JP2014515459A - 風力モータ - Google Patents

Abstract

風力モータは、ポスト（１）、塔または他の支持構造、少なくとも一対のシャフト（４、５）を支持する底面部（２）、各シャフト（４、５）に設けられた少なくとも１つのロータ（６）、ロータ（６）の回転を同期する機構、底面部（２）に固定された前面シールド（７）、ポスト（１）、塔または支持構造に対する底面部（２）の自由回転を可能にする手段、ロータシャフト（４、５）の一方または同期機構によって駆動される、少なくとも１つの電気発電機または機械エネルギーを変換する別の装置、およびロータによって供給されるエネルギーによって駆動される慣性体を含む。
【選択図】 図５

Description

本発明は、風力によって駆動される同期風車の１つ以上のアセンブリからなる電気または機械発電機に関する。

エネルギーの需要の増加に伴い、新規なエネルギー源の研究、および既存のエネルギー源の最適化が求められている。風は、自然によってもたらされるものとすると、いくつかの利点、例えば、コストのかからない巨大な力を有する。

風車は古くから存在し、様々な種類のいくつかの風力発電機または風力モータが説明されている。最も一般的なタイプは、ブレードの軸が風の方向と同軸上にあるブレードの組によって駆動される発電機からなる、殆どの風景に見られる発電機である。

このような発電機の例は、特許文献１に見られる。

別のタイプの発電機は、風の方向に対して垂直な垂直軸を中心に回転する、多数の風受け面からなる発電機である。

特許文献２または３には、このようなタイプの発電機が記載されている。特許文献４には、特許文献３に記載されているタイプのブレード発電機をそれぞれの高さに備えている、１つ以上の高さを有する発電機が記載されている。同様の解決策が、駆動要素群が１つの軸に沿って配置されている特許文献５に見られる。

特許文献６には、進入する風を案内して最適化するハウジングを備えた、一組のブレードが異なる高さに配置されて螺旋を形成している家庭用風力発電機が記載されている。

特許文献７にも、風の方向に対して垂直な軸を備えた発電機が記載され、この発電機では、複数組のブレードが１つのシャフトの異なる高さに配置され、各組が、他の高さのブレードの組に対して角度がオフセットされて配置されている。

他のタイプの風力発電機または風力モータは、異なる幾何学的シャフトを有するモータ本体を備える風力発電機または風力モータであり、このような幾何学的シャフトは、共有機構によって同期される。本体が同期されるこのような発電機の例が、特許文献８に見られるが、この場合、発電機の軸は、風の方向と同軸上である。

特許文献９には、結合機構によって同期される、各本体に１組以上のブレードを備えた垂直軸上の異なる本体からなる発電機が記載されている。特許文献１０には、歯車機構によって同期される３つの垂直本体のアセンブリからなる発電機が記載されている。

特許文献１１には、自由回転する垂直シャフト上に配設された、空気入口および空気出口を有する本体を備えた風力エネルギー収集器が記載され、この収集器では、案内装置が、構造に固定された風向板、およびこのようなエネルギーの受け器に運動を伝達する歯車またはプーリを備えている。

特許文献１２には、二重ロータおよび流入案内部を備えた垂直軸風力発電機が記載され、この発電機は、外側ハウジングの外側に沿って空気を案内してロータを駆動する外側ハウジングによって部分的に覆われた、同期された一対の垂直軸ロータを備えている。

スペイン実用新案第１０４７４７３号明細書 スペイン実用新案第１０２８８８２号明細書 スペイン特許第１０４９３１１号明細書 スペイン特許第１５０８３７号明細書 スペイン特許第２１０９１７３号明細書 国際公開第２００８／０６２０９３号パンフレット 国際公開第２０１０／０１９２５１号パンフレット 欧州特許第００５０８９１Ａ１号明細書 スペイン実用新案第１０５３７７２号明細書 スペイン特許第２０４９５６８号明細書 スペイン特許第２５９８８０号明細書 欧州特許第００６４４４０号明細書

提案する発明は、低コストで以前のモデルによる解決策を単純化し、しかもメンテナンスが容易くなった、複数の同期ロータを備えた風力モータからなる。

特に、本発明を、以下を備える風力モータとして説明する：
・ポスト、塔または他の支持構造；
・少なくとも２つの離隔した垂直シャフトにおける２つ以上のロータを備えたパワーヘッド；このようなヘッドは、その前端部における支持構造に対するリンクを備え、かつこのような支持構造を中心に自由に回転することができ；このヘッドの質量中心の位置および空力学により、このようなヘッドを常に風に面した状態に維持する。このようなパワーヘッドは、少なくとも以下の要素を備える：
〇底面部；
〇上面部；
〇本質的にＶ字形の前面シールド；および
〇ロータアセンブリを同期する機械装置；
〇ロータの１つのシャフトまたは機械同期装置によって駆動される機械出力装置；この機械出力装置は、電気発電機または任意の他の機械システムとすることができ；
底面部および上面部は、ロータおよび「Ｖ」字形前面シールドの支持構造を形成し；底面部と上面部との接続および固定は、上述の「Ｖ」字形前面シールドおよびロータのシャフトを用いて、または外部ブラケットによって達成することができる。

本発明の風力モータは、慣性体も備える。慣性体は、同期機構の一部であっても良いし、またはクラッチ装置によって同期機構に結合しても良い。

以下の説明を例示するために、本発明の必須の動作を示す５つの図面を含む、４頁の図面が本明細書に添付されている。

図１は、同期機構を備えた支持底面部またはプラットホームの上に配設され、２つの同期ロータを備えた、本発明の風力モータの第１の見本の構成の略斜視図を示している。 図２は、図１の図面に類似しているが、ロータが、風向板を備えた上面部で覆われている略斜視図を示している。 図３は、図１の図面に類似しているが、ロータが、相補的な位置にする、異なる高さのブレードの組を備えている図を示している。 図４は、図１のロータアセンブリ、およびロータの組の中心領域に対する風から保護する部分シールドの略平面図を示している。 図５は、図４の図面に類似しているが、図示されているロータが、異なる高さにおいて相補的なブレードを有し、第１の高さが実線で示され、第２の高さが点線で示されている略図である。

説明した風力モータは、垂直軸上にブレード（８）を有する一対のロータ（６）の少なくとも２本のシャフト（４、５）を支持する底面部（２）を備えたポスト（１）、塔または他の支持体に装着される。通常は、風力モータは、ロータ（６）のシャフト（４、５）の支持体として使用される上面部（３）も有する。ロータ（６）のシャフト（４、５）は、同期される対応する機構に結合される。底面部（２）は、ポスト（１）に対して自由に回転できるように配設される。上面部（３）は、風向板として使用される少なくとも１つの案内要素を備える。

好ましい実施形態によると、各ロータに設けられる各組のブレードの数は３つである。

前面シールド（７）も設けられている。ロータは、この前面シールド（７）によって保護されていない外側ブレード（８）で風を受け取り；前面シールド（７）は、本質的にＶ字形または楔形であり、風に対する抵抗が最小である。内側部分（ロータシャフト間に位置する領域）に位置するロータ（６）のブレード（８）は、風に対して反対方向にオフセットされ、前面シールド（７）の影響により、風が当たらない。

好ましくは、各シャフト（４、５）は、異なる高さに位置し、かつ低い位置にあるブレードに対して一定角度オフセットされている２組以上のブレード（８）を備えている。このオフセットは、両側におけるブレードの組が受け取る推進力を長期に亘って一定に保つのに役立つ。１組のブレードが、その一方のブレードが風の作用を受ける場合、受け取る力は、ブレードに対する風の進入する角度によって異なる。９０度の角度が、最大の効果をもたらす。しかしながら、前進すると、風に当たるブレードの突き出た部分が小さくなり、そしてこの突き出た部分は、出現し始める次のブレードによって、一定程度減少する（経路の逆の部分では、ブレードは、前面シールド（７）に隠れて保護されている）。さらに、各対のロータ（６）のブレード（８）が、戻り経路（ブレードが同じ距離を移動する）で交互に戻るように交互に配置されているとすると、一方のブレードに当たる風が最大になると、他方のロータのブレードに当たる風は最小となる。したがって、異なる高さで逆の状態になると、一方の高さのロータ（６）の一方が、最大の風を受け、他方が、最小の風を受けることが便利である。他方のシャフトのロータ（６）と同期されるこの配置は、２つのシャフトのバランスが取れ、不必要な応力を回避することができる。

既に述べたように、シャフト間に同期機構が存在する。ある選択肢によると、同期機構は、互いに連結された一対のクラウン歯車（９）からなる。しかしながら、このような連結および同期は、中間機構を介して、直接的な噛合によって、または駆動チェーンもしくはベルトによって実現することもできる。

運動エネルギーは、電気発電機または機械エネルギーを変換する他の装置によって使用され、このような電気発電機または装置は、ロータシャフト（４）の少なくとも一方、またはこれらのシャフト（４）の少なくとも一方に結合された外部シャフトに連結することができる。

この機械アセンブリは、通常は１つ以上のフライホイールを備える、ロータ（６）のシャフト（４）によって直接的または間接的に運動する慣性体を含む。好ましくは、慣性体は、少なくとも１つのクラッチ装置によって同期機構から係合解除される。好ましくは、このクラッチは自動であって、風の作用によって運動するロータの速度が慣性体の速度よりも速くなると、クラッチ装置が両方の機構を係合させ、ロータの速度が遅くなると両方の機構を係合解除する。

上面部および底面部、そして前面シールド（７）からなる構造は、風のエネルギーを効率的に使用するために風を適切に案内することができる側面スポイラ（１０）も備える。さらに、これらのスポイラは、風に面するパワーヘッドを適切に位置合わせする風向板としての別の機能も有する。

前面シールド（７）は、ロータ（６）のブレード（８）に対する風の進入する角度を大きくする、または小さくするために、一定の角度まで開閉することができる。

第１の選択肢によると、前面シールドは、その前面シールドを構成する２つの側面部を分離する、電気モータによって駆動されるウォーム歯車（１１）を用いて開けられ、この開く角度は、関連するセンサによって検出される、風の速度、従ってロータの回転速度によって決まる。しかしながら、例えば、ロータの回転速度と同期される牽引力を加えるプーリによって駆動されるケーブルを用いる他の可能な方法も存在する。ケーブルが使用される場合、ケーブルは、電気モータによって駆動しても良い。開度は、図４に示されており、点線は、大きい開度（当たる風が少なく、ブレードが保護される程度が大きい）を示し、実線は、小さい開度（当たる風が多く、ブレードが保護される程度が小さい）を示している。

Claims (11)

1. 風力モータであって：
   ・ポスト（１）、塔または他の支持構造；
   ・少なくとも一対のシャフト（４、５）を支持する底面部（２）；
   ・前記各シャフト（４、５）に設けられた少なくとも１つのロータ（６）；
   ・前記ロータ（６）の回転のための同期機構；
   ・前記底面部（２）に固定された前面シールド（７）；
   ・前記ポスト（１）、塔または支持構造に対して前記底面部（２）の自由回転を可能にする手段；
   ・前記ロータシャフト（４、５）の一方または前記同期機構によって駆動される、少なくとも１つの電気発電機または別の機械−エネルギー変換装置；および
   ・前記ロータによって供給されるエネルギーによって駆動される慣性体を特徴とする、風力モータ。
2. 前記ロータ（６）の前記シャフト（４、５）および前記前面シールド（７）を保持する上面部（３）も特徴とする、請求項１に記載の風力モータ。
3. 風向板として機能する少なくとも１つの案内装置を備える上面部（３）を特徴とする、請求項２に記載の風力モータ。
4. 三角形または楔形である前面シールド（７）を特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の風力モータ。
5. ２組以上のブレード（８）を有するロータを特徴とし、前記２組以上のブレード（８）がそれぞれ、異なる高さに配設され、隣接する高さにおける前記ブレードに対して角度がオフセットされている、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の風力モータ。
6. 前記ロータ（６）の回転を同期する前記機構が、互いに連結された、対応するシャフトに設けられたクラウン歯車（９）からなる、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の風力モータ。
7. 前記同期機構および／または前記ロータシャフトから前記慣性体を係合解除するクラッチ装置を備える慣性体を特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の風力モータ。
8. 調整可能な側面スポイラ（１０）も備えることを特徴とする、請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の風力モータ。
9. 風力および／または前記ロータ（６）の回転速度に基づいた開閉機構を備える前面シールド（７）を特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか１項に記載の風力モータ。
10. 電気モータによって駆動されるウォーム歯車からなる前面シールド（７）開閉機構を特徴とする、請求項９に記載の風力モータ。
11. 前記ロータ（６）の回転速度と同期される牽引力を加えるプーリによって駆動される１組の引張りケーブルからなる前面シールド（７）開閉機構を特徴とする、請求項９に記載の風力モータ。

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