、前記中心軸に対して実質的に垂直な平面内においてスライドすることに
    より開放するものとされている、バックドアアセンブリと、 を具備することを特徴とするロータ。
77. 【請求項７７】 請求項６９記載のロータであって、 前記バックドアアセンブリが、各ドアが風圧によって可変的に開放される複数
    のドアを有し、 各ドアが、前記中心軸に対して実質的に垂直な平面内においてスライドするこ
    とにより開放するものとされていることを特徴とするロータ。
78. 【請求項７８】 請求項６９記載のロータであって、 風速に応じて前記少なくとも１つのドアの開閉度合いを可変的に制御し得るよ
    う、前記バックドアアセンブリに対して動作可能に連結されたアクチュエータを
    具備していることを特徴とするロータ。
79. 【請求項７９】 請求項７８記載のロータであって、 前記アクチュエータに対して、風速を代理するデータを送出するための風速セ
    ンサを具備していることを特徴とするロータ。
80. 【請求項８０】 請求項７６記載のロータであって、 前記バックドアアセンブリが、少なくとも２層をなすパネルを備え、 第１パネルが、前記フープ部材に対して静止状態に維持されるとともに１つま
    たは複数の開口を有し、 第２パネルが、前記第１パネルに対してスライド可能とされることにより風速
    に応じて前記開口を可変的にカバーすることを特徴とするロータ。
81. 【請求項８１】 請求項７６記載のロータであって、 前記バックドアアセンブリが、少なくとも３層をなすパネルを備え、 第１パネルが、前記フープ部材に対して静止状態に維持されるとともに１つま
    たは複数の開口を有し、 第２パネルおよび第３パネルが、前記第１パネルに対してスライド可能とされ
    ることにより風速に応じて前記開口を可変的にカバーすることを特徴とするロー
    タ。
82. 【請求項８２】 流体エネルギーを電力へと変換するための方法であって、 所定周縁を有した所定流体対向領域を備えた流体係合領域を確立し、 該流体係合領域を、選択された流体経路内に配置し、この場合、前記流体係合
    領域の前記所定流体対向領域を、やってくる流体流に対して前記所定流体対向領
    域がなす直交平面部分を対向させるような向きとし、これにより、前記流体流を
    、前記直交平面部分に対して直交するベクトル成分を有するものとし、 前記所定流体対向領域の前記所定周縁によって全体的に制限された領域におい
    て、前記直交平面部分内に流入する流体流から潜在的に収集可能な実質的にすべ
    てのエネルギーを抽出し、 前記所定周縁に近接した搬送領域のところに実質的に限って、抽出エネルギー
    を、運動エネルギーから電力への変換装置の一部をなすとともに前記抽出エネル
    ギーによって直接的に駆動される可動機構に対して、搬送し、 該搬送の結果として、電力出力を得る、 ことを特徴とする方法。
83. 【請求項８３】 空気力学的発電機回転子構造を備えた流体流から電力への
    変換装置であって、 流体流に係合することによって駆動され得るものとされたロータ部と、 該ロータ部と共に一体ユニットとして動作し得るよう前記ロータ部に対して連
    結された発電機回転子部と、 を具備していることを特徴とする装置。
84. 【請求項８４】 流体流から収集可能なエネルギーを機械的回転エネルギー
    の形態として抽出して伝達するための装置であって、 流体流に対して係合する所定横断面に向けてやってくる流体から収集可能な流
    体エネルギーを獲得し得るとともに、前記所定横断面の周縁に近接して位置した
    環状回転領域内における機械的エネルギーとして前記獲得エネルギーを収集し得
    るよう構成された空気力学的エネルギー獲得機構と、 前記周縁に近接して配置された１つまたは複数の箇所において前記エネルギー
    獲得機構に対して動作可能に連結された搬送要素を備えているとともに、前記エ
    ネルギー獲得機構によって前記周縁近傍に収集された環状機械的回転エネルギー
    を外部に対して有効に搬送し得る、環状の運動エネルギー搬送構造と、 を具備することを特徴とする装置。
85. 【請求項８５】 流体流から収集可能なエネルギーを機械的回転エネルギー
    の形態で抽出し搬送するための方法であって、 エネルギーを含有した流体流が存在する領域において、その流体流に対して係
    合する横断面を形成し、この横断面内に流入する前記流体流の一部からエネルギ
    ーを獲得し、その獲得エネルギーを、前記横断面の周縁近傍に位置する回転環状
    領域の機械的エネルギーとして収集し、 前記回転環状領域によって収集したエネルギーをエネルギー伝達構造へと伝達
    し、該エネルギー伝達機構を使用して、外部へと、流体エネルギーとして獲得さ
    れさらに前記回転環状領域において生成され収集された機械的回転エネルギーを
    、伝達する、 ことを特徴とする方法。
86. 【請求項８６】 流体流推進システムであって、 磁界生成可能かつ回転可能とされた回転子を備え電磁気的に機能する主要駆動
    源と、 該主要駆動源に対して一体的に連結された流体流推進機構であり、相互連結用
    の回転シャフトを介在させることなく前記主要駆動源の回転子と前記流体流推進
    機構との間の回転エネルギーの伝達を可能とし得るよう前記主要駆動源の回転子
    によって駆動され得るようにして前記主要駆動源の回転子に対して連結された流
    体力学的推進ロータを備えた流体流推進機構と、 を具備することを特徴とするシステム。
87. 【請求項８７】 移動乗物であって、 フレームと、 該フレーム上に取り付けられた流体流推進システムであり、前記乗物を推進し
    得るよう動作可能とされ、さらに、磁界に連結される固定子と回転可能な回転子
    とを有し電磁気的に機能する主要駆動源と、該主要駆動源に対して一体的に連結
    された流体流推進機構であるとともに相互連結用の回転シャフトを介在させるこ
    となく前記主要駆動源と前記流体流推進機構との間の回転エネルギーの伝達を可
    能とし得るよう前記主要駆動源によって駆動され得るようにして前記主要駆動源
    に対して連結された流体力学的推進ロータを有した流体流推進機構と、を備えた
    、流体流推進システムと、 前記乗物を効果的に推進させるために前記推進システムの動作を制御する適切
    な伝達機構と、 を具備することを特徴とする乗物。
88. 【請求項８８】 風力エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 回転軸をなす長軸を有するとともに、前記回転軸回りに回転可能であるように
    して前記回転軸上に取り付けられ、さらに、長尺の全体的に環状の回転壁と、該
    回転壁とは反対側の端部を形成する発電機回転子と、を備えた、長尺回転構造で
    あり、前記回転壁には、前記長軸に実質的に沿って流入する風に応答して前記回
    転構造を回転させる空気力学的空力フォイルアセンブリが形成されている、長尺
    回転構造と、 前記回転壁とは反対側の端部近傍において前記回転子に対して磁気的に結合さ
    れた発電機固定子と、 を具備することを特徴とするシステム。
89. 【請求項８９】 風力エネルギーを電力へと変換するためのシステムであっ
    て、 全体的に環状で中空の回転構成を有したロータと、該ロータの周縁近傍に配置
    され実質的に単独手段として風力エネルギーを抽出し得るものとされた空気力学
    的表面構造と、を備え、これにより、抽出した風力エネルギーを前記表面構造内
    に実質的に１００％収集し得るものとされた、風力応答ユニットと、 前記ロータの前記周縁によって駆動され得るようにして前記周縁に対して連結
    されたリム構造を有した全体的に環状で中空の回転子を備えた発電アセンブリで
    あり、前記表面構造内に収集されたエネルギーが前記リム構造内に直接的に伝達
    されこれにより前記回転子が回転駆動され電力が生成されるようになっている、
    発電アセンブリと、 を具備することを特徴とするシステム。
90. 【請求項９０】 エネルギー変換システムであって、 風からエネルギーを抽出するとともにその抽出エネルギーから機械的回転エネ
    ルギーを生成しその機械的回転エネルギーを長尺中空環状領域内に収集するよう
    動作する風応答機構と、 前記風応答機構によって駆動され得るようにして前記領域の一端近傍において
    前記風応答機構に対して全体的に環状に連結され、前記風応答機構によって生成
    された機械的回転に応答してその機械的回転を中空環状領域における磁気回転エ
    ネルギーへと変換するよう動作する機械的回転応答機構と、 該機械的回転応答機構に対して応答可能に磁気的に結合され、前記機械的回転
    を電力へと変換する、回転磁気エネルギー応答機構と、 を具備することを特徴とするシステム。
91. 【請求項９１】 例えば風といったような流体流内に存在する機械的エネル
    ギーを電力へと変換するための方法であって、 流体流内の機械的エネルギーを、第１段階としての機械的回転エネルギーへと
    変換し、この場合、該第１段階機械的回転エネルギーを、第１の回転中空全体的
    円筒形シェル状領域内に集積し、 前記第１段階機械的回転エネルギーを、第２段階としての磁界エネルギーへと
    変換し、この場合、該第２段階磁界エネルギーを、前記シェル状領域の実質的に
    延長上に配置され同軸とされた第２の回転中空全体的円筒形シェル状領域内に集
    積し、 前記第２段階磁界エネルギーを、電力へと変換する、 ことを特徴とする方法。
92. 【請求項９２】 全体的に環状の円筒形エネルギー伝達領域を備えるととも
    にこのエネルギー伝達領域を介しての流体エネルギーと電力との間における双方
    向性変換が可能であるように構成された環状のエネルギー伝達エネルギー変換シ
    ステムであって、 流体エネルギーと機械的回転エネルギーとの間における双方向変換を行い得る
    とともに、流体エネルギーの選択的な入出力が可能とされた、方向選択可能な双
    方向性流体ポートと、 電力と機械的回転エネルギーとの間における双方向変換を行い得るとともに、
    電力の選択的な入出力が可能とされた、方向選択可能な双方向性電力ポートと、 前記エネルギー伝達領域に位置するとともに、前記流体ポートと前記電力ポー
    トとの間において動作可能に介装され、さらに、前記流体ポートと前記電力ポー
    トとの間における前記エネルギー伝達領域を通しての双方向的な前記機械的回転
    エネルギーの伝達を行い得るよう動作可能とされた、機械的エネルギー伝達機構
    と、 を具備してなり、 エネルギー伝達用回転シャフトの存在を必要とすることなく、機械的回転エネ
    ルギーの伝達に応じて動作するものとされていることを特徴とするシステム。
93. 【請求項９３】 流体エネルギーから電力への変換システムであって、 回転軸を有した流体エネルギー獲得用回転可能流体力学的フォイル構造と、 該流体力学的フォイル構造に隣接して配置されるとともに、相互連結用回転シ
    ャフトの存在を必要とすることなく前記回転軸回りに前記流体力学的フォイル構
    造と一体回転し得るよう前記流体力学的フォイル構造によって駆動され得るよう
    にして前記流体力学的フォイル構造に対して連結された回転子を備えた、発電機
    と、 前記流体力学的フォイル構造と前記発電機とを地面上の所定位置に支持し得る
    よう構成され、前記流体力学的フォイル構造と前記発電機との組合せ体の一方側
    に位置する支持連結によって前記流体力学的フォイル構造と前記発電機と支持す
    るものとされた、地面上における固定支持構造と、 を具備することを特徴とするシステム。
94. 【請求項９４】 請求項９３記載のシステムにおいて、 前記回転軸の側方から見たときに、前記流体力学的フォイル構造と前記発電機
    との前記組合せ体は、前記発電機の軸方向寸法が前記流体力学的フォイル構造の
    軸方向寸法よりもかなり小さいような軸方向側面プロファイルを有しており、こ
    れにより、軸方向長さが比較的小さいものであるように構成されており、 前記発電機は、前記回転軸に対して実質的に平行であるような磁力線が支配的
    であるような内部磁界によって動作するように構成されていることを特徴とする
    システム。
95. 【請求項９５】 流体エネルギーから電力への変換システムであって、 回転軸を有した回転可能流体力学的フォイル構造であり、該流体力学的フォイ
    ル構造の瞬時姿勢に応じて（ａ）流入流体流の所定比率部分に応答して前記回転
    軸回りの前記流体力学的構造の回転移動を引き起こしかつ（ｂ）残りの比率部分
    をなす流入流体流に関しては前記流体力学的構造と流入流体流との間の実質的な
    相互作用を起こすことなくバイパスさせるよう作用する姿勢調整用サブ構造を備
    えた回転可能流体力学的フォイル構造を具備してなり、 前記サブ構造によって得られる姿勢調整に応じて、瞬時流入流体流のうちの一
    部をエネルギー変換のために使用し残りをバイパスさせるように動作することを
    特徴とするシステム。