JP2009509094A - 凧力発電機 - Google Patents

Abstract

凧力発電機は、繋留ロープ上にさまざまな力を生み出す、振動の運動サイクルを通ってゆく、１つまたはそれ以上の凧を使用する。これらのさまざまな力は、クランク軸をもちいて回転へと変換される。この運動サイクルは、固有の凧設計により、あるいはクランク軸に接続される２本またはそれ以上の繋留ロープの作用を通じて駆動することができる。ロープからの引きは、ロープが引き出される時には強く、ロープが引込まれる時には弱くなる。運動サイクルには、フラッピング、うずまき旋回、うずまき旋回、ウェービング、急降下、方向転換、あるいはフェザリングが含まれる。幾つかの凧を接続あるいは組み合わせて１つの複合凧にすることもできる。ロープは３本またはそれ以上あった方が効率が良いため、１本は常に強く引き出されている。さまざまな技法により、風がない時にも嵐の時にも、凧は空中に揚げた状態に保たれる。
【選択図】図１

Description

従来の風力タービンは、タワー上に取付けた回転羽根により発電する。これは、これらが大型の構造物である必要があることを意味しており、これは目障りとみなされることもしばしばである。これらは建造費用がかさみ、またタワーの高さには経済的、また工学的な限界があるため、高い高度のより速く、より信頼性の高い風を利用することにも限界がある。また、この回転羽根は飛行中の鳥を傷つける可能性もあると主張されている。

本発明の１つの目的は、先行技術に伴う問題の少なくとも１つを未然に防止るか、あるいは軽減することである。

本発明の第一の局面に従い、それと接続されている繋留ロープ上でさまざまな力のパターンを発生させる一連の範囲の凧が提供される。

これらの凧には、以下により発生する力のパターンが含まれていることが好ましい： フラッピング；うずまき旋回；ウェービング；スピニング；アタック角の変更；フェザリングまたは通風；繰返される経路を通っての空中移動；あるいは自動回旋。

本発明の第２の局面にしたがい、静止空気でも弱風でも強風でも１つまたは複数の凧を空中に揚げておくことができる一連の範囲の装置が提供される。

これらの凧は、以下を含む方法をもちいることが好ましい：空気より軽い物質；マスト；自動リール巻取り；弾性凧材料；構造的適応；、動力駆動によるクランク軸の逆回転；ケーブル；ストレッチ可能なロープ；および機械的に短縮されるロープ。

本発明の第３の局面にしたがい、凧を、アイドリング装置をもちいて、あるいはこれなしで、さまざまな力を回転運動やその他の有効な運動へと変換する変換装置に接続するための一連の範囲の方法が提供される。

この変換装置は、クランク軸に基づくことが好ましい。

従来の風力タービンの欠点を克服するため、“凧力”発電機では、凧のロープ上のさまざまな規則的な力のパターンの回転力へと変換すると同時に、規則的な力のパターンを維持するため、凧の動きを制御する、クランク軸等の装置に繋留される凧を使用する。風が微風の場には、凧を空中に揚げておくためのさまざまな技法を定める。

凧をもちいて発電する発電機は（すなわち、凧力発電機）は、従来の風力タービンに勝るいくつかの重要な利点を備えている：建造費用が安価で、解体が容易；高高度で見い出される強い、一定の風を利用可能なため、発電費用をさらに削減する；風景の中で悪目立ちせず、鳥を傷つける可能性が低い。

凧およびクランク軸の構成は、予算と風の条件に合わせて、複雑さもサイズもさまざまに変えられる。

本発明にしたがった装置および方法のその他の利点は、図面と、図面の後に記述する接続から、当業者には明らかであろう。

本発明の実施例をここで、以下の図を参照しながら、例のみとして説明する。

凧力発電機では、凧のロープにある力のパターンを電力を発電する元になる運動へと変換する、地上に設置されている装置に接続された、１本またはそれ以上のロープにより、１個またはそれ以上の凧を使用する。凧は、１本またはそれ以上の繋留ロープの端部で、そのロープでの引きを生み出す風により、空中、ガス中、または流体中に翻る物体、と定義される。

多くの場合、電力を発電できる運動は回転運動であり、この変換装置は回転可能装置と呼ぶことができる。回転可能装置の１つの有効なバージョンがクランク軸で、これは、回転軸を通って動作するアクスルを必要とせずに、１組のクランクピンが回転軸の周りを回転することができるようにする構造、と定義される。ただし、１個またはそれ以上のレバーを支点としたシーソー運動等、他の運動も使用することができる。

凧の運動サイクルには、多くのさまざまな選択肢がある。これらの選択肢は全て、凧の引きの変換に関するものであるため、ロープを変換装置へと引込みつつある時には引きは弱く、ロープを変換装置へと引出しつつある時には引きが強い。

１つのセットの設計は“機械的”と名付けることができ、これは、運動サイクルは繋留ロープの相対的な運動により引き起こされる。このセットの設計は、クランク軸で動作するのに特に適しているが、歯止め等、他の変換装置も機能させることができる。凧、ロープおよびクランク軸の構成は、凧において、クランク軸の回転を維持するのに使用するさまざまな力により、凧の形状や方向を変更する運動サイクルを確立し、このクランク軸自体は凧のロープの相対的な位置を通して運動サイクルを制御する。引きの大半は、凧のロープの相対的な位置により制御される、凧の形状および角度により決定される。進行する引きを導くロープは“繋留ロープ”と呼ばれることがあり、他のロープは“動力ロープ”と名付けれることがある。繋留ロープのクランクピンは、電力を発電する際のクランク軸の運動方向において、動力ロープ用のクランクピンより前にくる。各繋留ロープがそれに対応する動力ロープのどれだけ前にくるかという角度は、凧の性質によって、０度から１８０度の間になる。各々の凧の繋留ロープのクランクピンの位置は、それらが互いに等しい角度でオフセットされる、というものである。凧の各々の動力ロープの位置についても、同じことがいえる。クランクピンの位置は、可能なかぎり円滑な発電を保証すべきであり、また凧の輪郭を変更するために必要とされる動きの距離に応じて変わってくる。はずみ車は、動きを円滑にするため、クランク軸に取付けることができる。

要約すると、（凧が空気の流れの中にあるかぎり）回転運動の発生は受動的かつ連続的である。変換装置が動作または回転することで凧の形状または方向が変わり、凧がそうなることで変換装置が回転する。

第２のセットの設計は“自然発生的”と名付けることができ、これにおいては、凧自体の設計に、ロープの影響を制御せずに固有の規則的な運動サイクルを引き起こす機能が含まれる。第１のセットの設計での場合と同様、さまざまな力は、クランク軸や歯止め等の変換装置をもちいて捕獲される。

凧自体に元々備わっている繰返される運動サイクルを強いる手段には、例えば以下のおものを含めることができる：振動；サイクル中に開閉する外部の通風口またはフラップ；とぐろを巻いたり、反跳したりする、屈曲する円材；ある程度の空気または別のガスが凧を通り抜けられるようにする内部の区分；規則的なやり方で方向転換し、親凧を引張る尾または補助凧；および、凧の挙動に影響を与えるスピニング装置。固有の運動サイクルを通る凧は、相対的に不安定になり得るため、その設計の中に、それらが常に空中で高さを回復できるようにするための、空気より軽い物質または二次的な凧を含めることが重要である場合もある。

最も簡単な例としては、凧に、風に向かって一列になり、風の中で振動する、張力をかけた１枚の細長い材料片を含める。ロープは、外に向かって引張られるたびに、力のパルスが下方のクランク軸または歯止めに伝わるように、振動する細片に取付ける。スピニングも、自然発生的な挙動を生み出す有効な方法である。凧内のスピニング構成部品は大きな力は生み出さないことが多いため、巻取り制御ロープのシステムを通じて、それらの力をスプールと連動させて多くの数の回転を生み出し、設定された数の回転を生み出されたら、装置をもちいてロープを解放する、ために有効であり得る。
例えば、制御用ロープを巻きつけるスプールは、スプリング駆動のクリップによりスピニングアクスルへとロックすることも可能であり、またこのスプールに溝を付けて、螺旋状にロープを巻き付けられるようにし、制御用ロープがスプールに一杯まで巻き付けられたら、クリップを取り外して、スプールを解放することもできる。固有の運動を利用する別の例としては、空中を規則的なパターンで上昇、下降するため、あるパターンのさまざまな力を届けることができる、旧知のボール型の凧を用いる方法もある。

固有の運動サイクルにある程度の不規則性が含まれる場合には、クランク軸よりもはずみ車を使用する方が有効であり、はずみ車は、引き出され、また他のはずみ車から独立して引き戻される時にはいつでも、各々のはずみ車が個々の力を与えることができるよう、個別に１つのアクスルに取付ける。

運動サイクル
本発明では、８つの異なるカテゴリーの凧を使用し、その各々に、異なるプロセスにより引き起こされる、ロープ上での、ある繰返される力のパターンが含まれる。これらのカテゴリーとは：ｉ）フラッピング凧、ｉｉ）うずまき旋回凧、ｉｉｉ）ウェービング凧；ｉｖ）スピニング凧、ｖ）アタック角が変わる凧、ｖｉ）フェザリング凧または通風凧、ｖｉｉ）空中を、ある繰返される経路で移動する凧、およびｖｉｉｉ）オートジャイロ型凧。

フラッピング凧では、ロープ上での引きにおける変動は、２つの方法により引き起こされ得る。第１には、これは風に対する翼の角度の変更により引き起こされる可能性があり、これにより、翼での抗力および揚力の変更を引き起こす。第２には、これは、風に対する方向を変更せずに、空中での翼の上昇、下降の動きから生じる変更により引き起こされる可能性があり、これにより、翼での揚力における変動を与えることができる。この変動には、さまざまな力を得るためのこれら２つの理由を組み合わせたものも含まれる。

運動サイクルの他のカテゴリーの大半の場合と同様、フラッピング凧は、２本またはそれ以上のロープの作用により機械的に制御することも、あるいはこの凧の固有の設計の結果として羽ばたかせることもできる。機械的なフラッピングが行われる、２本のロープによるフラッピング凧では、１本のロープは凧の中心部に取付けられている。第２のロープには２つの選択肢がある。第１の方法としては、これを２つに分けて、凧の中心部のどちらかの側の、翼端に近い方の、翼に対して最適のてこ作用が得られる位置に取付けることができる。第２の方法では、飛行中の鳥の翼を制御する筋肉をまねて、凧の中心を通して、肩まで、その後、背後から翼まで通すことができる。

うずまき旋回凧では、引きにおける変動は、凧の中心点または中心部分を中心としたうずまき旋回により引き起こされる。２本またはそれ以上の繋留ロープは、凧の周囲の周りに取付けられ、その後、クランク軸へと取付けられる。凧の一方の側にかかる力は他方の側にかかる力より強く、より強い力にさらされている側が引き出され、他方の側が引込まれる。この装置は、凧上の最大の力がかかっているポイントが中心線または中心部分の周りをまわって前進する。うずまき旋回運動は、フラップまたは翼により、あるいは凧が風に対して形状または輪郭を変えることにより、例えば、面の一部をスライダーに取付けられるようにすることで、スライダーにロードや張力がかかっているロープに沿って動くことができる若干のスペースを与えることにより、引き起こされる。周辺部も、スカートと同様、スカートの一方の側は突き出し、強く押し戻して、また反対側は風と一列にして、引込んで、連続的な形状をとることができる。凧の突き出し、強く押し戻す部分は、スカートが翻るようなやり方で、凧の中心を中心として移動することになる。使用する繋留ロープの数は、複合凧の可動部品の数によって変わってくる。

凧の中心点は静止状態にとどまる。凧の中心点を繋留すると、より安定性を加えるのに有効であり得る。これは、凧を発進させる際にも有効である。１つのうずまき旋回凧に、アタック角を羽ばたかせたり、変える凧を含めて、他の凧の設計要素を含めることもできる。
うずまき旋回凧は、その上に別の凧を取付けた構造フレームの形状をとることもできる。例えば、３個のフラップ凧を１つのクランク軸に取付け、装備して、各々が代わる代わる回転するようにして、凧の周りにリズムを生み出させることにより、フレームの中心点の周囲の繋留ロープ上の力をうずまき旋回移動させるようにすることもできる。

これらを１つの複合うずまき旋回凧へと連結する目的は、システムの安定性を増し、および／または、個々の凧を使用する場合の衝突とからまりの危険を減らすことである。うずまき旋回凧の安定性を向上させるため、中心の安定した部分に、揚力を生み出し、スピンを減らすテトラセル等の機能を組込んでもよい。中心点上部を、第２の凧や風船により与えられる個々の揚力に設置することにより、安定性をさらに向上させることもできる。

ウェービング凧では、引きにおける変動は、凧を通って進んでゆくウェービング動作により引き起こされる。この設計の１つの例では、凧は、１本はエアロフォイルの正面近くに、１本は後部近くにある、数組のロープによりクランク軸に節されている水平のエアロフォイル形状からなる。クランク軸が回転すると、エアロフォイルの一部が風を捉えて、強く引き戻される一方で、別の１つの部分は引込まれ、比較的小さな揚力および／または抗力で滑空降下する。クランク軸の設計がウェービング動作の性質を決定し、ロープは、一方のロープが他方の力のバランスよりも強く引かれて、クランク軸が動かなくなることのないよう、クランク軸上で力のバランスが確実にとれるような方法で、凧に装備しなければならない。このカテゴリーの１つの変形では、凧のウェービング動作が中心点から凧の各端へと広がって、バランスのとれた動作を促進する助けとなるように、クランク軸に、いずれの側にも左右対称にオフセットされた、中央のクランクピンの組を含めている。ウェービング凧には、凧の中に、凧が広がりを維持し、曲がって、ウェービング動作を規則的にする構造を含めてもよい。この構造が可とう性の場合には、これに、規則的な力のパターンを確立するのに有効となり得る、若干の反跳力を含めても良い。ウェービング凧は、連続した１つの凧で構成しても、あるいは接続された多くの部材で構成してもよい。

スピニング凧では、凧は風の力に対して垂直の軸を中心として回転し、これにより、凧からの引きにおける変動が生じる。いくつかの凧の設計では、これは、これ以上制御しなくとも空中での凧の上昇、下降をもたらし、この挙動によりさまざまな引きが生じて、これをクランク軸やその他の同様の装置により利用することができる。スピニング凧の普通の一例は、ボール型の凧で、これは空中で上昇、下降することがよく知られている。ボール型の凧を含めた一部の凧では、上昇および下降のサイクルには、引きを行わない場合には凧が地上に降下し、空気が再補充されると自動的に上方する期間が含まれる。

アタック角が変わる凧では、力の強さは、低アタック角では抗力の変化を通じて、高アタック角では揚力の変化を通じて、アタック角とともに変わる。多くの凧を、アタック角を変えることで、規則的な力のパターンを設定するよう、２本またはそれ以上のロープをもちいて機械的に制御することができる。この最も簡単なバージョンでは、凧には、凧の端部近くに１本と、凧の尾の近くに１本の、２本の繋留ロープが装備する。これらのロープがクランク軸により引込み、引き出しされるにつれて、凧のアタック角が変わり、これによりクランク軸の運動を補強する引きのパターンを生じさせる。

このカテゴリーの変形では、アタック角は凧の設計により自然発生的に決定され、凧がさまざまな力を１本のロープ上で発生させるのを可能にする。このアタック角の変形パターンは、繰返される急降下運動を生み出し得る。このカテゴリーの特殊なケースでは、凧の変動サイクルに失速が含まれることがある。例えば、多くの１本ロープの凧では、繋留ロープを凧の端部に近すぎる位置に設置すると、凧は、再び風を捕らえて、飛行の弧を通って再び上昇する前に、その飛行の円弧を通って強く引張られて上昇し、失速状態へと至る。
この挙動は、大口径のクランク軸または歯止めにより利用することができる。

アタック角の変更パターンには、凧の非常に高速の移動や、ゆっくりとした上昇、下降を含めることができる。極端な場合には、こうした運動は振動となることもあり、これらを、高速で動作する低口径のクランク軸により利用することもできる。この一例として、風に合わせて張力がかかるよう固定した時に、細長い材料片が振動する自然な傾向を、繋留ロープを前縁および／または後縁に取付けることにより活用することができる。クランク軸を振動の周波数および波長と念入りに同期化させれば、振動を補強することもできる。この例では、凧力発電機は、鳥の飛行よりも昆虫の飛行を反転させたものに似たやり方で挙動する。

フェザーまたは通風口が組込まれている凧では、凧の抵抗は、通風口またはフェザーの位置の変化により決定される。この位置の変化は、２本またはそれ以上のロープの使用により機械的に、あるいは凧の設計に組込まれている装置を通じて自然発生的に決定される。例えば、凧には、ベネチアン・ブラインドと同様の方法で積層されている１組の通風口を組込むことができる。オートジャイロや風速計等、凧上のスピニング装置をもちいて、通風口を徐々に閉じる制御用ロープを巻き上げることができ、これにより凧がますます強く引き出される。設定された数の回転後、制御用ロープは自動的に解放され、フラップへの通風口を開き、凧を小さな抵抗で空中で前方に引くことが可能となる。

通風口の開閉システムからもっぱら構成されている凧は通常、安定したやり方で挙動する。こうした凧の安定性を向上させるには、コーディ凧等、自然に安定した凧の設計に通風口を一体化させるのも有効であり得る。ボックス型の凧等、安定した凧の内部に通風口を組込む場合には、両端を固定して、ブラインドのように動作させてもよい。また、フェザーのように動作させる場合には、凧の周囲に組込んでもよい。この通風口は、構造化されたエアロフォイル形状にしてもよく、そうするとフェザーと同様の方法で挙動するようになる。

空中で運動サイクルを通る凧では、凧からの引きは運動サイクルの位置によって変わる。多くの凧は、２本の制御用ロープでの制御により、８の字を描く動きを通るようにすることができ、凧からの力は、凧が両方向で弧を横切って下降する際に最大となる。このサイクルは、凧のロープをクランク軸に取付ける時に、ロープが相対的に正確に動き、クランク軸の回転が相対的にゆっくりと行われるようにするために、適当なサイズにクランク軸の直径が設定された状態で、設定することができる。

オートジャイロ型凧は、スピン式の、安定性を与える助けとなる、揚力を生む、スピンドルに設置された自己調整式のロータ羽根を使用する。スピンドルと羽根がそれらのアタック角を変化させるよう製作されている場合には、揚力のレベルは削減され、クランク軸により、揚力の変動を利用することができる。アタック角の変化は、２本またはそれ以上の、クランク軸に取付けられたロープにより機械的に制御することも、あるいは代替的な抵抗を与える装置を追加することにより、自然発生的に制御することもできる。

スピン式のオートジャイロは、自然発生的な運動を制御可能なスピン運動を生む一方で、揚力も生むため、凧において自然発生的な運動を生み出すために、有効な装置であり得る。自然発生的構成の一例には、１つのオートジャイロの後にもう１つのオートジャイロを取付けた、２個のオートジャイロが含まれる。
第１のものは、通常の方法で、スピンドルに取付けられた１本のロープにより繋留されている。第２のものは、各スピンドルの高い位置に１本と、各スピンドルの低い位置に１本の、２本の制御用ロープにより、第１のものに取付けられている。高い方の制御用ロープは、制御用ロープを巻取ることなしにスピンドルが旋回できるよう、軸受により、両方のスピンドルに取付けられている。低い方の制御用ロープは、第１の制御用ロープでの場合と同様に、一方のスピンドルには軸受により取付けられるが、ただし他方のスピンドルには、制御ロープを、設定された数だけ回転させるよう、スプールに巻き付けることができ、設定された数の回転が行われた時点で、スプールを巻き戻すため自動解除装置を作動させることができるよう、歯止めスプールに取付けられる。第２の制御用ロープは巻き込む一方で、２個のオートジャイロの軸は下部で一緒にすることで、これらがどちらも風の中で後ろに傾くようにしている。これにより、メインの繋留ロープ上の引きが削減される。第２の制御用ロープが解放されると、オートジャイロ型は縦の位置に、そして揚力および引きが最大のポイントに戻る。空気より軽い物質で構成されたエアロフォイルを各々のオートジャイロより上方に接続することにより、この装置を空中に保つことができる。

より多くの電力を得るため、積み重ねられた凧からなるシステムを使用することができる。この場合には、上記の凧は“親凧”とみなすことができ、１個またはそれ以上の“子凧”が親凧の上方に飛び、下方の親凧（または子凧）に直接取付けられる。大型の凧は、翼を合わせた面積が同じとなる、多くの小型の凧を積み重ねたものより、建造するのがより困難な場合がある。子凧を親凧に直接取付けることにより、凧をクランク軸に取付けるロープを増やすのを避けることができ、それによりロープ同士がからまりあう危険を減らすことができる。凧を積み重ねることにより、ロープが物理的にのびることにより、あるいはそれらの曲線の度合いが風の抵抗により直線化することにより引き起こされる、ロープの伸びの問題を減じる助けにもなる。

２個またはそれ以上の凧を含める場合、これらの凧は、互いに衝突しないよう、空において互いに安全な距離を維持するための装備がなされる。凧をクランク軸に取付けるロープが、凧が不安定になるほど地上に近づいて、崩壊の危険を引き起こすことなく、凧の地上に対する平均角度が、発電される電力を最大にするような、凧上の位置に取付けられていることが、理解されるであろう。また、動力ロープおよび繋留ロープの凧への取付け位置が、全運動サイクルを生み出すために必要な、クランク軸の直径に関連していることも、理解されるであろう。理想的な距離は、凧または凧の可動部品（凧の翼等）に過度のてこの力がかかるのを避けながら、クランク軸の捻り力を最小にするため、クランク軸の直径を比較的小さく保つ必要により決定される。

アイドリング
凧力発電機には、凧がその通常の運動サイクルを通るには充分な風がない時や、風が強すぎる時に、凧を空中にアイドリングした状態に保つことができる、多くの機能を組込むことができる。これらの方法には、以下のものの使用が含まれる：空気より軽い物質；マスト；自動リール巻取り；弾性の凧材料；構造的な適応；動力駆動によるクランク軸の逆転；固定ケーブル；伸縮可能なロープ；および機械的に短縮されるロープ。

凧が弱風や静止空気中でも浮くようにするため、ヘリウムやエアロゲル等、空気より軽い物質を、凧の構造の一体化した一部として組込むことができる。既存のヘリウムを充填したエアロフォイルの使用するのは、形状がかさばり、特に強風の中では、効率があまり良くない。張力をかけたエアロフォイル構造を使用することにより、空気より軽い物質をより無駄のないスペースに収めることができ、これにより暴風でも低速風でも凧を空中に揚げておくことができるようになる。より無駄のない構造のエアロフォイル形状を生み出すための別の方法は、発泡体等、軽量のマイクロ細孔格子材料を使用することである。

構造化されたエアロフォイルの凧は、依然、動作風力が最大で、この数値以上でもこれらの凧はアイドル位置まで移動する。空気より軽い物質に合わせた構造の改善は、非常に軽量の格子構造を備え、外部の密封膜の有無に関わらず、その中に空気より軽いガスを含めることができる、発泡体等の物質を使用することによっても成すことができる。空気より軽い物質は最終的には織物を通って漏れてしまうため、空気より軽い物質を補給するため、凧を規則的な間隔で着陸させる必要が生じるであろう。

個別に構造化されたエアロフォイル形状は、多くの同様の形状を積み重ねて、一緒に接続することにより、フェザーと同様の方法で使用することができる。これらのフェザーの形状に空気より軽い物質を充填すれば、静止風や微風状態の時にも凧を空中に揚げておく助けとなるであろう。

凧は、良好な状態で再発進する準備を整った状態で、低速風や暴風の中でも凧を空中に揚げておくことができるよう、マストの上部で動作することもできる。凧の重量は非常に軽量であるため、マストは、従来の風力タービンで必要とされるタワーよりはるかに軽量となる。マストは、例えば炭素繊維や、軽量格子製の管状のものとすることができる。

凧を低速風でも暴風でも空中に揚げておくことができるようにするための別の選択肢は、凧からの力と風速を検出し、低速風や暴風の時に凧を自動的にリール巻取りする、リール巻取り装置を使用することである。自動再発進を容易にするため、凧を、良好な状態で発進させることができる受台装置に捕獲することができる。この受台に載せるプロセスには、例えば、凧を畳むか、シェルター装置を立てることにより、暴風時に凧を自動的に保護する機構を組込むこともできる。受台装置には、凧と受台が常に風に向かうようにするための装置を組込むこともできる。受台装置は、自動再発進を容易にするため、マストの上部に取付けることもできる。

凧は一部または全部を、強風の場合に自動的にある程度畳むことができる、弾性材料で製作することもできる。凧には、凧の構造を、風が変わると形状が変わるような構造にすることができ、凧が低速風や暴風に対処するのを助ける機能を含めることもできる。これらには、自動通風口、凧の円材や係留索、およびスプリング付き蝶番用のスライド機構を含めることができる。

幾つかの凧の設計は、クランク軸の回転方向を逆転させるため、クランク軸に電力を適用することで、凧を、揚力を生む反対の運動サイクルへと投入することにより、空中に揚げておくことができるようなものとすることもできる。例えば、揚力ベースのフラッピング凧システムでは、クランク軸の運動を逆転することで、凧は飛行中の鳥のように挙動するようになる。

一部の状況では、２つの風景機能の間にひと続きにしたケーブルを使用して、凧をこのケーブルに設置し、凧が１つの位置に留まるようにするのも有効な方法である。これには、谷の２つの側面の間や、建物と木の間に設置したケーブルを含めてもよい。

凧が弱風や強風、あるいは静止空気中でもアイドル位置にとどまることができるようにするため、凧のロープの長さを変えるため、２つのシステムを使用してもよい。１つの選択肢では、凧のロープの一部または全部に、相対的な長さを変えられる、内蔵式の伸縮部分を含める。第２の選択肢では、風がほとんど、あるいは全然なくなった時にロープの一部または全部を引込む、機械的な装置を作動させる。

クランク軸
最も簡単な構成では、クランク軸は２本のクランクピンを備え、各々のクランクピンは１個の凧の異なる位置に、ロープで接続されている。この構成は、単一位置のエンジンに相当する構成であり、同じ限界を被る。特に、クランク軸の推進力は、ロープを引込む時には、これを一回転させなければならない。２個の凧を装備し、各々の凧が各々、おおよそ分離された４個のクランクピンの１つに接続された２本のロープを装備するようにすることで、システムは改善されるが、３気筒と４気筒の燃焼エンジンの性能が優れているのと同様の理由で、クランクピンの組を３組またはそれ以上にする方が良い。そのため、凧力発電機は、従来の内燃エンジンと同様の方法で動作し、燃焼エンジンにおける爆発は、風に対する抵抗が増すように（例えば、凧を風に対して直角になるように）形状や方向を変えた時の凧の強力な引きに相当する。

繋留ロープの関連する運動を変更するため、さまざまな装置をクランク軸に追加するのも、有効であり得る。例えば、タイミングチェーンによりクランク軸に接続されているアクスルに取付けられている、楕円形のディスクからなる装置をクランク軸の正面に配置することもできる。楕円形のディスクが回転すると、これが繋留ロープの一部を押して、その通常の整合から押し出し、これによりロープが短縮され、凧の挙動が変わり、凧のサイクルの一部が加速される。この効果を達成する別の方法は、凧が引きが最も強い段階と最も弱い段階との間を移行するにつれて外側に旋回する、クランク軸に取付けられているレバーに関するものである。

大半のクランク軸では、クランクピンは各々、アクスルの回転から同じ距離にある。だが、凧力発電機では、凧の移動にさまざまに連動させるため、この距離を変えるのも有効であり得る。

ロープの相対的な長さを変える方法を変更するため、付加的な装置をクランク軸に取付けることもできる。例えば、凧の引きが高い引きから低い引きへと移行する運動サイクルの一部を短縮したり、それらが強い引きあるいは弱い引きの時に、期間の長さを延長するのも、有効であり得る。これを行う別の方法は、タイミングベルトの使用により、クランク軸と同期化して回転する、そしてそのサイクルの一定の期間、凧のロープを通常の直線から逸らし、それらを短縮させる、第２の装置をクランク軸に導入することである。

円滑な動作を保証するため、フリーホイールをクランク軸に追加してもよい。

クランクピンより多くのロープを接続するための選択肢を備えるため、単一のディスクあるいはデュアルディスクをクランク軸の正面に追加してもよい。単一のディスクでは、ディスク後部はロッドによりクランクピンへと接続されているため、クランク軸の動きは、ディスクのうずまき旋回運動を引き起こす。その後、クランクピンを増やすことなく、多くのロープを使用することができるよう、ディスクのどこにでもロープを取付けることができる。ロープの動きのピッチや動きのタイミングを変えるため、ロープは、ディスク上のスライダーに取付けることもできる。ロープの組を正面および後部ディスクの同じ場所に取付ける一方、それらを互いに相対的に移動することができるようにするため、第２のディスクを、クランクピンの第２のセットに接続して、第１のディスクと反対のパターンにこれをキャリブレートすることもできる。

ロープを螺旋のどの部分にでも取付けられるよう、またそれらの相対的な位置を容易に調整できるようにして、設定値の微調整を容易にするため、クランク軸は螺旋形状にしてもよい。螺旋状のクランク軸では、ロープは、クランク軸での軸受の容易な位置調整を可能にする、クイック解放システムを内蔵した軸受により取付けることもできる。また、クランク軸のスピン方向に軸受が回転できるよう、螺旋状のクランク軸と軸受との間に設置する、角度のついた“サドル”装置を使用するのも有効であり得る。

クランク軸の代わりに、はずみ車システムを使用してもよい。はずみ車は、自転車におけるフリーホイールシステムと同様に動作するため、これは、他の方向ではなく、１つの方向または回転におけるアクスルに接続される。ロープ上でさまざまな力を生み出すサイクルを通る、１本のロープ上の単一の凧からのエネルギーを活用するため、このシステムの簡単なバージョンを使用することもできる。ロープの引きが強い時には、はずみ車がアクスルを回転させ、ロープの引きがそれほど強くない時には、単一または複数のアクスルの連続回転をそれほど減速せずに、スプリングまたは錘がロープを引くように、このロープをはずみ車に取付けられる。もう少し複雑なバージョンでは、幾つかのはずみ車を１つまたはそれ以上のアクスルに取付けることができる。

異なる風速でも、発電をより効率的に続けることができるよう、ギヤリングシステム、理想的には自動ギヤシフトの付いたものを追加することもできる。

発電は、従来の方法を幾つもちいたクランク軸の回転からでも、例えば、従来の交流電源をもちいてでも、行うことができる。

リールとロープ
数多くの装置を、本システムの効率および便宜性を改善するために使用するリールおよびロープに組込んでもよい。

凧力発電機で直面する問題の１つは、ロープが風に引きずられて、ロープの動きに対する凧の応答において、弾性の部分が生じる傾向があることである。この傾向を減らす１つの方法は、ロープを普通の軽量のスリーブに設置することで、全てのロープが同じ抗力をこうむるようにすることである。このスリーブは、風の抵抗を減らすため、先細りにしてもよい。強く、より一定の風という利点を利用するため、凧を高高度い揚げることができるようにする上で、シースの使用は特に有効であり得る。凧が大きいほど、ロープにかかる力と比較して、風の抵抗とロープの伸びは小さくなるため、高高度に達するのが容易になる。

個々のスプールの周りに、あるいは同じスプールの異なる区域に、多くのロープを一緒に巻き付けることができるリールを、製作してもよい。個々のスプールの場合、１本またはそれ以上を他とは独立して巻き付けることができるよう、これらをリールのアクスルへと個々にロックすることも、有効であり得る。引き出しを手動制御せずに自動的に凧を発進させることができるよう、摩擦を適用するための装置をリールに組込むのも有効であり得る。

凧のロープをクランク軸のスプール上に取付けることもできる。これらのスプールをクランク軸にロックすることができる場合には、クランク軸もリールとして使用することができ、個々のリールの必要を取除くことができる。

１つまたは複数の凧にクランク軸からの直線のロープを追従させるのは、凧のロープにとって常に便利とはいえない場合もある。例えば、クランク軸を建物に収容したいとか、あるいは多くのロープを一緒にまとめて、空中での障害物を減らしたい、あるいはロープが同じ方向からクランク軸に近づくようにしたい、といった理由のために、こうしたことが起こる場合もある。こうした場合には、コーナーでの効率の損失を最少限にしながら、前進、後退する一方ので、ロープがコーナーを曲がることができるようにするため、プーリー装置を使用することもできる。

凧力発電機の装置および方法の特定の例を、以下に提示する：

図１は、クランク軸１のサイクルを通した発電プロセスを説明したもので、凧の面（または凧の翼）の風に対する角度がフラッピングサイクルを通じて変更される、凧２、３を備えたシステムを示している。要約すると、翼が風に対して直角に広がる時、それらはクランク軸１を強く引き出し、翼が折り畳まれる時、それらはクランク軸Aによりそれほど強くなく引込まれ

図１は、各位置に、クランク軸１にかかる正味の反時計方向の力があることを実演するため、サイクル中の４つの位置（ＡからＤと記載されている）を説明したものである。明確さを追加するため、２つの中間位置（Ａ２およびＢ２）も示している。実線の矢印は力を示し、矢印の幅は力の強さに比例している。曲がった破線の矢印は、クランク軸１の動きを示している。

図１では、クランク軸の回転中心には、５つの先端を備えた星形の印が付いている。第１の凧２へのロープには、それらがクランク軸のクランクピンに取付けられる場所が円型の点で示されている。もう１つの円型の点は、第１の凧２へのロープのうち１本が凧２の翼２aに取付けるため、分かれている場所が示すのに使用されている。第２の凧３のロープの取付けも、そのロープを見分ける助けとなるよう、同様に図示されているが、円型の代わりにダイヤ型が使われている。

クランク軸が回転するにつれて、凧２、３がフラッピング運動を通る、図１の簡略な概観から、個々の凧２、３の翼2a、3aが互いに近づいては離れてゆく凧を見てとることができる。この構成でのフラッピング運動は、鳥は空における位置を変えるためにエネルギーを使っているのに対して、翼の付いた凧２、３が空における固定された位置をエネルギーに変化することを除けば、鳥の飛行と同様である。

図１は、本発明の動作原理を示したものである。一般に、風の中における凧２、３の抵抗を、そのため、凧のロープにかかる引きの強さを変えるような方法で、ロープが互いに対して相対的に引込まれ、引き出される。クランク軸１等の地上にある装置は、凧のロープにかかる力のサイクルを回転へと変換しながら、凧のロープの相対的な位置と、そして凧２、３の方向および形状の制御も行っている。引き出し線、あるいは繋留ロープが引き出されるにつれて、第２の線、あるいは動力ロープが地上に近づくことにより、個々の凧は風に対して直角に保たれ、強い引きを生み出している。サイクルが進行するにつれて、繋留ロープは引き戻され、これを動力ロープが追従している。サイクルのこの段階では、動力ロープは地上から離れてゆきつつあり、これにより凧は風に対して低抵抗の位置をとることになり、ロープと凧を相対的に容易に引くことができる。

この図に関連して、２個の凧２、３が空中に（すなわち、風の中に）上がっているのを見て取ることができる。一方の凧３が風によりクランク軸から離れて引かれてゆくにつれて、そのロープはクランク軸１のクランクピンを引張り、これを回転させる。各々のロープが互いから若干オフセットされたクランクピンに取付けられているという事実により、各々のロープのクランク軸１からの距離に差が生じている。この差が、凧３に取付けられているロープに凧の形状を変えさせる。図１では、凧３の形状が変わっていくと、風に対する抵抗が増し（すなわち、翼３ａが互いに離れてゆき）、クランク軸が引張って一回転させるのが示されている。

同時に、他方の凧２は、そのロープによりクランク軸１に向かって引張られつつある。各々のロープが互いから若干オフセットされたクランクピンに取付けられているという事実により、各々のロープのクランク軸１からの距離に差が生じている。この差が、凧２に取付けられているロープに凧の形状を変えさせる。風に対する抵抗が減じる（すなわち、翼２aが互いに近づいてゆく）ように、凧２の形状が変わってゆき、それをクランク軸の方向に引っ張ることができるようになるのが示されている。

（凧２、３を揚げることができる）風がいくらかでもある限り、クランク軸１を連続的に回転させることができ、すなわち、電力を継続的に発電することができる。一方の凧の抵抗が増して、クランク軸を引張って一回転させると、他方の抵抗が減じるため、これがクランク軸に向かって引っ張られることができるようになる。一方の凧がクランク軸を引張って一回転させてしまうと、クランク軸の動きによりその形状が変わり、抵抗が減じて、それがクランク軸へと引張られる。同時に、抵抗が減じることにより凧がクランク軸へと引張られると、このクランク軸の動きにより凧の抵抗が増して、クランク軸を引張って一回転させる。これは連続的なサイクルであり、凧とクランク軸の両方に循環する力のパターンを伝えていることが理解できるであろう。

電力は、適切な装置をクランク軸に取り付ける（例えば、ある種の発電機にクランク軸を組込む）ことにより、生み出すことができる。

前述した通り、クランク軸は１つの凧のみにより回転させることができるが、クランク軸の動きは、２個またはそれ以上の適切に接続された凧により、より円滑である。

図２は、クランク軸１のレイアウトを説明したものである。このクランク軸は、クランク軸１の“メインジャーナル”と称される、回転アクスル４を備えている。クランク軸には４個のクランクピン５、６、７、８が装備されており、これに４個のロープ９、１０、１１、１２が取付けられる。（図１に示されるような）第１の凧２の中心への繋留ロープ９は、第１のクランクピン５により取付けられている。第１の凧２の翼２ａへの動力ロープ１０には、印が付けられており、第２のクランクピン６に取付けられている。第２の凧３には、第３のクランクピン７へと取付けられた繋留ロープ１１と、第４のクランクピン８に取付けられた動力ロープ７が装備されている。矢印は、クランク軸１の回転方向を示している。

図３は、本発明の別の実施例を説明したものである。この実施例では、２個の凧２０、２１を再度もちいて、凧２０、２１に取付けたロープとクランク軸１のクランクピンによりクランク軸１を回転させている。ただし、（図１に示したものと同様）クランク軸１の回転により変わってゆく凧２０、２１の形状の代わりに、本実施例での凧２０、２１は剛性の状態に留まる。凧２０、２１は、ステップＡからＤおよび中間的なステップＡ２およびＢ２に見てとれるように、急降下サイクルを経過する。ロープは、クランク軸１の回転により、凧が風に向かう角度がわるよう、各々の凧の前方および後方に取付けられている。凧は、風に対して低アタック角の時には引込まれ、高アタック角の時には引き出される。

実線の矢印はクランク軸１に作用する力を示し、矢印の幅はその力の強さに比例する。この力は常に作用して、クランク軸１に、曲がった破線の矢印により示される指定の角度での回転をもたらしていることが、見てとれるであろう。

図１では、クランク軸の回転中心には、５つの先端を備えた星形の印が付いている。第１の凧２０へのロープには、それらがクランク軸１のクランクピンに取付けられる場所が円型の点で示されている。第２の凧２１のロープの取付けも、そのロープを見分ける助けとなるよう、同様に図示されているが、円型の代わりにダイヤ型が使われている。

まず、２個の凧２０、２１は空中に（すなわち、風の中に）揚がっている。一方の凧２１が風によりクランク軸１から離れて引かれてゆくにつれて、そのロープはクランク軸１のクランクピンを引張り、これを回転させる。各々のロープが互いから若干オフセットされたクランクピンに取付けられているという事実により、各々のロープのクランク軸１からの距離に差が生じている。この差が、凧２１に取付けられているロープに凧の方向を変えさせる。図３では、風に対する抵抗が増す（すなわち、凧が風に対してより直角になる）ように、凧２１の形状がかわってゆき、クランク軸１を引張って一回転させるのが示されている。

同時に、他方の凧２０は、そのロープによりクランク軸１に向かって引張られつつある。各々のロープが互いから若干オフセットされたクランクピンに取付けられているという事実により、各々のロープのクランク軸１からの距離に差が生じている。この差が、凧２０に取付けられているロープに凧の方向を変えさせる。風に対する抵抗が減じる（すなわち、凧が風に対してより平行になる）ように、凧２０の形状が変わってゆき、それをクランク軸１の方向に引っ張ることができるようになるのが示されている。

図１に示した実施例での場合と同様、連続的なサイクルが実現され、クランク軸が連続的に回転し、電力を継続的に生み出すことができるよう保証していることが理解されるであろう。

第３の実施例では、凧は剛性の状態のままに留まり、凧が左右に方向転換されることにより、電力が生み出される。この選択肢は図示されていない。

上記の実施例では、凧は適した設計であればどのような設計でもよいことが理解されるであろう。例えば、凧は、当業において知られているように、ボックス型凧でも、デルタ翼でも、パラフォイルでも、固定翼でもよい。

図４は、本発明の別の実施例を示したもので、これまでの図で示し、関連する説明をした２個またはそれ以上の個別の凧の代わりに、単一の複合凧３０を使用する。複合凧３０の動きの３次元上の性質を示すため、風と太陽が図の左から来るものと仮定して、凧３０には影を付けてある。そのため、凧３０の影になっている部分が、凧３０の“後部”である。

凧３０には、中心部材３１が含まれ、中心部材３１の側面には、３個の“翼”または“フラップ”３２が装備されている。凧３０は“うずまき旋回運動”を経過するが、これには、翼３２を側面で折り返した状態での前進と、側面を広げた状態での後退を伴う、各側面の前進、後退が含まれる。うずまき旋回運動は、図にＡ−Ｆのステップで示してある。

凧の中心部材３１は、図４に円として示している。これには、３個の翼３２を互いに固定した距離に保つ、簡単な構造の円材を含めてもよい。ただし、凧３０に付加的な揚力と安定性を与えるために、中心部材３１に若干の付加的な面を組込むのも有効であり得る。これらの面は、ボックス凧構造や、テトラヒドラ型凧セルの構成等、安定性と揚力に関連する、適切な凧設計を使用してもよい。

翼３２は、中心部材３１のエンジンの周囲におおよそ等しい距離をおいて、中心部材３１の側面に取付けられる。各々の翼３２は、２本のロープに取付ける。第１のロープは中心部材３１上、または近辺に取付けられるため、凧３０の中心部材３１の周縁の動き（と、総合的に、凧３０の全体的な動き）を制御する。第２のロープは、中心部材３１から離して、翼３２に取付けられ、フラップ運動とアタック角を制御する。
これらのロープはクランク軸３３上のクランクピンに、図１および図２で説明した個別の凧と同様の原理により取付けられる。凧の周縁上または周縁の近辺に取付けられるこれらのロープは繋留ロープであり、翼に取付けられるロープが動力ロープである。

凧３０の一方の側面の翼３２を全て広げる（すなわち、一般には中心部材３１に対して平行になる）と、ロープ上に外側への強い引きが生じ、凧の側面は後方へと強く引かれ、クランク軸３３の回転が生じる。同時に、クランク軸３３の回転により、凧３０の反対側は前方に引張られる。クランク軸３３の回転により、翼３２がこの反対側の側面で折り返され、クランク軸３３から離れる（すなわち、これは中心部材３１に対して平行でなくなる）。凧３０のこの反対側の空気抵抗がこれにより減り、凧が空中を通って引張られるのを容易にする。同時に、クランク軸３３の回転により、３個の翼３２のうちの別の翼がクランク軸３３の方向に折り畳まれたことになる。クランク軸３３がさらに回転すると、この翼が開かれ、これにより、それが取付けられている凧３０の側面の空気抵抗が増す。

各々の翼３２は、クランク軸３３から離れて折り畳まれ、中心部材３１に平行に伸び、クランク軸３３に向かって折り畳まれ、中心部材３１に平行に伸び、クランク軸３３から離れて折り畳まれる、といった、循環的な運動をこうむることが見てとれるであろう。各翼３２のサイクルは他の翼とは位相がずれており、すなわち、１つの翼３２がクランク軸３３を引張って回転させると、別の翼は折り畳まれて離れ、他３０の１つの側面がクランク軸３３の方向へと引張られることができるようになり、一方の残りの翼３２はクランク軸３３を引張って回転させるために開かれる準備が整い、それが続いてゆく。この循環的な運動により、他は連続的に空中でうずまき旋回を行い、これによりクランク軸３３は継続的に回転する。これにより、電力を継続的に発電することができる。電力は受動的に発電される、すなわち、凧３０が揚がっている時には、凧やクランク軸３３を外部から制御する必要はまったくない。

図５は、本発明の別の実施例を示したものである。この実施例では、複合凧が使用される。ただし、図４の複合凧とは対照的に、図５の複合凧では、翼の代わりにうずまき旋回リングを用いる。

図５を参照して、凧４０は、リングまたは織物４３のスカートにより接続された２個のフープ４１、４２を含む。凧４０は、３組のロープ４４によりクランク軸３３に取付けられており、第１のフープ４１に取付けられた各組の繋留ロープがクランク軸３３に近い場所に配置され、第２のフープ４２に取付けられた動力ロープはクランク軸３３から離れた場所に配置される。

うずまき旋回スカート４３とフープ４１、４２の構造には、第１のフープ４１を横切ってのびるボックスセル４５の配列が装備されている。ボックスセル４５は、テトラヒドラ設計のものであり、凧４０の構造全体に揚力と安定性を与えている。ボックスセルの第２の配列は、第２のフープ４２に装備することもできる。

クランク軸３３が回転するにつれて、繋留ロープおよび動力ロープの相対的な位置は、これまでの図に関連して説明した実施例の凧での場合と同じ方法で変わる。ロープ４４が引き出されると、動力ロープがスカート４３を引込み、第１のフープ４１の１つの側面へと引張り、これにより強い引きが生じる。動力ロープが繋留ロープに対して繰出されると、スカート４３は風に対して後退し、これにより、ロープが引込まれると、小さな抵抗が生まれる。

スカート４３の運動は連続的であり、クランク軸３３を継続的に一定の回転方向へと引込む。すなわち、電力を継続的に生み出すことができる、ということである。

図６ａおよび図６ｂは、多くのロープ５２の組を多くの凧または単一の複合凧に取付けることができるようにするための、クランク軸５１に説明された装置５０を示したものである。図６ａはこの装置の斜視図を示したものであり、図６ｂは装置の側面図を示したものである。

この装置は、２個の剛性ディスク５３、５４、またはその他の円形の構造で構成されている。第１のディスク５３は、クランク軸５１の隣に配置されており、３個のロッド５１ａによりクランク軸５１の３個のクランクピンに取付けられる。第２のディスク５４は、クランク軸５１から離れた所に配置され、第１のディスク５２が第２のディスク５４とクランク軸５１との間にくるようになっている。第２のディスク５４は、他の３個のロッド５１ｂにより、クランク軸５１の他の３個のクランクピンに取付けられる。ディスク５３、５４は、ディスク５３、５４の周囲が一方の側面と近くなり、他方の側面から離れるようなやり方で、クランク軸５１に接続される。

クランク軸５１が回転すると、ディスク５３、５４は図４および図５の凧と関連して接続したのと同様にうずまき旋回運動を経過する。既知のディスク５３、５４の一方の側面がクランク軸５１に近づくと、他方の側面は離れる。２個のディスク５３、５４が出会う場所は、ディスク５３、５４の周囲をまわって移動する。

装置５０の目的は、多くの凧のロープを、多くのクランクピンを必要とせずにクランク軸５１に取り付けられるようにすることである。ディスク５３、５４のうずまき旋回運動のために、適切に配置されたロープをもちいて、ロープが取付けられる凧と同様のうずまき旋回（または循環）運動が維持することができることが見てとれるであろう（図には凧は図示せず）。多くのロープをもちいて、装置５０を単一の複合凧に接続し、凧およびクランク軸５１に作用する循環するパターンからはずれた力を円滑化すすることができる。あるいは代替的に、多くのロープをもちいて多くの凧およびクランク軸を取付け、凧およびクランク軸５１に作用する循環するパターンからはずれた力を円滑化することができる。前述したように、多くの可部品を備えた複合凧をもちいて、あるいは複数の凧をもちいて回転を生み出すのは、多くの気筒を装備することにより燃焼エンジンをより円滑に動作させるのと似ている。

図７は、ウエーブパターンに追従する凧の例を示したものである。説明を簡単にするため、凧５５は単一のウェービングシートとして示したが、実際には、通常、この凧はエアロフォイルの断面を備えるように製作する必要があるであろう。例えば、凧は、７組の繋留ロープ５６により、クランク軸５７に取付けられている。繋留ロープのそれぞれの組のうち１つは凧の前縁に接続されており、他方は第１のロープの背後の後縁に接続されている。７組のロープは、ウエーブ運動を規則的に行うため、凧の長さにそって適切な位置に接続されている。ロープおよびクランク軸の構成は通常対称であるため、凧の左側と右側で同じ運動が起こる。

クランク軸が回転すると、代替的なロープ、数組のロープが前縁を前方、下方に引張る一方で、後縁は解放されるため、凧のこれらの部分は小さな抵抗により前方へと滑空する。同時に、凧の他方はこの反対のことを行い、前縁の繋留ロープが外側へと移動する一方で、後縁の繋留ロープは引張られ、下降するため、凧のその部分が風を捉えて、後方へと力強く移動することが可能となる。後方へと引張られる力は引きによる滑空より強いため、クランク軸は継続的に回転するよう強いられる。

ウエーブパターンは、充分に屈曲するが過度ではないよう選択した強度の、可とう性の前縁の円板をもちいることで、より高い信頼性をもって行うことができる。凧の断面図、特に繋留ロープが接続される場所を、円板で補強するのも、有効であり得る。

図８は、通風口付きの凧の例を示したものである。説明を簡単にするため、この凧の構造は、３個の平面通風口、パネル、または排熱口、５８として示している。実際には、各通風口はエアロフォイルである場合もあり、この凧には、凧全体が空中に留まり、静止したやり方で挙動するようにするための、その他の構造も組込まれることになる。例えば、凧は、６個の繋留ロープ５９により、クランク軸６０に、６個のクランクピン、３組をもちいて接続される。ロープの各組は、一方を前方近くに、もう一方を後方近くに、１つの通風口に取付けられる。クランク軸が回転すると、各通風口は引き下ろされ、前方のクランク軸の方向へと引張られた後、前方の繋留ロープが、次に後方の繋留ロープが外側に引張られ、通風口が風をとらえると、強い力で後方へと上昇、下降する。外側への引きが内側への引きより強くなるため、クランク軸は他のシステムと同様のやり方で回転する。

図９は、凧６２の動作、すなわち、これが通ってゆく、破線６１で図示した、空中での８の字を描く動きを示したものである。図示した凧はデルタ翼だが、このシステムは他の設計であっても機能する。図示した簡単な例では、凧には、凧のいずれの側面にも１本ずつ、２本のロープ６３が取付けられている。これらのロープは、クランクピン２個でクランク軸６４に取付けられている。凧が空を横切る動きは、あらゆるスタント凧の飛行家にとって馴染みのものとなるであろう。右側のロープを繰出すと、凧は勢いよく上昇し、回り、弧を描いて下降する。その後、右側のロープを引き始めると、左側のロープが繰出され始め、凧はもっと穏やかに８の字の左の外側へと移動し、凧は再び勢いよく引張られ、左側の弧の上部を回り、８の字の中心を通って下降する。このシステムは、もっと多くのクランクピンによってクランク軸に取付けられた２本またはそれ以上のロープをもちいて、より効果的に制御することもできる。

この運動サイクルには、大きな８の字が含まれ、この場合、クランク軸はゆっくりと動く必要があり、回転速度を発電機で通常使用する速度へと増加させるには、ある種のギヤリングが通常必要とされる。ただし、右側の凧およびロープの構成を指定して、８の字のサイクルを引き締まった、素早いものにすることもできる。

図１０は、基本的なオートジャイロの構成を示したものである。この図は、運動サイクルでのある位置を示したものであり、単一のオートジャイロのみを示したものである。ただし、大半の凧力発電機の構成に適用される理由のため、回転を円滑にするためには、通常、もっと多くのクランクピンをもちいてクランク軸にいくつかのオートジャイロを取付ける必要があるであろう。このオートジャイロは、軸６６の上部の回転するプロペラ６５で構成され、これは、このシステムの安定性を保証する助けとなる。安定性の助けとするため、軸の底部にフラグ６７を取付けてもよい。オートジャイロは、軸の異なる位置に取付けられている２本のロープ６８により、クランク軸６９に取付けられる。クランク軸が回転すると、軸の角度が変わる。軸の角度が変わると、オートジャイロにより生み出される揚力に顕著な効果を及ぼし、揚力におけるこの振動は、クランク軸の回転を保つのに利用される。オートジャイロの軸の角度の変化が過度にならないかぎり、また軸が常にまっすぐになっているか、後方に傾いているかぎり、オートジャイロは安定状態に保たれる。軸を前方に引張るためのロープを装備すると、不安定になるため、これは装備されていない。

図１１は、空気より軽い物質を充填した、張力をかけたエアロフォイルの簡単な例を示したものである。このエアロフォイルは、パラフォイルおよびその他の膨らませたエアロフォイルを建造するための既存の技法と、張力をかけたエアロフォイル凧を建造するための既存の技法とを組み合わせたものである。図では、エアロフォイルは、エアロフォイル形状セルにより、パラフォイルと同様の方法で建造している。空気をセル７３に入れて、それらが充填され、形状を維持するようにすることができるパラフォイルと異なり、図１１のエアロフォイルには、空気より軽い物質が充填され、密封されている。
風船の性能を向上させるため、空気より軽い物質を充填したパラフォイルには、多くの例がある。ただし、張力をかけたエアロフォイルの方が、きつく引張られ、より平面的な形状へと引き伸ばされ、この方が通常の翼のエアロフォイルに近いため、はるかに良くその形状を保つ。引き伸ばしはさまざまな方法で行うことができる。図では、エアロフォイルの中心から、軸７０を差し込んだ後、数本のロープ７１を用いてエアロフォイルの側面をきつく引張ることにより、これを行っている。エアロフォイルに張力をかける別の方法は、炭素繊維製のロッドをエアロフォイルの外側の周りに折り曲げることである。内部の張力ロープにより、形状の規則性をさらに改善することができる。内部に空気より軽い物質を保持するエアロフォイルの形状および容量を生み出すため、もっと多くのロープまたはスペース取り用ロッドをもちいて、２枚またはそれ以上の織物を適当な形状へと引き伸ばすことにより、セルを使用せずに、張力のかかった、空気より軽いエアロフォイルを建造することも可能である。エアロフォイルの形状は張力により維持されるため、空気より軽い物質をなんらかの圧力下におく必要はなく、これは、空気より軽い物質が充填された従来のパラフォイルの性能を害する形状を作るのを避ける助けとなる。

凧の暴風における遂行能力にとって、エアロフォイルの比較的無駄のない形状を維持することは重要である。形状に空気より軽い物質を充填しながら、形状を保つため、軽量のマイクロ細孔格子材料を凧に組込むことは、可能である。こうした格子の例として、例えば、軽量の発泡体に空気より軽い物質を充填して、これも空気より軽い膜状材料となった、エアロゲルがある。

凧力発電機には、前述したさまざまな設計および機能を組み合わせたものを組込むことができることが理解されるであろう。

前述した実施例を例によってのみ提示したことが理解されるであろう。後述する請求項により定義される本発明の範囲から逸脱することなく、これらおよび実際にその他の実施例にはさまざまな修正を加えることができることが、理解されるであろう。

２つのフラッピング凧、４本のロープ、および４個のクランクピン付きのクランク軸１個を備えた実施例をもちいて、凧力発電の基本原理を示したものである。 クランク軸の例を詳細に示したものである。 図１の実施例と同様のものを示したものだが、ただし凧が通るのはフラッピングサイクルではなく、急降下サイクルである。 １つの複合“うずまき旋回凧”、６本のロープ、および６個のクランクピン付きのクランク軸１個を備えた実施例を説明したものである。 複合凧の別の実施例を説明したものである。 ａおよびｂは、クランク軸と凧との間に配置する、クランクピンの数を増やさずに多くの数のロープを使用できるようにするための装置を説明したものである。 複合凧の第３の実施例を説明したものである。 複合凧の第３の実施例を説明したものである。 発電に使用できる、凧が空中を移動し、そうしながらある力のパターンを通ってゆくシステムについて説明したものである。 オートジャイロ型凧の使用について説明したものである。 空気より軽く構成したエアロフォイル形状の例について説明したものである。

Claims (45)

1. 発電機において、
   凧と、ロープと、可動装置とを含み、
   前記凧は前記ロープにより前記可動装置に接続され、
   ここで前記凧の形状または方向は、第１の循環する力のパターンを前記可動装置に伝えるため、使用時に、前記ロープを通じて変更可能であり、
   前記可動装置が循環的な方法で動き、電力を生み出すよう、前記第１の循環する力のパターンが構成されていることを特徴とする発電機。
2. 前記凧の方向または形状を変更するために、第２の循環する力のパターンを前記凧に伝えるよう、前記可動装置の動きが前記ロープを通じて配列され、
   前記凧が、前記第１の循環する力のパターンを前記回転可能な装置に伝えるよう、前記凧の方向または形状の変更が構成される、請求項１に記載の発電機。
3. ２本のロープで、前記可動装置が前記凧に接続されている、請求項１または請求項２に記載の発電機。
4. 前記可動装置が回転可能な装置であり、
   前記２本のロープが各々、前記回転可能な装置の異なる位置に接続されている、請求項３に記載の発電機。
5. 前記２本のロープが第１のロープおよび第２のロープと定義され、
   ここで前記第１のロープは前記回転可能な装置上の第１の位置に取付けられ、
   前記第２のロープは前記回転可能な装置上の第２の位置に取付けられ、
   前記第１の位置は、前記回転可能な装置が電力を発電するために動く際の回転方向において、前記第２の位置より前にあり、そして、
   前記回転可能な装置が回転して前記第１のロープを引込み、前記第２の循環する力のパターンを前記凧に伝えると、前記凧の少なくとも１つの部品が前記回転可能な装置へと引張られ、前記凧の前記の方向または形状が変更されて、前記凧の流体抵抗が減じるように、また
   また前記回転可能な装置が回転して、前記第１のロープを繰出すと、前記凧の少なくとも１つの部品が前記回転可能な装置から離れる方向へと移動することができるようになり、前記凧の前記の方向または形状が変更されて、前記凧の流体抵抗が増加し、前記第１の循環する力のパターンを前記回転可能な装置に伝えるように、
   前記２本のロープが前記凧に取付けられる、請求項４に記載の発電機。
6. 前記回転可能な装置がクランク軸であり、
   前記２本のロープの各々が前記クランク軸のクランクピンに接続されている、請求項５に記載の発電機。
7. 前記２本のロープが第１のロープおよび第２のロープと定義され、
   ここで前記第１のロープは第１のクランクピンに取付けられ、
   前記第２のロープは第２のクランクピンに取付けられ、
   前記第１のクランクピンは、前記クランク軸が電力を発電するために動く際の回転方向において、前記第２のクランクピンの前にあり、そして、
   前記クランク軸が回転して前記第１のロープを引込み、前記第２の循環する力のパターンを前記凧に伝えると、前記凧の少なくとも１つの部品が前記クランク軸へと引張られ、前記凧の前記の方向または形状が変更されて、前記凧の流体抵抗が減じるように、また
   また前記クランク軸が回転して、前記第１のロープを繰出すと、前記凧の少なくとも１つの部品が前記クランク軸から離れる方向へと移動することができるようになり、前記凧の前記の方向または形状が変更されて、前記凧の流体抵抗が増加し、前記第１の循環する力のパターンを前記クランク軸に伝えるように、
   前記２本のロープが前記凧に取付けられる、請求項６に記載の発電機。
8. １本のロープにより凧に接続されている可動装置をもちいて電力を発電する方法であって、
   流体の流れの中に前記凧を配置し、前記凧が前記可動装置に逆らって動くようにさせる工程と、
   前記凧の形状または方向における変化を利用して、第１の循環する力のパターンを前記可動装置に伝え、前記可動装置を動かし、それにより電力を発電する工程とを含む、電力を発電する方法。
9. 前記可動装置の動きが、第２の循環する力のパターンを前記凧に伝え、その形状または方向を変更させる、請求項８に記載の電力を発電する方法。
10. １つの段階における前記装置の動きが、前記凧に、その形状または方向を変更させ、前記凧の流体抵抗を減らし、前記凧の少なくとも１つの部品を前記可動装置へと動かす、請求項８または請求項９に記載の電力を発電する方法。
11. １つの段階における前記装置の動きが、前記凧に、その形状または方向を変更させ、前記凧の流体抵抗を増加させ、前記凧の少なくとも１つの部品を前記可動装置から離れる方向へと動かし、前記可動装置を動かす、請求項８から請求項１０のいずれかに記載の電力を発電する方法。
12. 前記凧が前記の流体の流れの中に配置された後、前記回転可能な装置の回転が自動的に始められる、請求項８から請求項１１のいずれかに記載の電力を発電する方法。
13. 前記凧が、空気、水、またはいずれかのその他の気体または流体を含むグループのうち１つにおいて配置される、請求項８から請求項１２のいずれかに記載の電力を発電する方法。
14. 前記回転可能な装置の動きを利用して電気を発電する、請求項８から請求項１３のいずれかに記載の電力を発電する方法。
15. 振動する運動サイクルを通ってゆく１個またはそれ以上の凧に接続された、１本またはそれ以上の繋留ロープ上のさまざまな規則的な力のパターンを電力に変換する装置をもちいて、風のエネルギーを利用することを特徴とする発電機。
16. 前記変換装置がクランク軸であり、各々の繋留ロープがクランクピンに取付けられている、請求項１５に記載の発電機。
17. 前記変換装置が前記凧の挙動も、したがって、力のパターンも制御する、請求項１５または請求項１６に記載の発電機。
18. 各々の凧が、クランク軸上のクランクピンに取付けられている、第１の凧の繋留ロープ（または繋留ロープのセット）を装備しており、このクランク軸は、電力を発電する際の、前記クランク軸の回転方向において、前記第２の凧の繋留ロープ（または繋留ロープのセット）用のクランクピンの前に配置されている、また
    前記２本の繋留ロープ（または繋留ロープのセット）が、前記凧の、前記クランク軸が前記第１の繋留ロープ（または繋留ロープのセット）を引込む際に、前記凧が前記の空中で低抵抗で前方へと動かされるような、またこの第１の繋留ロープ（または繋留ロープのセット）が引き出される時に、前記凧が強い引きを生じるような位置に取付けられている、請求項１７に記載の発電機。
19. 前記変換装置が前記の１個または複数の凧を制御する必要なしに、前記の１個または複数の凧が、前記変換装置により利用される、独立したさまざまな力のパターンを維持する、請求項１５または請求項１６に記載の発電機。
20. 中心線、中心体、または中心点を中心として関節でつながっており、これにより、凧にかかる抗力および／または揚力を変動させる、周辺部品を含む凧。
21. 中心の真下から直接、あるいは中心を通って、ショルダーへと上がり、その後、上から翼へと下がる、中心部分に取付けられた１本の繋留ロープ（または繋留ロープのセット）と、翼端近くに取付けられた第２の繋留ロープ（または繋留ロープのセット）とを備えた、
    前記の凧または複数の凧の周辺部品が、中心線および／または中心体上に蝶番が付いていて、上下および／または前後に動く翼のように挙動する、請求項２０に記載の凧。
22. 前記凧が請求項２０または請求項２１の凧である、請求項１５ないし請求項２１のいずれかに記載の発電機。
23. 安定した中心点の周りをうずまき旋回する凧において、
    周辺に取付けられた２本またはそれ以上の繋留ロープを備え、
    またフラップ、翼、スカート、摺動構造等の結果、前記凧の形状を備え、
    その結果、一方の側が強く引張られ、反対側がそれほど強くない力で引張られると、また、前記凧の形状が変わるにつれて、前記力のパターンが前記凧の周りで移動すると、前記凧の側面から揚力および／または抗力が変わることを特徴とする凧。
24. 前記凧が請求項２３の凧である、請求項１５ないし請求項１９までのいずれかに記載の発電機。
25. 前記凧に内在する自然に変わってゆく力の結果として、あるいは繋留ロープの位置が変化する結果として、繋留ロープが取付けられている前記凧の部分がウエーブパターンのさまざまな段階を通るにつれて、繋留ロープにかかる力が変わるように、ウエーブパターンで形を変える凧。
26. 前記凧が請求項２４の凧である、請求項１５から請求項１９までのいずれかに記載の発電機。
27. 前記１個または複数の凧が前記の１本または複数の繋留ロープにかかる力を変動させるように、
    前記１個または複数の凧が、流れに対して直角な軸でスピン運動を通る、請求項１５から請求項１９までのいずれかに記載の発電機。
28. 前記１個または複数の凧が、風に対するそのアタック角における規則的な変動を含む運動サイクルを通り、それにより、抗力および／または揚力のために、前記１本または複数の繋留ロープにかかる力において規則的な振動が引き起こされ、これは、運動サイクルにある程度の失速が含まれる場合には、強調される場合がある、請求項１５から請求項１９までのいずれかに記載の発電機。
29. 前記１個または複数の凧が、さまざまな力を生み出すために開閉される通風口またはフェザーを組込むように建造される、請求項１５から請求項１９までのいずれかに記載の発電機。
30. 前記１個または複数の凧が、飛行のさまざまな段階で、その繋留ロープ上にさまざまな力を生み出す、空を通って規則的な運動パターンを通る、請求項１５から請求項１９までのいずれかに記載の発電機。
31. 前記１個または複数の凧が、オートジャイロ型の凧であり、またそのアタック角を変え、それにより、生み出された前記揚力と、前記の１本または複数の繋留ロープにかかる引きとを変える、請求項１５から請求項１９までのいずれかに記載の発電機。
32. その設計に、弱風および強風時、あるいは無風時に、空気より軽い構造および／またはマストおよび／または自動検索装置および／または運動逆転および／または自動調整および／または自動折り畳みをもちいて、前記凧がアイドル状態にとどまることを可能とするための機能が組込まれている、請求項１５から請求項３１までのいずれかに記載の発電機または凧。
33. 前記の１個または複数の凧が低速風時に空中にとどまることができるようにするため、空気より軽い物質が前記の１個または複数の凧の構造および設計に組込まれている、請求項１５から請求項３２までのいずれかに記載の発電機または凧。
34. 張力の利用および／または内部の軽量の換気扇構造および／または発泡体等のマイクロ細片格子材料、および空気より軽い物質の充填、を通じて構造化された、エアロフォイルまたはフェザー形状。
35. 前記凧に、請求項３４に記載のエアロフォイルまたはフェザー形状が装備されている、請求項１５から請求項３３までのいずれかに記載の発電機または凧。
36. 弱風および強風時、あるいは無風時に、自動的に凧を繰り込み、風が再び動作可能な強さに戻った時に前記凧が自動的に再発進されるような方法で、前記凧を自動的に受台内に捕獲する
    装置が組込まれている、請求項１５から１９、２２、２４、２６から３３、または３５のいずれかに記載の発電機。
37. 前記凧に、可とう性材料、変更構造、伸縮可能な繋留ロープ、および縮小を選択した繋留ロープを変更するための装置の使用を通じて、自動折り畳み機構を組込むことにより、
    前記凧が、その形状を柔軟に変更すること、弱風時には揚力および／または抗力を上げ、暴風時には揚力および／または抗力を下げること、前記凧が動作する天候ウインドーを拡大すること、および前記凧の織物に対する損傷を減らすことを可能とする、請求項２０から請求項３１までのいずれかに記載の発電機または凧。
38. 微風または無風時に、前記凧にその運動サイクルを逆転させ、それにより、空中に留まるための揚力を生み出すため、クランク軸を反対方向に駆動するのに、電気、重量システム、あるいは人力等、なんらかの形の動力を適用できるように適応される、請求項１６から１９、２２、２４、２６から３３、または３５から３７のいずれかに記載の発電機。
39. 引きが強い状態と弱い状態の間を移行する際に費やされるサイクルの比率を減らすために、前記クランク軸にかかる相対的な力に影響を与えるため、前記繋留ロープの相対的な運動または長さを変えるための装置を前記クランク軸に追加する、請求項１６に記載の発電機。
40. 追加される装置に、前記クランク軸と同期化して動き、前記繋留ロープをその通常位置から押し引きする、レバーまたは楕円形または同様の形状のディスクを組込むことにより、それらの相対的な長さおよび前記凧の挙動を変化させる、請求項３９に記載の発電機。
41. さらに、クランク軸の正面に、前記クランク軸に取付けられたロッドに接続された、１個またはそれ以上の剛性ディスクからなる装置を組込み、
    前記の１個またはそれ以上のディスクが前記クランク軸の動きとそろってうずまき旋回させ、
    これにより、前記繋留ロープが、周縁であれその他の場所であれ、前記の１個またはそれ以上のディスク上のどの位置にでも取付けられるようにし、
    それにより繋留ロープおよびその相対的な動きに関して完全な柔軟性を提供する、請求項１６に従属するいずれかの請求項に記載の発電機。
42. 前記変換装置が、１つまたはそれ以上のアクスル上にある１個またはそれ以上のはずみ車で構成され、
    前記の１本または複数の繋留ロープが強く引き出された時には、はずみ車がアクスルを回転させ、前記の１本または複数の繋留ロープがそれほど強くない力で引き出された時には、前記の１つまたはそれ以上のアクスルの連続回転の速度をそれほど緩めずに、スプリングまたは錘が前記の１本または複数の繋留ロープを引込む、請求項１５に記載の発電機。
43. 全ての繋留ロープが、個々の繋留ロープの抗力を合わせた抗力より少ない、単一の均一な抗力の下に置かれるよう、また前記繋留ロープのからまりを減らすように、１個またはそれ以上の凧の前記繋留ロープを収容する、軽量で流線形のスリーブまたはロッド。
44. さらに、請求項４３に記載の機能を含む、請求項１５から１９、２２、２４、２６から３３、または３５または３６、３９から４２のいずれかに記載の発電機。
45. 前記クランクピンを、迅速にロック、アンロックすることができ、ロック時には、前記クランク軸の回転により前記繋留ロープが繰り込まれるようなスプールとして設計することにより、
    クランク軸がリールとしても機能する、請求項１６に従属するいずれかの請求項に記載の発電機。

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