JP2013526671A - 風車、回転翼および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、エネルギーを流体媒体から抽出する、または、流体媒体へ放つ１つまたは複数の翼を有する回転部を含む、液体媒体と相互作用するための回転装置に関する。翼は、回転翼軸に沿って螺旋状または渦巻き状に延在する。翼の突出部は、中心点の周りに渦巻く連続的に狭くなるストリップを平面内に形成する。翼は膜のようなのもが好ましい。側面図で見られるように、翼は、流体媒体の下流側に位置する円錐形端部を有する。
【選択図】なし

Description

本発明は回転翼ユニットに関する。本発明はさらに、流体相互作用装置に関する。

多くの異なるタイプの風力タービンが知られている。これらの風力タービンの各々は、特定の利点を備えたそれ自身の作動原理を有する。本発明は、従来技術において利用可能でない特定の利点を備えた異なる作動原理を提供する。

本願と同じ出願人の名前の国際公開２００８／０６０１４７号パンフレットから、本発明の態様の基本バージョンを含む風車が知られている。

本発明の目的は、この文献に関する複数の改良を提供することである。

本発明はこの目的のために、流体媒体を用いるエネルギー変換を実現するための少なくとも１つの回転翼または回転羽根を含む回転翼ユニットにおいて、回転翼の形態が以下の特徴、すなわち、
−回転翼は中心軸の周りに螺旋形状であることと、
−翼は、中心軸から中心軸に沿って実質的に延在し、翼は平面内に画定可能で、その平面から三次元の螺旋形状に変形させることができることと
を含む回転翼ユニットを提供する。

そのような回転翼ユニットの利点は、流体の流れをほとんど妨げずにエネルギー伝達が可能な、媒体との相互作用を提供することである。吸引作用には例えば回転翼ユニットが備えられており、それによって単位面積当たりの効率が比較的高い。この吸引作用により、流体の流れに対していかなる角度でも効率が維持される操作が可能になる。回転翼ユニットはさらに、風向計がなくても自動的にそれ自体方向づけることができる。

第１の好ましい実施形態は、本発明による風車を含む、すなわち、
−表面上に風車を取り付けるためのスタンドと、
−回転翼に関して回転自在にスタンドを取り付けるための回転手段と、
−運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機アセンブリ。
本実施形態によって、本発明の回転翼を使用する構造を提供するための実際的な実施形態を提供する。

さらに好ましい実施形態によれば、本発明によるそのような風車は、回転翼の前方端部または後部をベース部と連結するための少なくとも１つの連結アームを含む。このため、補強を与える実際的な方法が可能になる。そのような補強により、望ましくない振動を防止およびまたは減少させ、回転翼と風車の残りの部分との組合せに、より硬さを与える。

さらに好ましい実施形態によれば、回転翼は射出成形によって形成される。このため、回転翼は経済的に大量生産することができ、このことは比較的少数のバージョンに特に有利である。風車は数デシメートルから数十メータまでの形態で構想される。

さらに好ましい実施形態では、風車は中央回転翼アクセルを含む。この実施形態における主な利点の１つは、固有の硬さを提供するために、回転翼の深さの実質的な長さにわたり回転翼に硬さを与えることができることである。

さらに好ましい実施形態によれば、回転翼は中央回転翼アクセルに関して配置するための中央支持体を含む。この中央支持体は回転翼の硬さに寄与することができ、その製造中に回転翼と共に一体で製造することができる。しかしながら、回転翼の螺旋状の部分を製造した後に続いて、回転翼を組み立てる際にこれを中央支持体に連結することもできる。

いくつかの好ましい実施形態では、回転翼は中心軸の周りにл回延在する。このために、効率的な回転翼が提供される。その利点は、図面を参照する本文の残りでより詳細に説明する。

本発明による電気エネルギーの発生機能を提供するために、風車は以下、すなわち、
−交番磁界を提供するための、実質的にリング状の配列に配置された複数の固定マグネットと、
−電気エネルギーを発生させるための、リング状の配列の固定マグネットに関して同心状に配置された複数のコイルと
を含むリング状発電機を含む。

有利には、コイルはコイルコアの周りに配置されている。

さらに好ましくは、そのような風車において、コイルコアはＣ字形であり、巻線は優先的にＣの後部、および、さらに好ましくは固定マグネットに向けられたＣの脚部の周りに巻かれている。

そのような好ましい実施形態によって、電気エネルギーは効率的に、特に経済的に製造可能な発電アセンブリにおいて提供される。

さらに好ましい実施形態によれば、複数のコイルを可変的に切り替えるためのスイッチング手段が提供される。このために、風車は比較的低い風速で、および比較的高い風速で使用することができ、それによって電力と抵抗を変えることができる。

さらに好ましい実施形態では、回転翼は複合材料で製造される。このために、材料の階層構造に固有の硬さを与えることができる。そのような製造方法は螺旋形状で特に有利であることが分かる。

さらに好ましい実施形態によれば、風車はベース部に関して風車を強制的に回転させるための駆動機構を含む。この意味での駆動機構は、ベース部に関して風車を回転させるための機構として定義される。回転翼の特性のために、風車は特定の範囲内の風に対して自動的に方向づけられる。このために、駆動機構の実際的な利点は、風から実質的に９０度を超える角度で風車を指向させることが可能なことである。

さらに好ましい実施形態によれば、各回転翼は、円内に曲線を画定することにより、円形内に実質的に画定可能である。その曲線は実質的に円の中心から円の端部まで延在し、中心から、曲線と縁の端部とが実質的に交わる点まで放射状に直線が延在する。それによって、円は回転翼表面および切除表面に分割される。その利点は設定された効果をさらに改良することである。

さらに好ましい実施形態によれば、回転翼と切除表面との比率は、実質的に２対１である。このために３つの回転翼は、エネルギーを変換するための表面に対する、流体ｃａが受ける体積の最大比率である球体の半分の表面を提供する。

さらに好ましい実施形態によれば、各回転翼は膜、プレートのシートのように形作られている。このために、使用される体積に対してより広い表面の回転翼を提供することができる。

本発明による他の態様は、本発明による装置で適用するための、本発明による回転翼を提供する。

本発明による他の態様は、本発明による装置によってエネルギーを発生させるための方法において：
−装置を準備するステップと、
−装置に流体と相互作用させておくステップと、
−得られた電気エネルギーを移動させるステップと
を含む方法を提供する。

さらに好ましい実施形態によれば、回転翼が絡み合って螺旋状に組み立てられている中心線に関して、互いに等しい角度間隔をもって共通軸に沿って相互に配置されている複数の、好ましくは３つの回転翼を含む。このために、回転翼の１つの体積で、より大きな収率を達成することができる。他の利点は、流体の圧力が回転翼ユニットの翼上に、より均等にかかるため、より大きな安定性を達成することができることである。

本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、いくつかの好ましい実施形態に関して、より詳細に以下に記述する。ここでは、添付図を参照する。

図１は、本発明による第１の好ましい実施形態の図である。 図２は、表示線を備えた、図１に類似した好ましい実施形態の図である。 図３は、使用する位置における図２の実施形態の概略側面図である。 図４Ａ〜Ｄは、図２の実施形態の異なる図である。 図５は、本発明によるさらに好ましい実施形態の斜視図である。 図６は、本発明によるさらに好ましい実施形態の側面分解図である。 図７は、さらに好ましい実施形態の側面図の描写である。 図８は、さらに好ましい実施形態の描写である。 図９Ａは、図６の好ましい実施形態の回転翼についての側面図および正面図のＤＲ描写である。 図１０は、図６の好ましい実施形態の等角分解図である。 図１１は、図１０の詳細な等角分解図である。 図１２は、図１０による概略描写の分解図である。

本発明による第１の好ましい実施形態（図１）は、本発明による第１の好ましい実施形態による翼の描写の上面図に関する。これは、使用の位置において湾曲面を形成する面上に画定可能な翼であり、ライン３はシート１０が形成する湾曲面が周りに延在する直線を実質的に形成する。ここで、外部線１は「軸」３の周りを数回回る。図２は、この翼の画定のさらに好ましい実施形態の描写を示し、寸法を示すラインのいくつかの交点が画定されている。この好ましい実施形態では、翼表面１０は、座標系ｘ、ｙの周りに描かれている。曲線３は起点からの上向きの方向に延在し、下方へ曲がって距離ｘ１でＸ軸と交差する。距離ｘ１は距離ｘ３の１／４で、距離ｘ３は、曲線１が形成する円の周囲である。曲線３は、起点までの距離の半分である交点ｙ１でｙ軸と、および交点ｙ２で円１と交差する。曲線３はさらに、起点から、起点に対して距離ｘ３の３／４を除去した交点ｘ２でｘ軸と交差する。最後に曲線３は、点ｙとちょうど同じくらい起点から離れている点ｙ２でｙ軸と交差する。平面における羽根翼の領域のこのほとんど数学的な描写は、当然実際に近似できるのみである。この好ましい実施形態によれば、羽根翼は実質的にこのようにこの形態を有するが、製造技術の見解から必要であるという程度まで異なる。曲線のこの画定は例でしかなく、この画定は完全に曲線を決定せず、本発明の概念において、本発明に該当する操作を用いて、曲線１の円内に羽根翼を画定する他の曲線が存在することは可能である。

図２には、ローマ数字Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶによって示されている直線が描かれている。使用の位置における空間的方向をさらに説明するために、曲線を図３の概略側面図に示す。端部１、３および７はまた、空間形態におけるこれらの端部の位置を示すために、この図３に示す。空間的方向における翼の最も外側の端部としてさらに起点２を示す。他方の最外点４は他方の端部に位置している。ライン１は点２から点４に延びる。ライン７は点２から点５に延び、またライン３は点２から点４に延び、これは平面でも示す。羽根翼の構造を説明するために、それを図４Ａ〜４Ｄの４つの異なる方向で示す。図４Ａは図４Ｃ同様に側面図に関する。ここでの違いは、羽根翼の長手軸の周りに９０°回転していることである。図４Ｂは羽根翼の斜視図を示す。図４Ｄは正面図を示す。ここでは、この好ましい実施形態において、どのように中心軸３の周りの羽根翼の回転数が、わずかに３より大きいかを明確に示す。決定された好ましい実施形態では、中心軸の周りの羽根翼の回転数は、パイ回転になる。

図５は、先述したような羽根翼が風力タービンに組み込まれている実施形態の例を示す。これらの羽根翼のうちの３つがこの風力タービン１１に組み込まれ、等しい角距離で配置するために、その各々は中心軸１３に関して１２０°回転し、中心軸１３は各々の翼の端部３のうちの３つによって形成されている。風力タービンは、外リング１４の内部に回転自在に配置されている回転翼１２の周りに構成されている。回転翼の成形部は、固定ロッド１９によって回転翼１６、１７および１８に連結されている内リング１５である。外リングは、様々な方法で構成することができるスタンドに取り付けられている。スタンドは、地面または建物に全体を取り付ける働きをする。外リングは、示していない方法でスタンドに関して回転自在に取り付けられている。当業者はこの目的のために様々な軸受台を提案することができるだろう。

図６は、本発明による風力タービン１１１のさらに好ましい実施形態を示す。風力タービン１１１は、堅い地表面に連結されたベース部１２０を含む。回転ユニット１２１はベース部１２０上に配置されている。回転ユニットの上面は、ベース部に関して回転自在に配置されている。風力タービンの固定子を保持するためのリング１２２（断面で示す）は、回転ユニット上に配置されている。回転リング１２４は固定子リング１２２の中に配置されている。３つの回転翼１１２のユニットは回転リングの内部に配置されている。３つの回転翼１１２のユニットは中央回転翼シャフト１１３の周りに取り付けられている。回転翼シャフト１１３の前部は、回転ユニット１２１に回転翼シャフトを連結するために、支持体１１７の上面上に軸受で取り付けられている。

図７および８は、ベース部１３１と、ある程度まで先細りになるシャフト部１３２とを含む、回転翼シャフト１１３の好ましい実施形態を示す。３つの回転翼のユニットの中央支持体１３３は、シャフト部１３２に対して締り嵌めするために形成されている。これによって中央シャフトと回転翼ユニットとが良好に取り付けられている。

回転翼ユニット１１２は図９でより詳細に示す。回転翼ユニット１２が中央シャフトの周りにπ回巻かれた位置に、回転翼ユニット１１２は、その中心軸の周りに巻線を有する。これによって回転翼ユニットの長さが制限されたままとなる。図９Ｂでは、単一の螺旋を、翼１０１の次のライン１０４によって区別することができる。このラインは、翼１０１の最外点で始まり、この中心軸の周りに３６０°螺旋状に延びた後に中心軸で終わる。

発電機の態様は、図１０〜１２でより詳細に示す。風力タービンはベース部１２０上に配置されている。回転ユニット１２１は、自由回転するブッシュ１５６を上に取り付けた滑り軸受１５４を含む。ブッシュ１５６には、固定子リング１２２の下面外側をブッシュ１５６に取り付けるためのサドル支持体が取り付けられている。回転リング１２４は固定子リング１２２の内部に配置されている。回転リング上の固定子リングを保護するために、２つのダストカバー、外側用に１５１および内側用に１５２、が配置されている。

固定子リング１２２は、図１１により詳細に示す。固定子リングは、シャフト１４４によって相互に連結された２つのプリント基板１４３から構成されている。回転リングを支持するための案内車はシャフト１４４上に配置されている。固定子リングは複数の固定子ユニット１４５を含む。各固定子ユニットは、回転翼の方向に適した２つの外側端部１４６および１４７を含むＣ字形のスチールコアから構成されている。可変磁界に基づいて電流を発生させるために、各場合おいて巻線がＣの背部の周りに配置されている。可変磁界は当然、操作中、そばを移動する磁石によって発生する。固定子ユニットは例えば、鉄またはフェライトから製造される。

回転リング１２４は、底部１６１および２つの側壁１６２を有する実質的にＵ字形断面のホイール部分を含む。このリングには、Ｓ極１６３またはＮ極１６４を互い違いに有する永久磁石がある。

本発明は、いくつかの好ましい実施形態に基づいて上述されている。異なる実施形態の異なる態様が互いに組み合わせて記載されているとみなされ、そこには本明細書に基づいて当業者が行うことができる全ての組合せが含まれるべきである。これらの好ましい実施形態は、本明細書の保護範囲を限定しない。求める権利は、添付の請求項に定義される。

Claims (18)

1. 流体媒体を用いるエネルギー変換を実現するための少なくとも１つの回転翼または回転羽根を含む回転翼ユニットを含む風力タービンにおいて、回転翼の形態が以下の特徴、すなわち、
   −前記回転翼は中心軸の周りに螺旋の形状をしていること、
   −前記翼は、実質的に中心軸から前記中心軸に沿って延在し、前記翼は平面内に画定でき、その平面から三次元の螺旋形状に変形させることができること
   を含むことを特徴とする風力タービン：
2. 請求項１に記載の風力タービンにおいて、
   −地表面に前記風力タービンを配置するためのベース部と、
   −前記ベース部に関して回転自在に前記回転翼を配置するための回転手段と、
   −運動エネルギーを電気エネルギーに変換するための発電機アセンブリと
   を含むことを特徴とする風力タービン。
3. 請求項１又は２に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼の前面および／また背面を前記ベース部に連結するための少なくとも１つの連結アームを含むことを特徴とする風力タービン。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼が射出成形によって形成されることを特徴とする風力タービン。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、中央回転翼シャフトを含むことを特徴とする風力タービン。
6. 請求項５に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼が前記中央回転翼シャフトに関して配置するための中央支持体を含むことを特徴とする風力タービン。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼が前記中心軸の周りに１〜π回延在することを特徴とする風力タービン。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、
   −交番磁界を提供するための、環状配列で配置された固定マグネットと、
   −前記電気エネルギーを発生させるために、前記環状配列の配置された固定マグネットに関して同心状に配置された環状配列のコイルと
   を含む環状発電機を含むことを特徴とする風力タービン。
9. 請求項８に記載の風力タービンにおいて、前記コイルがコイルコアの周りに配置されていることを特徴とする風力タービン。
10. 請求項９に記載の風力タービンにおいて、前記コイルコアがＣ字形で、巻線が好ましくは前記Ｃの背部の周りに巻かれ、かつ、前記Ｃの脚部がより好ましくは前記固定マグネットの方に向けられていることを特徴とする風力タービン。
11. 請求項８乃至１０の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、複数のコイルを可変的に切り替えるためのスイッチング手段を含むことを特徴とする風力タービン。
12. 請求項１乃至１１の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼が複合材料から製造されることを特徴とする風力タービン。
13. 請求項１乃至１２の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、前記ベース部に関して前記タービンを強制的に回転させるための駆動機構を含むことを特徴とする風力タービン。
14. 請求項１乃至１３の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、実質的に円の中心から前記円の端部に延在する前記円内の曲線と、放射状に前記中心から実質的に前記曲線と円周との交点に延在する直線とを画定することにより、円形内に各回転翼を実質的に画定でき、前記円が回転翼領域および切除領域に分割されることを特徴とする風力タービン。
15. 請求項１乃至１４の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、前記回転翼領域と前記切除領域との比率が約２対１であることを特徴とする風力タービン。
16. 請求項１乃至１５の何れか１項に記載の風力タービンにおいて、各回転翼が膜、シート、または平板状のものであることを特徴とする風力タービン。
17. 請求項１乃至１６の何れか１項に記載の回転翼において、ものであることを特徴とする回転翼。
18. 請求項１乃至１７の何れか１項に記載の装置によってエネルギーを得る方法において、
    −前記装置を準備するステップと、
    −前記装置を流体と相互作用させるステップと、
    −得られた電気エネルギーを取り出すステップと
    を含むことを特徴とする方法。

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