JP5531113B2

JP5531113B2 - 縦軸可変形状式風力エネルギー収集装置

Info

Publication number: JP5531113B2
Application number: JP2012548925A
Authority: JP
Inventors: マイケルアーロン
Original assignee: マイケルアーロン; トミノ、マサオ・ジェリー
Priority date: 2010-01-05
Filing date: 2010-01-05
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2030-01-05
Also published as: CN102713264B; CA2779641C; WO2011084154A1; KR101409675B1; JP2013516579A; EP2521857B1; IL219930A0; EP2521857A1; AU2010340367B2; CN102713264A; AU2010340367A1; KR20120104397A; EP2521857A4; CA2779641A1

Description

本発明は、風力エネルギーを効率的に捕捉してそれを電力に変換する装置に関連する。

人類は歴史上連綿として穀物の製粉用、産業プロセスの動力源、また輸送用動力源として風力を使用してきた。現在使用されている化石燃料が欠乏とコスト高に向かう傾向からして、風力の発電用資源としての重要性は次第に高まりつつある。

現在普及している風力発電機の設計は伝統的な風車を用いるものであり、発電機と減速歯車を内包するナセル組立が風力で駆動される水平軸に接続された巨大なタービンブレード構造を有する高い塔の上部に設置されたものである。そうした設計が有効であるためには、大型な構造物とならざるを得ず、また、比較的高い平均風速が得られる地域に設置されることが求められる。そのような巨大な構造では、コスト的に個人用や小規模の協同組合用には設置は無理である。また、そのような装置を既存の電力グリッドに接続するためには、それらの装置は一般的にグリッドから遠く離れているので、必要な送電インフラを提供することに関連する追加コストが必要となる。

この種の設計の装置は、タービンブレードと減速歯車の構造的な限界の故に、風速が安全値を越えたとき待機モードに切り替える必要がある。他方で、この種の装置は起動時の慣性と摩擦力が大きいので、起動にはかなり高い風速しきい値を伴っている。

また、この種の設計に伴う構造の巨大さの故に、野生動物への脅威となったり、風景を損なうものと見做されることもある。さらに、タービンの高い翼端速度の故に発生する調和振動数が人間や野生動物に被害を及ぼすのではないかという疑いを述べる者もいる。

この発明は、サイズ的に上記のような風車設計に近づけることも可能である一方で、景観をも損なわない小型で、モジュラー的な設置も可能なように小型にすることも可能である。この設計には縦型の回転軸が用いられているので、既存の電柱を利用することが可能であり、従って新たな構造物の設置に伴う追加コストが発生しない。この発明は既存の電柱に取り付けることができるので、その電力出力は最短時間で最小コストで直接グリッドに接続することが可能であり、既存のインフラを利用することができる。

この設計には減速歯車が使用されないので、歯車を使用することから生じる摩擦損失もなく、従ってより効率が高い。この発明による設計では他の設計に比べて低い風速で作動するだけでなく、他の設計に比べてさらに高い風速でも使用可能であり、また、より低速の変動する風速状態でも総合的により高い動力を発生させることができる。

さらに、より強い風の状況下においては、この装置の構造がより強固な故に、他の設計の装置では通常運転不可能な最大風速条件でも作動可能である。

最近の電子工学と自動化された製造装置に付随した技術により、私の設計は普通の家屋の所有者や小規模の電力共済組合でも価格的に購入可能な価格を実現するための大量生産が可能であり、何百万もの人々に便宜をもたらすであろう。

本発明は、風の運動エネルギーを捕捉して、回転質量の形態における運動エネルギーに変換することを目的として設計されている。この変換は、広範囲の風速と変化する風の状態の下で可能な限り効率良くおこなわれるものである。さらに、本装置は、リアルタイムのセンサーデータを入力基準として使用するプログラムにより制御される機械的手段によって回転質量の運動エネルギーを最大にするように設計されている。本設計を最も際立たせているのは、リアルタイムのセンサーデータを入力基準として使用するプログラムにより制御される電磁的手段によって電気的出力に変換することを通じて、回転質量の運動エネルギーを選択的に捕捉する点である。

図1は、装置の斜視図を示す。図1Aは、装置の別の斜視図を示す。図2は、装置の右側面正投影図を示す。図3は、装置の左側面正投影図を示す。図4は、装置の正面正投影図を示す。図5は、装置の裏面正投影図を示す。図6は、装置の上面正投影図を示す。図7は、装置の底面正投影図を示す。図8は、静止組立の斜視図を示す。図9は、ローター組立の斜視図を示す。図10は、方向性風防組立の斜視図を示す。図11は、発電機の固定子部分組立を取付ける前の静止組立斜視図を示す。図12は、静止組立の上面拡大図を示す。図13は、静止組立中央部の拡大図を示す。図14は、発電機固定子部分組立支持構造の拡大図を示す。図15は、静止組立の底部拡大図を示す。図16Aは、取付済みで閉じられた状態における、発電機の固定子部分組立の斜視図を示す。図16Bは、取付中で開いた状態における、発電機の固定子部分組立の斜視図を示す。図17は、内側回転子ハブ構造の斜視図を示す。図18は、内側回転子ハブ構造の上部拡大図を示す。図19は、内側回転子ハブ構造の中央部拡大図を示す。図20は、内側回転子ハブ構造の下部拡大図を示す。図21は、内側回転子部分組立斜視図を示す。図22は、内側回転子ハブの接続を視線方向に向けた位置で示す、典型的な質量シフター部分組立斜視図を示す。図23は、内側回転子ハブの接続端を明示した状態の、典型的な質量シフター組立拡大斜視図を示す。図24は、外側回転子ハブの接続を視線方向に向けた位置で示す、典型的な質量シフター組立斜視図を示す。図25は、質量シフターの外部構造の上半分を取り除いた状態で部分的に断面を見せる、典型的な質量シフター部分組立拡大斜視図を示す。図26は、2つの質量シフター部分組立の斜視図を示す。図27Aは、移動質量が全展開された状態における、典型的な質量シフター組立右側面正投影図を示す。図27Bは、移動質量が全収縮された状態における、典型的な質量シフター組立右側面正投影図を示す。図28は、典型的な質量移動機構の拡大断面図を示す。図29Aは、離脱位置の永久磁石式発電機（PMG)アクチュエーター機構の拡大断面図を示す。図29Bは、係合位置の永久磁石式発電機（PMG)アクチュエーター機構の拡大断面図を示す。図30は、内側回転子部分組立の正面正投影図を示す。図31Aは、離脱位置の永久磁石式発電機（PMG)アクチュエーター機構の拡大図を示す。図31Bは、係合位置の永久磁石式発電機（PMG)アクチュエーター機構の拡大図を示す。図32は、典型的な電磁式発電機（EMG)の回転子取付ハブの拡大図を示す。図33は、内側回転子部分組立と静止組立を組み合わせた状態の斜視図を示す。図34Aは、内側回転子部分組立と静止組立を組み合わせた状態の、部分的正面正投影図を示す。図34Bは、離脱位置のPMGアクチュエーター機構を明示した内側回転子部分組立と静止組立を組み合わせた状態の、部分的正面正投影図を示す。図34Ｃは、係合位置のPMGアクチュエーター機構を明示した内側回転子部分組立と静止組立を組み合わせた状態の、部分的正面正投影図を示す。図35は、電力伝達/外部通信用スリップリングとピックアップの拡大図を示す。図36は、質量シフター制止板取付前の外側回転子構造の斜視図を示す。図37は、質量シフター制止板取付後の外側回転子構造の斜視図を示す。図38は、外側回転子構造と羽根支持構造部品の斜視図を示す。図39は、外側回転子構造と組付け済みの羽根支持部分組立の斜視図を示す。図40は、羽根支持部分組立/構造が組付けられた状態の外側回転子構造の斜視図を示す。図41は、典型的な羽根部分組立の斜視図を示す。図42は、典型的な羽根部分組立の拡大図を示す。図43は、羽根支持部分組立/構造と典型的な羽根部分組立が組付けられた外側回転子構造の斜視図を示す。図44は、外側回転子部分組立斜視図を示す。図45と46は、上部羽根保持構造を取付けた場合と取付けない場合の外側回転子部分組立の上面正投影図を示す。ここには図示の方向からの風をうけるための典型的な位置にある羽根を示す。図45と46は、上部羽根保持構造を取付けた場合と取付けない場合の外側回転子部分組立の上面正投影図を示す。ここには図示の方向からの風をうけるための典型的な位置にある羽根を示す。図47と48は、底部羽根保持構造を取付けた場合と取付けない場合の外側回転子部分組立の底面正投影図を示す。ここには図示の方向からの風をうけるための典型的な位置にある羽根を示す。図47と48は、底部羽根保持構造を取付けた場合と取付けない場合の外側回転子部分組立の底面正投影図を示す。ここには図示の方向からの風をうけるための典型的な位置にある羽根を示す。図49Aは、外側回転子部分組立を内側回転子部分組立に取り付ける状態を表す正面正投影図を示す。図49Bは、両回転子部分組立と静止組立を組み合わせた状態の斜視図を示す。図50Aは、風防支持構造（WSS)の斜視図を示す。図50Bは、方向性風防組立の斜視図を示す。図51は、典型的なA型連結構造部品の拡大図を示す。図52は、典型的なB型連結構造部品の拡大図を示す。図53は、風防支持構造（WSS)の上部内側ハブの拡大図を示す。図54は、風速計部分組立の拡大図を示す。図55は、風速検知機構の拡大部分断面図を示す。図56は、吸入口構造上部の拡大図を示す。図57は、風防支持構造（WSS)の底部内側ハブの拡大図を示す。図58は、方向性風防組立の右側面正投影図を示す。図59は、吸入口構造の静止組立への取付部の拡大図を示す。図60は、風速計回転子部分組立の拡大図を示す。図61は、風速計用電気的インターフェーススリップリングとピックアップの拡大図を示す。図62は、制御モジュールインターフェースの機能ブロック線図を示す。

［詳細な説明 - 図１−４４、４９A−６１ − 望ましい実施例］
本装置の説明は、3つの主な組み立てを順次に、説明の必要に応じてそれらの接続方法を示しつつ行うことが望ましいであろう。

図1と１Aは本装置の斜視図を示す。

図2、3、4、5、6、および7は、それぞれ本装置の右側、左側、正面、裏面、上部および底部の正投影図である。

図8、9、および10は、それぞれ静止組立101、回転子組立501、および方向性風防組立1001の斜視図を示す。

図11は、発電機の固定子部分組立117と119を取付ける前の静止組立101の斜視図を示す。図11に示した各部分組立は、静止組立の支持構造102、方向性風防組立の上部軸受103、回転子組立の上部軸受105、回転子組立の下部軸受111、発電機固定子支持構造109、方向性風防組立の下部軸受115、吸入口構造の軸受107、および電磁式発電機（EMG）の主直流電源106である。EMGの主直流電源106は、EMGによって発生された交流電圧を整流、ろ過して調整された直流電圧に変える機能を備えた電子部品より構成されており、全ての部品は環境的にシールされた匡体内に収められている。

図12は、静止組立101の上部拡大図を示す。静止組立の支持構造102は、中空または中実の剛性円筒構造物から成り、最高時速75マイル（120kｍ）の水平方向の風を受けても不適切な捻じれや揺れを生じないような充分な剛性によって、本装置全体を支持することができる。方向性防風組立の上部軸受103と回転子組立の上部軸受105の詳細が図示されている。これらの軸受は共に内側と外側レース部品から成り、内側レースはねじ（図示せず）によって静止組立の支持構造102に取り付けられている。外側レースは、静止組立の支持構造102の長手方向の軸線に対して同心的に自由に回転可能である。

図13は、発電機の固定子部分組立117,119を取付ける前の静止組立101中央部の拡大図を示す。発電機固定子支持構造109は、中央に位置した円筒形のハブより成り、その円周の90度間隔で4本の水平ビームが突き出した構造となっている。これらの4本のビームに加えて、その水平ビームから垂直方向やや下方にさらに4本のビームが設けられている。これらの4本のビームは、外向きかつ上向きに伸びて水平ビームの端部で一体となり、垂直方向の荷重を支えるようになっている。水平ビームの外端部からは垂直ビームが伸びており、それらは静止組立の支持構造102に向けて内側に伸びる組み付け用の短い突出部を数個備えている。発電機の固定子構造は、一体の剛性構造であり、ねじ（図示せず）によって静止組立の支持構造102に固定されている。発電機の固定子支持構造109と静止組立の支持構造102は共に固定されている。

図14は、発電機の固定子支持構造109の上またはその近傍に組付けられた各部分組立を明らにする拡大図を示す。回転子組立の下部軸受111と方向性防風組立の下部軸受115の詳細が図示されている。これらの軸受は共に内側と外側レース部品から成り、内側レースはねじ（図示せず）によって静止組立の支持構造102に取り付けられている。電力伝達/外部通信用ピックアップ部分組立113は、1本の垂直取付マストにねじ（図示せず）で固定され、密接に巻き付けられたコイルを形成する複数個の金属片から構成されており、その巻き付けられた金属片の自由端は回転子組立の下部軸受111の外周に対して内向きのばね力を自然に働かせるようになっている。取付マストは、本質的に電気的非伝導性の材料から成り、同マストは発電機の固定子支持構造109の頭部にある孔に取付られる。電力伝達/外部通信ピックアップ部分組立113は、発電機の固定子支持構造109に適切な接着剤で固定される。

図15は、静止組立101の底部拡大図を示す。吸入口構造の軸受107はここに詳細に図示されている。この軸受は内側と外側レース部品から成り、内側レースはねじ（図示せず）によって静止組立の支持構造102に取り付けられている。外側レースは、静止組立の支持構造102の長手方向の軸線に対して同心的に自由に回転可能である。

図16Aは、永久磁石式発電機（PMG）の固定子部分組立117と電磁式発電機（EMG）の固定子部分組立119の斜視図を示す。図16Aは、取付済みで閉じられた状態におけるこれらの固定子部分組立を示す。これらの永久磁石式発電機（PMG）の固定子部分組立117と電磁式発電機（EMG）の固定子部分組立119は、構造的に2つの半割部分から成り、それらはさらにねじ（図示せず）によって閉じられた円形構造を形成している。図16Bは、閉じられた状態の永久磁石式発電機（PMG）の固定子部分組立117と電磁式発電機（EMG）の固定子部分組立119を示している。これら2つの部分組立の構成は、他の部分組立が取りつけられた後にこれらの2つの固定子部分組立が組み立てられるという必要性に基づくものである。永久磁石式発電機の固定子部分組立117は、円盤形状に形成された非磁性体基板に組み込まれた個々の永久磁石から構成されている。従来の永久磁石式発電機には様々な設計があり、それぞれの使用目的により、個々の磁石の大きさ、個数、および取付方向などが異なるので、本明細書ではそれらの違いについては触れない。唯一求められるのは、永久磁石式発電機（PMG）の固定子部分組立117に組み込まれる磁石が固定子に対して近接位置で、ある相対速度で運動することにより伝導性巻線内に電流を誘起するような磁場を発生することである。永久磁石式発電機（PMG）の固定子部分組立117は、ねじ（図示せず）によって発電機の固定子支持構造109の水平方向の小さい突起のうち、一番高いところにある突起に取り付けられる。電磁式発電機（EMG）の固定子部分組立119は、円盤形状に形成された非伝導性体基板に組み込まれた伝導性の電線から構成されている。従来の電磁式発電機には様々な設計があり、それぞれの使用目的により、個々のコイルの大きさ、個数、および取付方向などが異なるので、本明細書ではそれらの違いについては触れない。唯一求められるのは、コイルが磁場を生み出している物体がコイルに対して近接位置で、ある相対速度で運動することによりコイル内に電流が誘起されることである。電磁式発電機（EMG）の固定子部分組立119が、複数個（本例の場合3個）、ねじ（図示せず）によって発電機の固定子支持構造109の３つの水平方向の小さい突起に取り付けられている。

図17は内側回転子ハブ構造503の斜視図を示す。内側回転子ハブ構造503は、伝導性風速計用電気的インターフェーススリップリング505と電力伝達/外部通信用スリップリング507とを、当該構造の頭部と底部とにそれぞれ適切な接着剤で固定して搭載した1個の非伝導性部材から成る。内側回転子ハブ構造503は、ハブ構造の外周から90度間隔で突き出した2組の4本ずつの水平ビームを備えている。これらの2組のビームに加えて、さらにもう2組のビームが垂直方向やや下方に設けられており、それらは外向きかつ上向きに伸びて水平ビームの端部で一体となり、垂直方向の荷重を支えるようになっている。それらすべての水平ビームの端部には、ねじ（図示せず）を取り付けるためのねじ穴が加工されている。これらの点は、内側回転子と外側回転子の接続点504と呼ばれる。コア内側回転子ハブ構造503は、内側回転子ハブ構造503を静止組立の支持構造102の外径の周りに同心状に取り付けられるような内径を有している。

図18は内側回転子ハブ構造503の上部拡大図を示す。ここには風速計用電気的インターフェーススリップリング505の詳細が示されている。

図19は内側回転子ハブ構造503の中央部の拡大図を示す。ここには複数個（本例の場合24個）の質量シフター接続ソケット506の詳細が示されている。典型的な質量シフター接続ソケット506は、質量シフター部分組立（図21、509参照）の一端を受けて固定するように、中空な円筒状に形成されている。

図20は内側回転子ハブ構造503の底部の拡大図を示す。ここには電力伝達/外部通信用スリップリング507と複数個（本例の場合4個）のPMGアクチュエーター重錘ハウジング接続ソケット508の詳細が示されている。典型的なPMGアクチュエーター重錘ハウジング接続ソケット508は、PMGアクチュエーター重錘ハウジング（図21、528参照）の一端を受けて固定するように、中空な円筒状に形成されている。

図21は内側回転子部分組立502の斜視図を示す。ここには複数個（本例の場合24個）の質量シフター部分組立509、制御モジュール511、PMG回転子部分組立513、複数個（本例の場合4個、図示されているのは3個）のPMGアクチュエーター重錘ハウジング528、および複数個（本例の場合4個）のEMG回転子部分組立515の詳細が示されている。質量シフター部分組立509は、質量シフター接続ソケットに挿入することによって内側回転子ハブ構造503に取り付けられている（図19、506参照）。制御モジュール511は環境的にシールされた匡体内に組み込まれた電気部品から成る。制御モジュール511の底部には溝が設けられており、内側回転子ハブ構造503の水平支持ビームの下部と合致して、固定される。制御モジュール511の頭部は制御モジュール取付カラーとねじ（図示せず）によって内側回転子ハブ構造503に固定される。PMG回転子部分組立513は、円盤状に成形された非伝導材の基板に組み込まれた伝導性の電線として成形された、非伝導材の基板に組み込まれた伝導性の電線の個別コイルから成る。従来の永久磁石式発電機には様々な設計があり、それぞれの使用目的により、個々のコイルの大きさ、個数、および取付方向などが異なるので、本明細書ではそれらの違いについては触れない。唯一求められるのは、コイルが磁場を生み出している物体がコイルに対して近接位置で、その磁場に対してある相対速度で運動することによりコイル内に電流が誘起されることである。EMG回転子部分組立515は、円盤状に成形された非伝導、非磁性物質の基板に組み込まれた個別の電磁石から成る。電磁磁石式発電機には様々な従来の設計があり、それぞれの使用目的により、個々の電磁石の大きさ、個数、および取付方向などが異なるので、本明細書ではそれらの違いについては触れない。唯一求められるのは、永久磁石式発電機（PMG）の固定子部分組立515に組み込まれる電磁石が固定子に対して近接位置で、ある相対速度で運動することにより伝導性巻線内に電流を誘起するような磁場を発生することである。

図22は、内側回転子ハブの接続端を明示した状態の、典型的な質量シフター組立509の斜視図を示す。ここには質量シフター外側構造517、質量シフター外側構造ガイド溝518、質量シフターモーターハウジング（固定子）519、質量シフターモーター回転子521、および質量シフター電気的インターフェースピン522の詳細が示されている。質量シフター電気的インターフェースピン522は質量シフターモーターハウジング（固定子）519の延長を助けると共に、質量シフター原点位置検知部品（図25、523参照）と制御モジュール（図21、511参照）との電気信号の伝導体の役割を果たす。

図24は、外側回転子ハブの接続を視線方向に向けた位置で示す、典型的な質量シフター部分組立509の斜視図を示す。

図25は、質量シフター部分組立509の拡大部分断面図を示す。本図では内部部品の詳細を見せるために、質量シフター外側構造517の上半分を取り除いてある。ここには質量シフターモーターハウジング（固定子）519、質量シフターモーターハウジングガイドキー520、質量シフターモーター回転子521、移動質量原点位置検出器523、移動質量525、移動質量ガイドキー526、および質量シフター駆動軸527の詳細が示されている。質量シフターモーターハウジング（固定子）519と質量シフターモーター回転子521は簡単な直流モーターを構成している。このモーターは、ガイドキー520が質量シフター外側構造ガイド溝に組み合わさるように、質量シフター外側構造517に挿入されている（図23、518参照）。モーターハウジングは適切な接着剤で所定位置に保持されている。質量シフター駆動軸527は、ねじ（図示せず）によって質量シフターモーター回転子521に接続されている。質量シフター駆動軸527はねじが切られている軸であり、一端は質量シフターモーター回転子521に接続されることにより支持されているが、他端は中空の円筒である移動質量525にねじ込まれている。移動質量525は鉛のような重い物質から形成されており、両端に質量シフター駆動軸527のねじと同じ直径で同じピッチのねじが切られたねじ穴を持つキャップを有する中空な円筒である。移動質量525は、移動質量ガイドキー526が質量シフター外側構造ガイド溝（図23、518参照）に嵌るように質量シフター駆動軸527にねじ込まれる。移動質量原点位置検知器は、非伝導材を円盤形に成形したものであり、質量シフター外側構造517の内周に切り込まれ延在する溝に嵌る外径を有し、適切な接着剤で所定位置に保持される。移動質量原点位置検出器523の円板中心には質量シフター駆動軸527が通過するような穴が設けられている。移動質量525に近接する移動質量原点位置検出器523の側面には、移動質量525の金属製エンドキャップが接触した時に電気回路を閉じるように2つの金属製スイッチ接点が設けられている。

図26は、2つの質量シフター部分組立509の斜視図を示す。

図27Aは、移動質量525が質量シフター駆動軸527の長手方向に沿って全展開した状態における、典型的な質量シフター組立509の右側面正投影図を示す。

図27Bは、移動質量525が質量シフター駆動軸527の長手方向に沿って全収縮した状態における、典型的な質量シフター組立509の右側面正投影図を示す。

図28は、典型的な質量シフター部分組立509の質量移動機構拡大断面図を示す。ここには質量シフター外側構造517、質量シフターモーターハウジング（固定子）519、質量シフターモーターハウジングガイドキー520、質量シフターモーター回転子521、質量シフター電気的インターフェースピン522、移動質量原点位置検出器523、移動質量ガイドキー526、および質量シフター駆動軸527の詳細が示されている。

図29Aは、離脱位置の永久磁石式発電機（PMG)アクチュエーター機構の正面拡大正投影断面図を示す。内側回転子部分組立502の構成が本質的に対称的である故に、この図は、右側、裏側、または左側正投影拡大断面図としても使える。ここには其々複数個（本例の場合4個、図示されているは2個）のPMGアクチュエーター重錘ハウジング528、PMGアクチュエーター重錘529、PMGアクチュエーター重錘ストップ530、PMGアクチュエーター重錘プーリー531、PMGアクチュエーター駆動ケーブル533、PMGアクチュエーター駆動ケーブル/回転子ハブ取付リング535、PMGアクチュエーター半径方向調芯ホイール537、PMGアクチュエーター離脱スプリング539、PMGアクチュエーター回転子/離脱スプリング取付リング540、及びPMGアクチュエーター離脱スプリング/内側回転子ハブ取付リング541の詳細が示されている。

典型的なPMGアクチュエーター重錘ハウジング528は、剛性材料を使用して一端に近く盲隔壁を設けた中空円筒である。隔壁には孔をあけて、PMGアクチュエーター重錘ストップ530を形成している。PMGアクチュエーター駆動ケーブル533はPMGアクチュエーター重錘ストップ530に設けた孔を通過する。典型的なPMGアクチュエーター重錘529は、鉛のような思い材料を使って典型的なPMGアクチュエーター重錘ハウジング528の内部を長手方向に自由に移動できるような外径を有する中実の円筒形に成形されている。典型的なPMGアクチュエーター重錘プーリー531は、表面に錆を生じないような材料を使ってPMGアクチュエーター駆動ケーブル533を正しく案内することができるようなＶ字表面を外周面に成形してある。典型的なPMGアクチュエーター重錘プーリー531は、その端部がPMGアクチュエーター重錘ハウジング528の内壁に挿入されて軸周りに回転する。典型的なPMGアクチュエーター駆動ケーブル533は、非弾性的な材料から成り、PMGアクチュエーター重錘529をPMGアクチュエーター駆動ケーブル/回転子取付リング535に接続するのに使われる。PMGアクチュエーター駆動ケーブル/回転子取付リング535はアイボルト型の部材であり、その取付軸はPMG回転子513の基板にねじ込まれる。典型的なPMGアクチュエーター回転子/離脱スプリング取付リング540はアイボルト型の部材であり、その取付軸はPMG回転子513の基板にねじ込まれる。典型的なPMGアクチュエーター離脱スプリング539は典型的なPMGアクチュエーター回転子/離脱スプリング取付リング540と典型的なPMGアクチュエーター離脱スプリング/内側回転子ハブ取付リング541の間を接続する。典型的なPMGアクチュエーター離脱スプリング/内側回転子ハブ取付リング541はアイボルト型の部材であり、その取付軸は内側回転子ハブ構造503の基板にねじ込まれる。

PMG回転子部分組立513のさらに詳しい説明により、それが3種類の形態に分かれることが明らかになる。PMG回転子部分組立513は前述のように中央に孔があいた皿型の構造を有しており、さらに主円板の内径から垂直に立ちあがる中空円筒部を有しており、その頭部には小さい円盤状の構造が設けられている。PMG回転子部分組立513全体が内側回転子ハブ構造503を取り囲んでいる。PMG回転子部分組立513の内径は、内側回転子ハブ構造503の長手軸に沿って自由に上下移動できるように、内側回転子ハブ構造503との間に隙間を保っている。PMGアクチュエーター半径方向調芯ホイール537は、PMG回転子部分組立513の小径円筒構造の外周上に90度間隔で取付られている。これらのホイールは、電気的伝導性金属で構成され、その軸芯がPMG回転子部分組立513の小径構造の内壁内に保たれるように取り付けられている。PMGアクチュエーター半径方向調芯ホイール537の直径は、PMG回転子部分組立513が内側回転子ハブ構造503の長手方向の軸芯に沿っていかなる位置にあっても、内側回転子ハブ構造503の基板に切られた溝に貫通でき、PMG回転子部分組立513と内側回転子ハブ構造503の間の半径方向の動きが限定されるようなものである。

PMGアクチュエーター半径方向調芯ホイール537が移動する溝は、内側回転子ハブ構造503の基板に張られた電気的伝導性金属から成る。PMG回転子部分組立513の内側回転子ハブ構造503の長手方向の軸芯に沿った移動は、PMGアクチュエーター重錘ストップ530によって、その下部（離脱）位置が限定される。PMG回転子部分組立513の内側回転子ハブ構造503の長手方向の軸芯に沿った移動は、図29Bに図示するように内側回転子ハブ構造503の大径構造がPMG回転子部分組立513の頭部が接触することによって、その上部（係合）位置が限定される。

図30は、内側回転子部分組立502の正面正投影図を示す。

図31Aは、離脱位置におけるPMGアクチュエーター機構の拡大図を示す。

図31Bは、係合位置におけるPMGアクチュエーター機構の拡大図を示す。

図32は、内側回転子部分組立502の底部の拡大図を示す。ここには典型的な電磁式（EMG）回転子取付ハブ516の詳細が示されている。典型的な電磁式（EMG）回転子取付ハブ516は剛性材料で構成されており、ねじ（図示せず）を使って2つのEMG回転子部分組立515を内側回転子ハブ構造503に接続させる。

図33は、内側回転子部分組立502と静止組立101を組み合わせた状態の斜視図を示す。内側回転子ハブ構造503の頭部と底部は、それぞれねじ（図示せず）によって回転子部分組立の上部軸受105と回転子部分組立の下部軸受111に接続されている。

図34Aは、内側回転子部分組立502と静止組立101を組み合わせた状態の正面正投影図を示す。

図34Bは、PMG回転子機構が離脱位置にある時のPMG回転子部分組立513とPMG固定子部分組立117の物理的位置関係を示す拡大図である。

図34Ｃは、PMG回転子機構が係合状態にある時のPMG回転子部分組立513とPMG固定子部分組立117の物理的位置関係を示す拡大図である。

図35は、電力伝達/外部通信用スリップリング507と電力伝達/外部通信用ピックアップ部分組立113の拡大図である。

図36は、外側回転子構造543と質量シフター部分組立保持板545取付詳細を示す斜視図である。外側回転子構造543は、剛性材料で構成された中空円筒である。外側回転子構造543は複数（本例では24個）の柱状の空間をその外周上に90度間隔で有している。外側回転子構造543に設けられた空間の形状寸法は、質量シフター部分組立（図21、509参照）が外側回転子構造543を貫通して配置できるようなものである。質量シフター部分組立保持板545は、剛性材料で構成された板であり、その内側の曲率は外側回転子構造543の外周の曲率と等しい。

図37は、質量シフター部分組立保持板545取付後の外側回転子構造543の斜視図を示す。質量シフター部分組立保持板はねじ（図示せず）で外側回転子構造543に固定されている。

図38は、外側回転子構造と羽根支持構造543と羽根支持構造部品の斜視図を示す。この図で紹介されているのは、頭部長手羽根保持構造547、頭部半径方向羽根保持構造549、頭部羽根駆動構造551、中央部羽根保持構造553、底部羽根駆動構造555、底部半径方向羽根保持構造557、および底部長手羽根保持構造559を含む羽根支持と保持構造部品である。頭部および底部羽根保持構造（それぞれ547および559）は剛性材料でリング状に形成されている。頭部、中央部および底部羽根保持構造（それぞれ549、553および557）は剛性材料で作られ、複数（本件の場合、36個）の孔がそれら構造物の円周中央に沿って開けられたリング状に形成されている。頭部および底部羽根駆動構造（それぞれ551および555）は剛性材料でリング状に形成され、その外周には歯車の歯に似た三角形の形状が設けられている。

図39は、外側回転子構造543と、頭部羽根支持部分組立561、中央部羽根支持部分組立553、および底部羽根支持部分組立563の斜視図を示す。頭部羽根支持部分組立561は、頭部長手羽根保持構造547、頭部羽根駆動構造551および頭部長手方向羽根保持構造547、頭部半径方向羽根保持構造549、および頭部羽根駆動構造551をねじ（図示せず）を使って一体に組み立てて形成される。底部羽根支持部分組立563は、底部長手羽根保持構造559、底部半径方向羽根保持構造557、および底部羽根駆動構造555をねじ（図示せず）を使って一体に組み立てて形成される。

図40は、頭部羽根支持部分組立561、中央部羽根支持部分組立553、および底部羽根支持部分組立563をねじ（図示せず）を使って取り付けられた状態の、外側回転子構造543の斜視図を示す。

図41は、典型的な羽根部分組立565の斜視図を示す。典型的な羽根部分組立565を構成する部品は、旋回マスト構造567、内側羽根構造569、複数の（本例の場合4個）のマスト/羽根接続ブラケット568、中央部羽根構造571、および外側羽根構造573を含む。旋回マスト構造567は、任意の剛性材料を使って棒状に形成され、マスト/羽根接続ブラケット568およびねじ（図示せず）を使って内側羽根構造569に接続されている。内側、中央、および外側羽根構造（それぞれ569、571、および573）は剛性材料でスラット（小翼）状に形成されている。内側羽根構造569は、中央および外側羽根構造（それぞれ571および573）よりも厚く（本例の場合、3の倍数）なければならない。旋回マスト構造567の長さは、外側回転子構造（図、543参照）の長さから作動のために必要な隙間を差し引いたものに等しい。本例の場合、隙間の距離は頭部長手羽根保持構造（図、547参照）の厚さの4倍に等しい。旋回マスト構造567の直径は、頭部、中央部、および底部半径方向羽根保持構造（図、それぞれ549、553、および557参照）に設けられた孔の直径に対して自由に旋回できるだけの余裕があるように僅かに小さいものとする。

図42は、典型的な羽根部分組立565の頭部の拡大図を示す。内側羽根構造569は、羽根接続丁番570を使って中央羽根構造571に接続される。中央羽根構造571は、羽根接続丁番570を使って外側羽根構造573に接続される。

図43は、頭部および底部羽根支持部分組立（それぞれ561と563）および中央部半径方向羽根支持部分組立553を取り付けた状態の、外側回転子構造543の斜視図を示す。こには、典型的な羽根部分組立565も示されている。いかなる場合でも、典型的な羽根部分組立565は、その旋回マスト構造567を頭部、中央部、および底部半径方向羽根保持構造（図38、それぞれ549、533、および557参照）に貫通させることによって取り付けられる。旋回マスト構造567の長手方向の移動は、頭部および底部長手方向羽根保持構造（図38、それぞれ547および559参照）によって制限されている。旋回マスト構造567の旋回は、頭部および底部羽根駆動構造（図、それぞれ551および555参照）の歯型部分との接触によって制限される。

図44は、羽根部分組立565がすべて（本例の場合36個）組付けられた状態における外側回転子部分組立573の斜視図を示す。

図49Aは、外側回転子部分組立573を内側回転子部分組立502に取り付けた状態を表す正面正投影図を示す。外側回転子部分組立573は、内側回転子部分組立502の上に組付けられたのち、内側/外側回転子接続点（図17、504参照）にねじ（図示せず）を使って取り付けられる。

図49Bは、回転子組立501と静止組立101を組み合わせた状態の斜視図を示す。

図50Aは、風防支持構造（WSS）1009の斜視図を示す。ここにその詳細を示しているのは、WSS横スパー1011、WSS後部長手スパー1013、WSS頭部正面長手スパー1015、WSS底部正面長手スパー1016、WSS外側ハブ円周セグメント1017、およびWSS垂直支持部材1018である。風防支持構造（WSS）1009は、上記の部品が連結されて鳥かご状の構造を形成したものである。連結の詳細は図51と図52に示されている。各種のWSSスパーおよび垂直支持部材は、剛性材料を円筒状に成形したものである。WSS外側ハブ円周セグメント1017は、半剛性材料を使ってほぼ90度の円弧を描く形状に成形されている。図50Aは吸入口構造1007も示している。吸入口構造1007は剛性材料で作られた一体部品で、じょうごのような形状がダクト管につながり、全体として90度エルボを形成している。

図50Bは、方向性風防組立1001の斜視図を示す。方向制御構造1003は、2本の風防支持構造（WSS）にねじ（図示せず）で固定された、剛性材料で作られた平らな一枚の板である。風防1005は、弾性材料を使って形成され、風防支持構造（WSS）の外周の半分を覆うものであり、関連するWSS垂直支持部材1018にねじ（図示せず）で固定されている。風防1005は、図示された形状に従ってなじむような柔軟性をもつが、一方でそこに働く風力に対しては充分に耐える強さを持つ。

図51は、典型的な風防支持構造（WSS）1009の部品のA型連結機構の拡大図を示す。ここには、WSS外側ハブA型連結具1019の詳細を示す。この連結具は、WSS横スパー1011、WSS外側ハブ円周セグメント1017、およびWSS垂直支持部材1018が連結される全ての場合に利用される典型的なものである。同種の連結機構はWSS外側ハブ円周セグメント1017、WSS垂直支持部材1018、およびWSS底部正面長手スパー1016を連結する場合にも使用される。これらすべての連結は、1つの部品の一端をWSS外側ハブA型連結具に差し込み、ねじ（図示せず）で固定することによって行われる。WSS外側ハブA型連結金具1019は剛性材料で作られた一体部品である。

図52は、典型的な風防支持構造（WSS）1009の部品のB型連結機構の拡大図を示す。ここには、WSS外側ハブB型連結具1020の詳細を示す。この連結機構は、WSS長手スパー1013、WSS外側ハブ円周セグメント1017、およびWSS垂直支持部材1018が連結される全ての場合に利用される典型的なものである。同種の連結機構はWSS外側ハブ円周セグメント1017、WSS垂直支持部材1018、およびWSS頭部正面長手スパー1015を連結する場合にも使用される。連結は、1つの部品の一端をWSS外側ハブB型連結具1020に差し込む（WSS垂直支持部材およびWSS外型円周セグメント1017の場合）か、またはWSS外側ハブB型連結金具1020に差し込む（WSS後部長手スパー1013およびWSS頭部正面長手スパー1016の場合）ことにより行われる。全ての連結はねじ（図示せず）によって固定される。WSS外側ハブB型連結具1020は剛性材料で作られた一体部品である。

図53は、風防支持構造（WSS)の頭部内側ハブ1022の拡大図を示す。WSS頭部内側ハブ1022は、図示のように、一端が開き、他端が閉じた円筒形の一体部品として剛性材料で形成され、その外周からは一端が開いている4本の小円筒が90度間隔で配置されている。WSS頭部内側ハブ1022の大径円筒構造の内径は、方向性風防組立（図11、103参照）の上部軸受を覆って組付けることが可能なサイズである。小径円筒構造の内径は、WSS横スパー1011、WSS後部長手スパー1013、およびWSS頭部正面長手スパー1015に挿入可能なサイズである。全ての連結はねじ（図示せず）によって固定される。WSS頭部内側ハブ1022の大径円筒構造の底部からは、風速計電気的インターフェースピックアップ部分組立1023を支持する水平ビームが半径方向に伸びている。風速計電気的インターフェースピックアップ部分組立1023は、複数（本例の場合、4個）の金属製ストリップから成り、それらストリップは、それらの自由端がWSS頭部内側ハブ1022の大径円筒構造の長手方向軸芯に向かって内向きに働くばね力を発生するような方法で、垂直の取付マストに連結されている。

図54は、風速計回転子部分組立1024の拡大図を示す。風速計回転子部分組立1024は、剛性材料を使って一体部品として半径方向外向きに伸びる複数のシャフトを有する中央ハブとして形成されており、それらのシャフトの外端にはカップ状の構造が設けられている。それらのカップは全て同じ方向を向いており、その結果、カップにはハブの周りに円運動を生じる駆動力生むような非対象形状となっている。風速計回転子部分組立1024の材質は、時速5マイル（8km)のような低い風速でもカップが回るような低密度のものである。風速計回転子部分組立1024は、風防支持構造（WSS）頭部正面長手スパー1015の端部から垂直に立ちあがる風速計支持構造1025に取り付けられている。風速計支持構造1025は、剛性材料を使って両端が開いている円筒形に形成されている。風速計支持構造1025は、WSS頭部正面長手スパー1015の頭部に開けられた孔に挿入され、適切な接着剤で固定されている。

図55は、風速検知機構の拡大部分断面図を示す。風速計回転子部分組立1024のハブは中空の円筒から成り、その内周に沿って45度ごとに4辺形断面の突出部1035が設けられている。これらの突出部は光電センサー1033の2つのセンサー面の間を通過するようになっている。光電センサー1033は風速計支持構造1025に適切な接着剤で固定されている。

図56は、吸入口構造1007上部の拡大図を示す。吸入口構造1007は、吸入口構造/風防支持構造（WSS)取付カラー1036とねじ（図示せず）を使って風防支持構造(WSS)横スパー1011、WSS底部正面長手スパー1016、及びWSS後部長手スパー1013に組付けられている。

図57は、風防支持構造(WSS)の底部内側ハブ1037の拡大図を示す。WSS底部内側ハブ1037は、図示のように、両端が開いた円筒形の一体部品として剛性材料で形成され、その外周からは一端が開いている4本の小円筒が90度間隔で配置されている。WSS底部内側ハブ1037の大径円筒構造の内径は、方向性風防組立（図11、115参照）の下部軸受を覆って組付けることが可能なサイズである。小径円筒構造の内径は、WSS横スパー1011、WSS長手スパー1013、およびWSS底部正面長手スパー1015に挿入可能なサイズである。全ての連結はねじ（図示せず）によって固定される。

図58は、方向性風防組立1001の右側正投影図を示す。

図59は、吸入口構造1007底部の拡大図を示す。ここには、吸入口構造1007と静止組立の支持構造102との接続の詳細を示す。この接続は、吸入口構造1007と吸入口構造の軸受107をねじ（図示せず）を使って行われる。

図60は、風速計回転子部分組立1024の風速計支持構造1025への組付けの拡大図を示す。風速計回転子部分組立1024は、2個の風速計回転子軸軸受1039を有する風速計回転子軸1038を含む。風速計回転子部分組立1024全体は風速計支持構造1025の中空の空間に挿入され、その位置は風速計回転子軸軸受1039の外輪と風速計回転子部分組立1024の内壁との摩擦によって保たれる。

図61は、風速計用電気的インターフェーススリップリング505と、風速計用電気的インターフェースピックアップ部分組立1023の拡大図を示す。

［作動原理 - 図 1, 1A, 8, 9, 19, 21, 25, 27B, 28, 29A, 29B, 31B, 34A, 34B, 34C, 35, 44, 45, 46, 47, 48, 50B, 55, 58, 60, 61, 62 - 望ましい実施例］
風が到来すると、方向性風防組立（図1、1001参照）は静止組立（図1、101参照）の周りに旋回し、吸入口構造（図58、1007参照）のじょうご型開口部が風に向かうように位置決めされる。この動きは方向制御構造（図58、1003参照）に働く風の力により生じるものであり、普通の風見装置と同様に制御構造は風下側に位置することになる。上記と同時に、風の到来は羽根部分組立（図44、565参照）に外側回転子部分組立（図44、573参照）に対する回転力をも発生させる。羽根部分組立（図45-48、565参照）の関節構造の故に、それらは予め外型回転子部分組立（図44、573参照）が上から見たときに反時計方向に回転するような位置にある。上記のように、反時計方向回転を生じるように予め配置されている効果は、風に逆らうような位置にある羽根部分組立（図44、565参照）に対しては風がさえぎられているように風防（図50B、1005参照）が配置されていることによりさらに助長され、風に逆らうような位置の羽根によって生じ得る時計方向の回転力を軽減する。さらに、内側回転子部分組立（図21、502参照）の質量シフター外側構造（図21、509参照）の羽根に対して逆方向に働くように風が吸入口構造（図58、1007参照）に流れ込む結果、反時計方向の回転力が生じる。

回転子組立（図９）が予め設定された回転速度に達すると、永久磁石式（PMG）アクチュエーター重錘に働く遠心力により、それらが離脱位置（図29A、529参照）から係合位置（図29B、529参照）に移動する。この結果、PMG回転子部分組立は離脱位置（図34B、513参照）から係合位置（図34C、513参照）に移動する。PMG回転子部分組立（図34C、513参照）が係合位置に到達すると、それとPMG固定子部分組立（図34C、117参照）の空隙が小さくなり、PMG固定子部分組立に含まれる磁石がPMG回転子部分組立に含まれているコイルに電流を誘起する。永久磁石式発電機のこの遅延発動作用の結果、PMG回転子部分組立（図34C、513参照）とPMG固定子部分組立（図34C、117参照）の間の磁界相互作用に関連する相対反力が導入される前に、回転子部分組立（図9）が所定の回転速度に達することができる。永久磁石式発電機の作用が発生する前に回転子部分組立（図9）に運動エネルギーが存在することにより、回転子組立のより迅速な巻き取りが得られその結果、装置の総合的な効率が改善される。

永久磁石式発電機（PMG)により発生する交流電圧は、PMG回転子部分組立（図34C、513参照）内の巻線（図示せず）から伝導性のPMG回転子半径方向調芯ホイール（図31B、537参照）に伝えられる。これらのホイールは、内側回転子構造（29B、503参照）上の伝導性の表面（図示せず）と接触している。交流電圧は、これらの内側回転子構造（29B、503参照）上の電線（図示せず）を有するこれらの表面から制御モジュール（34B、511参照)に伝達される。図62、2006はこの交流電圧の制御モジュールへの導入、ならびに制御モジュール直流電源装置（図62、2007参照）への入力、さらにPMG速度検出回路への入力をも示している。

制御モジュール直流電源装置（図62、2007）は、交流電圧入力を、整流、ろ過、および調節過程をへて直流電圧を作る。直流電圧は制御モジュール（図34B、511参照)内で使用され、図62のなかでは全般的にV_CDC-HI および V_CDC-LOというラベルで識別されている。この直流電圧は、制御モジュール（図34B、511参照)内のすべての論理素子において電力として使用されるほか、風速光電センサー（図55、1033参照)の刺激電圧、質量シフター電圧増幅器（図62、2013、2014参照）およびI_PMG電流増幅器（図62、2008参照）の電力供給に使用される。

ひとたび直流電圧が既定のレベルに達すると、そのコントローラーの特定用途向け集積回路（ASIC)（図62、2005参照）がそれ自身を初期化してハウスキーピング機能、例えば、風速カウンタ（図62、2003参照）やPMG速度カウンター（図62、2004参照）のリセットを実施する。そのコントローラーのASIC（図62、2005参照）が実施する他のハウスキーピング機能としては、全ての質量シフター（図28、523参照）がそれぞれ完全に撤退した位置（27B、525参照）にあることを知るための位置信号の読取りがある。もしいずれかの移動質量が完全に撤退した位置に戻っていないときは、コントローラーのASIC（図62、2005参照）が移動質量を完全に撤退した位置に戻すために対応する増幅器（図62、2013、2014参照）に対する正しい極性信号を作る。

任意の移動質量（図28、525参照）を完全に撤退した位置に戻すためには、質量シフターモーター回転子（図28、521参照）を駆動して、移動質量（図28、525参照）を移動質量原点位置検知器（図28、523参照）に向けて移動させる。移動質量（図28、525参照）が移動質量原点位置検知器（図28、523参照）の2つの電気接点と接触すると、電気回路が閉じる。移動質量検知回路によって、質量シフター位置出力（MASS SHIFTER POSITION OUT）信号が制御モジュール（図21、511参照)から発され、質量シフター接続ソケット（図19、506参照)の電気接点（図示せず）に電線（図示せず）を介して伝達される。この信号は、質量シフター電気的インターフェースピン（図28、522参照）が質量シフター接続ソケットに差し込まれることによって伝達される。この回路は、質量シフター電気的インターフェースピン（図28、522参照）から移動質量原点位置検知器（図28、525[523?]参照）に至る電線（図示せず）を経由して続き、その導体を通じて最終的に回路を閉じる。回路は、質量シフター位置読み信号（signal MASS SHIFTER POSITION READ） (図62)という入力として上述の経路を逆に辿って制御モジュール（図21、511参照）に戻る。電源が入ることによってコントローラーのASIC（図62、2005参照）が実施する最後の機能は、I_PMG電流増幅器(図.62、2008参照)から電流がでないことを保証するためにI_PMG電流検知抵抗器(図.62、2011参照)を跨ぐ電圧を読み取ることである。もし電流があれば、コントローラーのASIC（図62、2005参照）からのI_PMG CONTROL信号をその出力をゼロにするためのI_PMG電流増幅器(図.62、2008参照)への入力として使う。

全ての電源投入が完了したのち、コントローラーのASIC（図62、2005参照）は風速センサー出力（図62、2001参照）をモニタする。直流電力と風速センサー出力の量信号は、コントローラーのASIC（図62、2005参照）と風速光電センサー（図55、1033参照）の間を電線（図示せず）を介して制御モジュール（図21、参照511）から風速計用電気的インターフェーススリップリング（図61、505参照）に伝達される。すると電気的接続は、風速計の電気的インターフェースのピックアップ（図61、1023参照）とスリップリング（図61、505参照）の間の接触で完成される。最終的な接続経路は、風防支持構造(WSS)頭部正面長手方向スパー（図60、1015参照）と風速計支持構造（図60、1025参照）の中空構造を通る電線（図示せず）を介して、風速計の電気的インターフェースのピックアップ（図61、1023参照）と風速光電センサー（図55、1033参照）の間で完成される。風速光電センサーの出力は、図62において矩形波の信号として表わされており、それは風速カウンター（図62、2003参照）の入力として伝達される。センサー出力の周波数は、風速に直接比例、すなわち、風速が高ければ高いほど、出力パルスの周波数も高くなる。風速カウンター（図62、2003参照）は、コントローラーASIC（図62、2005参照）のリアルタイム制御の下でスタート、ストップ、出力サンプリング、およびリセットが行われる。

永久磁石式発電機（PMG）の出力（図62、2006参照）はPMG速度検知器回路（図62、2002参照）の入力としても使われている。この回路は、ゼロクロッシング検知器とパルスシェ-パーを形成する部品を含み、交流波入力を受けて同じ周派数の矩形波を創り出すように設計されている。この出力は、図62において矩形波の信号として表わされており、それはPMG速度カウンター（図62、2004参照）の入力として伝達される。PMG速度検知器回路の出力信号の周波数は回転子組立（図9、501参照）の回転速度に直接比例、すなわち、回転子組立の回転数が高ければ高いほど、出力パルスの周波数も高くなる。PMG速度カウンターは、コントローラーASIC（図62、2005参照）のリアルタイム制御の下でスタート、ストップ、出力サンプリング、およびリセットが行われる。

風速カウンター（図62、2003参照）から風速のサンプルが入手されると、コントローラーASIC（図62、2005参照）は風速の平均値をアドレスとして使って内部メモリにアクセスし、その風速に最適の質量シフター位置プロフィールを入手する。その最適のプロフィールは、移動質量（図25、525参照）の実際の位置データと比較されて、デルタ値（差分）が計算される。もしそのデルタ値によって移動質量（図25、525参照）の実際の位置は回転子組立（図9、501参照）の中心にもっと接近すべきだということが示された場合には、移動質量（図25、525参照）を望ましい方向に移動させるため、質量シフター駆動軸（図25、527参照）を適切な回転方向に駆動して質量シフターモーター回転子（図25、521参照）を回転させるのに必要な極性の移動質量駆動信号をコントローラーASIC（図62、2005参照）が発生する。もしそのデルタ値によって移動質量（図25、525参照）の実際の位置は回転子組立（図9、501参照）の中心からもっと遠ざかるべきだということが示された場合には、移動質量（図25、525参照）を中心から遠ざけるために必要な極性の駆動信号が上記と同様に発生される。移動質量（図25、525参照）の実際の位置は、各移動質量ごとにコントローラーASIC（図62、2005参照）の内部シフトレジスタを使って記憶されており、電源投入時に初期化され、各質量シフターモーターハウジング（固定子）（図25、519参照）に対するその後の駆動パルスによってクロックアップまたはダウンされる。この結果、1駆動パルス当たりの移動質量の移動量に基づく定数にシフトレジスタの数値を掛けることにより、各移動質量のおおよその位置を瞬間的に得ることができる。駆動信号は、各々コントローラーASICからの出力（図62、2013, 2014参照）、質量シフター駆動（MASS SHIFTER DRIVE）HI/RTN および質量シフター駆動（MASS SHIFTER DRIVE）RTN/HIという信号として示される。

制御モジュール（図21、511参照）から質量シフター接続ソケット（図19、506参照）の電気接点への質量シフター駆動信号の物理的な接続は電線（図示せず）による。この質量シフター駆動信号は、質量シフター電気的インターフェースピン（図28、522参照）が質量シフター接続ソケット（図18、506参照）に差し込まれることによって伝達される。典型的な質量シフター駆動信号に対応する2本の質量シフター電気的インターフェースピンは、質量シフターモーターハウジング（固定子）（図25、519参照）に物理的に隣り合っており、そこにある固定子巻線に電気的に接続されている。上記の接続により、コントローラーのASIC（図62、2005参照）からの駆動パルスはすべて増幅され、関連する質量シフターモーターハウジング（固定子）（図25、519参照）を跨いで印加され、質量シフターモーター回転子（図25、521参照）に対する磁力回転力として働いて回転子を回転させ、その結果、質量シフター駆動軸（図25、527参照）を回転させる。

永久磁石式発電機（PMG)回転子（図34、513参照）の速度サンプルがPMG速度カウンター（図62、2004参照）から得られると、コントローラーのASIC（図62、2005参照）は、回転中の回転子組立（図9、501参照）の運動エネルギーをその回転速度の2乗に慣性モーメントを掛けることにより計算する。回転子組立の質量は既知であり、全ての移動質量（図25、525参照）もまた上述により既知であるのでこの質量の幾何学的形状寸法も既知の定数であるから、回転子組立（図9、501参照）の慣性モーメントを知ることができる。運動エネルギーの計算が得られたら、コントローラーのASIC（図62、2005参照）はその数値を内部メモリのアドレスとして使い、Ipmg および Iemg電流増幅器(図62、2008および2009参照)から得られる最適電流値を反映するデータを入手する。このデータは上記の電流増幅器への入力を得るために使われ、その出力は電磁式発電機（EMG)回転子部分組立（図34A、515参照）上の電磁石のコイルを駆動するのに使用される。両方の電流増幅器の出力は、Ipmg および Iemg検知抵抗器(図62、それぞれ2011および2012参照)からコントローラーのASIC（図62、2005参照）の内部のAD変換機を跨いで発生される電圧により測定され、得られたデジタル出力はコントローラーのASIC内部のメモリに記憶された最適値と比較される。電流増幅器Ipmg および Iemg（図62、それぞれ2008および2009参照)への入力は、測定された電流出力値が最適値と等しくなるまで必要に応じて調整される。

Ipmg電流増幅器（図62、2008参照）の出力は制御モジュール直流電源装置（図62、2007）から供給される電力から得られる。Iemg電流増幅器（図62、2009参照）の出力は電磁式発電機（EMG）主直流電源装置（図62、2010）から供給される電力から得られる。Ipmg電流増幅器（図62、2008参照）の出力は、最初に電磁式発電機（EMG)回転子部分組立（図34A、515参照）のそれぞれのコイルの周囲の電磁場を発生するために使われなければならない。この結果、電磁式発電機（EMG)固定子部分組立（図34A、119）上にある各固定子巻線から交流電圧が生まれることになる。これらの交流電圧は、EMG主直流電源装置（図62、2010参照）への入力として示されており、整流、ろ過、調整された後に、図上でVmain DC-HI および Vmain DC-LOとラベルされた直流電圧として出力される。このVmainDC出力は電磁式発電機（EMG)固定子部分組立（図34A、119）上の対応するコイルの周囲に電磁場を発生するために、Iemg電流増幅器によって使用され、電磁式発電機（EMG)固定子部分組立（図34A、119）上のそれぞれのコイルの周囲に磁場を発生する。これによって、電磁式発電機（EMG)固定子部分組立（図34A、119）上の対応する巻線から交流電圧が発生するが、それはIpmg電流増幅器（図62、2008参照）に関連する活動により既に発生されているものと共通しており、上述の交流電圧に追加的な性質のものであり、EMG主直流電源装置（図62、2010参照）の入力として供給される。永久磁石式発電機（PMG）によって発生される電圧により生まれる電流は、電磁式発電機（EMG)回転子部分組立（図34A、515参照）に関連セル電磁石のコイルを間接的にフラッシュするために使用される。電磁式発電機が交流電圧を発生し始めると、EMG主直流電源装置（図62、2010参照）の出力の一部は電磁式発電機回転子部分組立（図34A、515参照）上の関連する電磁石に自立電流を供給するために、Iemg電流増幅器（図62、2009参照)の電源として使用することができる。EMG主直流電源装置（図62、2010参照）からの電力のうち、Iemg電流増幅器（図62、2009参照)の電源として使用されない部分が、外部負荷のために供給できる分である。たとえば、その地のグリッドで、または独立サービスに使われる交流電圧と周波数を発生するためにはインバータが使われる。

EMG主直流電源装置（図62、2010参照）からの電力のうち、Iemg電流増幅器（図62、2009参照)の電源として使用される部分は、EMG主直流電源装置（図62、2010参照）から2本の電力伝達/外部通信ピックアップ（図35、113参照)をつなぐ電線（図示せず）を介して伝達される。2つの導体は、電力伝達/外部通信ピックアップ（図35、113参照)と関連する電力伝達/外部通信用スリップリング（図35、507参照)の間の接触により伝播される。電力は、2個の電力伝達/外部通信用スリップリング（図35、507参照)のから電線（図示せず）を経由して制御モジュール（図34B、511参照)に伝達される。Ipmg および Ipmg電流増幅器(図62、2008および2009参照)の出力は、制御モジュール（図34B、511参照)から電磁式発電機（EMG)回転子部分組立（図34A、515参照）まで電線（図示せず）を経由して伝達される。

2個の電力伝達/外部通信ピックアップ（図35、113参照)と2個の電力伝達/外部通信スリップリング（図35、507参照)が、制御モジュール（図34B、511参照)から静止組立（図8、101参照）上の外部ジャック（図示せず）までの2本の電線への接続経路に使用される。これらの2本の電線は、図62の上では外部接続（EXTERNAL COMM）HI および外部接続（EXTERNAL COMM）LOと言う符号で示され、外部装置とモニタリング装置への接続点となっている。

以上の説明は様々な仕様を含んでいるが、それらは本発明の請求範囲を制限するものではなく、単に本発明の1つの実施例の限界としてのみ解釈されるべきである。

したがって、本発明の請求範囲は、ここに掲げる「請求範囲」およびその法律的な同等物により定められるべきであり、事例により定められるべきではない。

［図面 - 参照番号］
101 静止組立
102 静止組立の支持構造
103 方向性風防上部軸受
105 回転子組立の上部軸受
106 電磁式発電機 (EMG) の主直流電源
107 吸入口構造の軸受
109 発電機の固定子支持構造
111 回転子組立の下部軸受
113 電力伝達/外部通信用ピックアップ部分組立
115 方向性風防組立の下部軸受
117 永久磁石式発電機 (PMG) 固定子部分組立
119 電磁式発電機 (EMG) 固定子部分組立
501 回転子組立
502 内側回転子部分組立
503 内側回転子ハブ構造
504 内側回転子/外側回転子接続点
505 風速計用電気的インターフェーススリップリング
506 質量シフター接続ソケット
507 電力伝達/外部通信用スリップリング
508 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター重錘ハウジング接続コンセント
509 質量シフター部分組立
511 制御モジュール
512 制御モジュールカラー
513 永久磁石式発電機 (PMG) 回転子部分組立
515 電磁式発電機 (EMG) 回転子部分組立
516 電磁式発電機 (EMG) 回転子取付ハブ
517 質量シフター外側構造
518 質量シフター外側構造ガイド溝
519 質量シフターモーターハウジング（固定子）
520 質量シフターモーターハウジングガイドキー
521 質量シフターモーター回転子
522 質量シフター電気的インターフェースピン
523 移動質量原点位置検知器
525 移動質量
526 移動質量ガイドキー
527 質量シフター駆動軸
528 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター重錘ハウジング
529 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター重錘
530 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター重錘ストップ
531 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター重錘プーリー
533 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター駆動ケーブル
535 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター駆動ケーブル/回転子取付リング
537 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター半径方向調芯ホイール
539 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター離脱スプリング
540 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター回転子/離脱スプリング取付リング
541 永久磁石式発電機 (PMG) アクチュエーター離脱スプリング/内側回転子ハブ取付リング
543 外側回転子構造
545 質量シフター部分組立保持板
547 頭部長手羽根保持構造
549 頭部半径方向羽根保持構造
551 頭部羽根駆動構造
553 中央部半径方向羽根保持構造
555 底部羽根駆動構造
557 底部半径方向羽根保持構造
559 底部長手方向羽根保持構造
561 頭部羽根支持部分組立
563 底部羽根支持部分組立
565 羽根部分組立
567 旋回マスト構造
568 マスト/羽根接続ブラケット
569 内側羽根構造
571 中央羽根構造
573 外側羽根構造
1001 方向性風防組立
1003 方向制御構造
1005 風防
1006 風速計部分組立
1007 吸入口構造
1009 風防支持構造(WSS)
1011 風防支持構造(WSS)横スパー
1013 風防支持構造(WSS)後部長手スパー
1015 風防支持構造(WSS)頭部正面長手スパー
1016 風防支持構造(WSS)底部正面長手スパー
1017 風防支持構造(WSS)外側ハブ円周セグメント
1018 風防支持構造(WSS)垂直支持部材
1019 風防支持構造(WSS)外側ハブA型連結具
1020 風防支持構造(WSS)外側ハブB型連結具
1022 風防支持構造(WSS)頭部内側ハブ
1023 風速計用電気的インターフェースピックアップ部分組立
1024 風速計回転子部分組立
1025 風速計支持構造
1033 光電センサー
1035 光電センサー起動タブ
1036 吸入口構造/風防支持構造(WSS)取付カラー
1037 風防支持構造(WSS)底部内側ハブ
1038 風速計回転子軸
1039 風速計回転子軸軸受
2001 風速センサー出力
2002 PMG速度検知回路
2003 風速カウンター
2004 PMG速度カウンター
2005 コントローラーASIC
2006 PMG交流出力
2007 制御モジュール直流電源
2008 Ipmg電流増幅器
2009 Iemg電流増幅器
2010 EMGの主直流電源
2011 Ipmg電流検知抵抗器
2012 Iemg電流検知抵抗器
2013 質量シフター駆動増幅器HI/RTN
2014 質量シフター駆動増幅器RTN/HI

Claims

本質的に風に潜んでいる運動エネルギーを質量の機械的回転の形態の運動エネルギーに、機械的手段の使用により、与えられた風速に対して最短時間で前記回転する質量の最大の角速度が得られるように、変換する装置であって：
（ａ）地面または何らかの固定された構造物に固定された剛性軸であって、その長手方向の軸芯がほぼ垂直であり、かつ複数の円筒軸受を備え、前記軸受の内輪は当該軸に固定され、前記軸受の外輪は当該軸の長手方向軸芯周りに同心的に自由に回転できるような姿勢である、剛性軸と；
（ｂ）外側回転子として働く中空の円筒状構造と内側回転子として働く直径が前記外側回転子より小さい別の中空の円筒状構造とであって、両者は両者の間のスポークとして働く複数の半径方向支持構造で連結されており、前記内側回転子は前記複数の軸受の外輪への接続を介して前記剛性軸に取付られている、外側回転子として働く中空の円筒状構造と内側回転子として働く直径が前記外側回転子より小さい別の中空の円筒状構造と；
（ｃ）到来する風が当たった時に外側回転子に対して接線方向のトルクを発生するような複数の外側回転子の羽根を構成する、当該外側回転子の外周に取り付けられた複数個の剛性平板であって、当該外側回転子の羽根、円筒状構造、スポーク、及び軸受の外輪の回転質量を集団的に前記剛性軸の長手方向軸芯周りに旋回させる、複数個の剛性平板と；
（ｄ）２つの同じ円形構造から成る風防支持構造であり、両円形構造は複数の半径方向支持構造で内側ハブに連結された外周構造を有し、該スポークは前記両円形構造と内側ハブとの間のスポークとして働き、各円によって仕切られている平坦面は水平方向に配置され、該２つの円形構造は垂直方向にある距離で隔てられて複数個の垂直支持部材で結合され、これらの全体組立は前記剛性軸に前記の内側ハブを介して前記複数の軸受の外輪に取付られることにより、前記回転質量とは独立して前記剛性軸の長手方向軸芯周りに自由に回転できる鳥かごのような構造となっている、風防支持構造と；
（ｅ）前記風防支持構造に複数の前記垂直支持部材を介して取り付けられた曲面板構造の風防であって、前記風防は円弧状に広がり、垂直方向では前記垂直方向支持部材の長手方向と等しい長さとなっている、風防と；
（ｆ）垂直方向に位置する剛性面を形作る方向制御構造であって、前記風防支持構造の１つの垂直端部に取付られ、前記風防支持構造の半径方向外側かつ外周に対しては垂直に伸びて前記風防が風の向きに対して一定姿勢を保つために必要な力を提供しており、それによって前記回転質量の正面面積のうち、風に対面する半分にのみ風圧が働き、したがって前記外側回転子の羽根には非対称的な力が働き、前記回転質量が一方向にのみ回転するようになっている、方向制御構造と；
（ｇ）ダクトを構成する中空の円筒状構造であって、その内径は前記外側回転子の内径と等しく、該ダクトは曲がってエルボを構成し、前記ダクトの一部は長手軸が水平方向に伸びており、前記ダクトの他の一部は長手軸が垂直方向に伸びて、前記ダクトの垂直部分の頭部は前記風防支持構造の半径方向支持構造への取付具を介して前記風防支持構造の底部に連結されており、前記ダクトの水平方向部分はその開口端に末広がりのじょうごが取り付けられており、前記ダクトの水平方向部分は前記ダクト全体が前記剛性軸の長手方向軸芯の周りに回転するように前記外輪に連結されることにより前記剛性軸に連結され、前記風防支持構造と協同して前記じょうご状の開口端が常に風に向けられている、中空の円筒状構造と；
（ｈ）前記外側回転子と内側回転子の半径方向支持構造に取り付けられた複数の剛性平板構造であり、それによって複数の内側回転子の羽根を形成し、前記じょうごとダクトによって方向が曲げられた前記回転質量の開かれた頭部から放出される前に前記羽根に衝突する風により、前記外側回転子の羽根に生ずるトルクと同方向のトルクを生ずるように傾斜することにより前記回転質量に追加的なトルクを提供するような、複数の剛性平板構造とを備える；
風に潜んでいる運動エネルギーを質量の機械的回転の形態の運動エネルギーに変換する装置。
前記外側回転子の羽根は別々の剛性平板構造が関節構造を形成するように互いに連結されることにより形成されており、前記回転質量の一方向の回転に対しては風のエネルギーをとらえるため最大の総合表面積を提供するが、前記回転質量の反対方向の回転に対しては前記外側回転子の羽根は相対的に最小の総合表面積を提供しており、その結果、非対称的な力が生じて前記回転質量は常に一方向にのみ回転を生じ、維持する；
請求項１の装置。
前記外側回転子の羽根が連結されたマストが長手方向の軸芯周りに前記回転子構造への構造的な接触による物理的な制限により決まる角度だけ旋回するように、前記外側回転子の羽根が前記外側回転子構造に取り付けられ、それによって前記外側回転子の羽根は一方向の回転には大きなトルクを発生するが、他方向の回転には小さいトルクしか発生せず、従って回転質量は一方向にしか回転しない；
請求項１の装置。