JP6411337B2 - 風力タービン、その使用、およびタービンに使用するためのベーン - Google Patents

Description

本発明は、支持体と、前記支持体に回転可能に接続されるベーンとを備える、風を機械エネルギーに変換するための風力タービンであって、ベーンが風の方向に移動する位置にある場合の第１の形態であり、受けが風力をベーンの運動に変換する第１の能力を有する第１の形態と、ベーンが風の方向に抗して移動する位置にある場合の第２の形態であり、受けが風力をベーンの運動に変換する第２の能力を有する第２の形態とを採用することができる風受けをベーンが備え、第２の能力が、第１の能力よりも小さい風力タービンに関する。また、本発明は、風を仕事に変換するための風力タービンの使用、および風力タービンに使用するためのベーンに関する。

風力タービンは、一般に、風を仕事に変換するために何世紀も前から使用されている。風力タービンは、通常、衝動タービンである。タービンは、風の流れの方向を変化させ、結果として生じる衝動が、タービンを高速回転させ、運動エネルギーの減少した風を残す。機械エネルギーが電気を生じさせるのに使用される場合には、装置は、風力発電または風力充電器と呼ばれる場合がある。機械エネルギーが穀粒を挽くまたは水を圧送するためなどの、機械類を駆動するのに使用される場合には、装置は、通常、風車または風力ポンプと呼ばれる。千年にもわたって開発されており、今日の風力タービンは、直角および水平軸型の範囲内で製作されている。最も一般的なおよび最も古いものは、水平軸タービンであり、車軸は、風の方向（すなわち、風が吹く方向）と一致して配置される。最も小さなタービンは、電池充電、または帆船の補助電力などの用途に使用されるが、タービンの大きなグリッド接続アレイは、商用電力のますます大きな電源になっている。

最近の１０年間の開発のうちの１つは、低風速（通常、１０ｍ／ｓ、約５ビューフォートより小さい）に適した風力タービンを考案することである。特に、高さが低く、陸上で、建築物の存在する場合は、普通の風力タービンからエネルギーを経済的に取り出すには、風速が小さすぎる場合が多い。最近の開発には、５ｍ／ｓ（約３ビューフォート）より小さい風速の場合でさえ機械エネルギーを発生し得るダリウス（Ｄａｒｒｉｅｕｓ）（ジャイロミルおよびサイクロタービンを含む）およびサボニウス（Ｓａｖｏｎｉｕｓ）風力タービンがある。サボニウス風力タービンとは違って、ダリウスは、リフト型タービンである。タービンを引っ張るカップ（当業界では「バケット」とも呼ばれ、本明細書においては風受けと呼ばれる）に風を集めることではなく、ダリウスは、回転を生じるように翼形に当たる風によって発生される揚力を用いる。これらのタービンの場合には、車軸は、ベーンが風に向けられる必要はない追加の利点を有する風に横向きに（風と「一致して」と対比して）配置される。大抵の場合、車軸は、直角に（これは、通常使用される頭字語ＶＡＷＴ：ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｘｌｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ（直角軸風力タービン）を説明している）配置されるが、これらはまた、車軸が風に横向き（この場合、ＴＡＷＴ−ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ａｘｌｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ（横向き軸風力タービン）−がより正確な頭字語であることになる）である限りは水平に、通常、風が吹く方向に対して実質的に直角に配置され得る。しかし、これらの風力タービンは、いくつかの欠点を有する。第１に、これらのタービンの機械エネルギーへの運動エネルギーの全変換率が、改善されるかもしれない。第２に、特に、ダリウス風力タービンは、自動スタートできない。したがって、低出力モータが、回転を始めるのに要求され、次いで、これが十分な速度を有する場合には、翼形を通過する風がトルクを発生し始め、ロータが、風によって回転駆動される。代替構成は、回転を始めるようにダリウスタービンのシャフトに取り付けられる１つまたは２つの小さなサボニウスロータの使用である。しかし、これらのサボニウスロータは、これが動き出す場合にダリウスタービンを減速する。

中国特許出願公開第１０１７３７２５２Ａ号明細書から、プリアンブルによる風力タービンが知られている。また、この風力タービンは、ダリウス型のタービンを起動させるのに使用される。しかし、欠点は、他のＶＡＷＴのものと同様に、全エネルギー変換率が比較的小さいということである。

米国特許出願公開第２０１２／００４５３３３号明細書から、ラックに吹き付けられている帆によって風受けが形成され、ラックが調整可能な形態を有する風力タービンが知られている。このように、風が大きすぎる力で帆をラックに吹き付けている場合は、受けは、単により多くの風を、さまざまな隣接する帆を通して吹き抜けさせることによって、風力をベーンの運動に変換するようにより小さな能力を有するように再構成され得る。ベーンが風の方向に抗して移動する場合には、帆は、タービンの回転運動に対して最小反力を与えるようにラックから吹き飛ばされる。この場合、ラックの再構成は適用されない。なぜなら、単にこれは風受け（すなわち、帆）の能力にいかなる影響も有さないからである。

米国特許第５，５７０，９９７号明細書は、ベーンが風の方向に移動している場合には開き、ベーンが風の方向に抗して移動している場合には閉じる風受けが設けられるベーンを有する、風力タービンを開示している。このように、風力がベーンの運動に変換されなければならない場合には、風受けの最大能力が使用されるが、ベーンが風の方向に抗して移動する場合には、受けは、ほとんどこの変換を妨げない。受けは、ベーンを吹き動かす風の作用によって開き、この風の作用が減少すると重力によって閉じる。

中国特許出願公開第１０１７３７２５２号明細書 米国特許出願公開第２０１２／００４５３３３号明細書 米国特許第５５７０９９７号明細書

本発明の目的は、先行技術の欠点のうちの少なくとも一部を軽減する風力タービンを考案することである。

本発明の目的を満たすために、プリアンブルによる風力タービンが考案されており、そこでは、タービンには、受けが風の方向から独立した前記形態のうちの少なくとも１つを採用しなければならなくなるように動作可能である手段が設けられる（すなわち、手段は、タービンに作用する風力に依存しないこれらの形態のうちの１つを受けが採用しなければならなくなるように動作され得る）。しかし、これは、たとえばエネルギー変換を最大化するかまたはタービンを減速するために、形態が風の方向に適合されるということを排除するものではない。

上で参照された中国特許出願公開（ならびに米国特許第５，５７０，９９７号明細書）によって知られている先行技術のタービンにおいては、受けが取る形態は、重力および風力などの外力に本質的に依存している。中国特許出願公開の図３ａに見ることができるように、第２の形態を有する受け（すなわち、図の右側の受け）は、特に低風速において、依然としてかなり大きな前面の設置面積を有する（すなわち、ヒンジで接続される蓋は、依然として風に直角な方向にかなりの長さにわたって延在する）。これは、この受けが風力エネルギーをタービンの運動に消極的に変換しているということを意味する。この消極的な影響は、左側の受けによって与えられる積極的な変換よりもかなり小さいが、現在の出願人は、この欠点の存在およびエネルギー変換のその影響を認めていた。図３ｂおよび図３ｃに示されるようなより高い風速においては、この欠点はあまり著しくないか、または完全になくなりさえするが、知られている風力タービンは、（すなわち、受けがベーンからぶら下がる蓋を備える場合に）この構成に第２の形態を誘導する手段を加えることよって、したがって風力タービン自体の構成によって与えられる内力を用いることによって実質的に改善され得るということが、出願人の認識であった。このように、第２の形態は、運動への風力エネルギーの消極的な変換が、第２の形態が単に重力および風などの外力に依存する状況の場合よりも実質的に小さくなるようなものであるということを余儀なくされ得る。中国特許出願公開の図３ａ〜図３ｃに示されるタービンに適用される場合には、本発明を用いることによって、図３ａの右側の受けは、図３ｂまたは図３ｃにも示される右側の受けの形態を有することもできる。たとえば重力および風の影響によって第２の形態を取ることができるように、受けがベーンの頂部に配置されることになる場合には、手段は、ベーンが風の方向に移動する位置にある場合には受けが開く、すなわち第１の形態を取らなければならなくなるように動作可能であることもできる。

本風力タービンの利点は、エネルギー変換が特に低風速において知られている風力タービンの場合よりもかなり高いということである。また、受けが（重力および／または風の力に抗して）形態を活発に取ることを余儀なくされ得るということにより、タービンは回転し始めるのに非常に低い風速のみを必要とするということが生じる。これは別として、２つの形態のうちのどちらかを採用するために風の方向から独立していることによって、本発明は、運動への風力の最大変換を実現するようにしておくばかりでなく、また、必要ならタービンを減速する形態を採用するようにもしておく。すなわちこのために、受けは、通常、風力および重力の方向に抗して必要とされる形態を取ることを余儀なくされなければならない。

受けがある形態を採用しなければならなくなるように動作可能である手段は、力学に関していかなる当業者によっても理解されるようにさまざまな実施形態を有し得る。手段は、レバー、バーおよびスプロケット、カムシャフト、レールおよびフォロワー、任意選択的に用いる油圧などの単なる機械部品を用いて構成されることもでき、または、（電）磁石、誘導子、コイル等などの電気機械部品を用いて構成されることもできる。もちろん、純機械式と純電気式との間の範囲（または外側であっても）のどこかにあるさまざまな他の構成が用いることが可能である。

また、本発明は、風を仕事に変換するために、ここに−上記に定義した風力タービンの使用にも関する。また、本発明は、ダリウス風車との本タービンの組み合わせにも関し、風力タービンは、ダリウス風車に動作可能に接続され、作動接続がクラッチを使用し、そのクラッチにより、風力タービンがダリウス風車の所定の毎分回転数に対してさまざまな毎分回転数で回転できるようになっている。この組み合わせにおいては、風力タービンは、ダリウス風車を起動させるのに使用され得る。本タービンは、非常に低い風速で回転し始めるので、容易に、またはたとえばある一定のトルクまたは毎分回転数に到達した場合には、回転数を上昇させることができ、クラッチは、ダリウス風車を起動させるようにタービンの運動エネルギーの少なくとも一部を伝達するのに使用され得る。また、ダリウス風車の非常に高い回転数においては、風受けが風の方向に抗して移動する場合には第１の形態を強いることによって、ダリウス風車は本発明のタービンを用いて減速され得る。また、本発明は、ここに−上記に定義した受けが設けられるベーン、および第１および第２の形態を採用する際に用いるための手段にも関する。

本発明による風力タービンは、地上面に動作可能に接続されることができ、通常、直角方向に延在する（回転または静止車軸などの）支持体を有するが、また、たとえば直角に延在する壁に抗して支持体に取り付けられることによって、（ベーンの回転軸が風に横向きに延在する限り）水平方向に延在するその支持体を使って配置され得る。また、タービンは、たとえば浮遊筏に配置されるか、または水位よりも高い位置に延在するポールに配置され得る。

定義
ベーン：軸線に沿って取り付けられる場合にはベーンを横切って流れるガスまたは流体によって曲げられる、通常、比較的薄肉の、剛性のかつ平らな要素。典型的な例は、タービンのブレードや風車の帆である。

風力を運動に変換する受けの能力は、この受けが風の方向に対して理想的に取り付けられる（すなわち、受けは、風が最大限に「捕えられる」ように配置される）場合に、受けが提供し得る変換である。

対象物の形態：互いに対する、および空間における対象物の部品の配置について決定される形態。

風の方向：風が吹く主方向。

風受け：風の力を風の方向の運動に変換するために、風の方向に直角な方向に延在する要素。通常、風受けは、カップまたはバケットの形態を有するが、平らな、長方形の、タイル型の対象物と同じくらい簡単であってもよい。

第２の要素に直角に延在する第１の要素：第１の要素は、少なくとも部分的に第２の要素に横向きに延在する。たとえば、２つの直線が４０°の角度で交差する場合には、第１の線は、本明細書の意味では第２の線に直角な方向に延在する。

本質的に風の方向に移動するベーンとは、ベーンが積極的に風の力を運動に変換していることを意味する（前向きの移動）。

本質的に風の方向に抗して移動するベーンとは、ベーンが風を通して後方に移動しなければならなくなるのにエネルギーが必要とされることを意味する（後向きの移動）。

本発明の実施形態
本発明による風力タービンの実施形態においては、受けは、重力および風の影響によって本質的に前記２つの形態のうちの一方、および前記手段の動作によって本質的に他方の形態を採用する。この実施形態は、構成を比較的簡単にする２つの形態のうちの１つを取る受けを有するのに任意の手段のいかなる能動的動作も必要としない。たとえば、受け（の部品）に作用する重力および風によって本質的に第２の形態を取り得るように受けが形成される場合には、これは、その形態を取る手段の動作を必要としない。このような場合においては、通常、手段の動作は第１の形態を提供するように反対方向に形態を変更するのに必要であるということが要求される。

代替実施形態においては、特にベーンが風の方向に抗して移動する位置にある場合、手段は、受けが前記手段の動作によって本質的に第２の形態を採用するように動作可能である。この実施形態は、受けの標準形態が第１の形態である、すなわち受けが風力を運動に変換するようにより大きな能力を有する形態であるという利点を有する。このように、風が吹き始めると、タービンは容易に回転し始めることになる。この実施形態においては、受けが風を捕え得る位置をベーンが取るように、ベーンは、自動的に（たとえば、当業界で通常知られている手段によって）風と位置合わせされることが好ましい。ベーンが風の方向に抗して移動する位置にある場合の第２の形態を取る利点は、その場合は受けが運動への風力の全変換に基づいて有する負の影響が能動的に最小限度にされることができ、それによって、風および重力などの外力に（受動的に）依存しないということである。

さらにもう１つの実施形態においては、手段は、受けが、前記手段の動作によって本質的に第１および第２の形態を採用するように動作可能である。この実施形態は上で述べた実施形態よりも複雑であり、また、（受けの能動的な閉鎖および開放がエネルギーを要する場合があるので）全エネルギー変換率を僅かに低下させる場合があるが、この実施形態は、ベーンが風の方向に対して取る位置から独立して、受けの形態が第１の形態と第２の形態との間の範囲の任意の形態に調整され得るという利点を有する。

一実施形態においては、ベーンは、翼形体であり、受けは、蓋および翼形体によって本質的に形成され、蓋は、前記本体の下流端部に隣接する位置で本体にヒンジで接続される（本体の下流端部は、ベーンが風の方向に移動する風から離れる方を向く本体の端部である）。この実施形態は、たとえば変形可能な回転楕円体または他の形状などの変形可能なカップを用いた場合よりも構成が簡単であり、かつ、たとえば蓋を有する長手ポールの形または他の構成から成るベーンよりも効果的であるという利点を有する。

一実施形態においては、ベーンは、複数の受けを備える。複数の受けを用いた場合には、エネルギー変換を増大させるようにタービンを動作する自由度がさらに向上され得るということが出願人の認識である。しかし、より重要なことに、複数の受けを有すると、ベーンの対応する長さにわたって延在する１つの（大きな）受けを用いる場合よりも著しく長い長さのベーンを使用することができるということが出願人の認識であった。すなわち高い回転速度において、ベーンの先端に近くのベーンに生じる力は、支持体に近くのベーンに生じる力よりも著しく大きい。複数の独立した受けを有することによって、ベーンの機械的衝撃を低減するために、たとえば、「外側の」受けが風力を運動に変換するより小さな能力を有する形態を取れるようになっている場合がある。これより、その変わり目で、非常に頑健な機械的構成を必ずしも必要とすることなく、大きなベーンを使用することができる。さらなる実施形態においては、ベーンは、ベーンの頭部部位に第１の受け、およびベーンの底部側に第２の受けを備える。この実施形態においては、準最適な使用が、受け、および風力エネルギーを運動に変換するそれらの能力について行われ得る。

代替実施形態においては、ベーンは、ベーンの長さに沿って配置される複数の別々の受けを備える。ベーンの長さに沿った流体力学（空気の流れ）は、（タービンの心臓部に隣接する）支持体の近くの位置からベーンの先端まで移動する場合にはかなり変化するということを、出願人は認識した。ベーンの長さに沿って複数の別々の受けを用いることによって、受けは、流体力学の差異に適応されるベーンの長さに沿った異なる形態を有することができる。さらなる実施形態においては、支持体の近くに配置される受けは、支持体からさらに離れて配置される受けよりも大きな横断面を有する。このように、ベーンの長さに沿った異なる部分の絶対移動速度の変化が適応され得る。通常、先端に近接した速度は非常に高いので、受けの小さな横断面は、構成がベーンの剛性を維持するのに非常に重くなる必要があるということを防ぐのに必要とされ得る。この概念は、受けが風の方向から独立した前記形態のうちの少なくとも１つを採用しなければならなくなるように異なる手段を有するか、有しないタービンに適用され得る。特に、受けが単に風および重力の力によって開閉する場合でさえも、ベーンの長さに沿って風力を運動に変換するように減少する最大能力を有する複数の受けを有する特徴は、より長いベーン長さを可能にする風力タービンに使用され得ることが有利である。換言すれば、本発明はまた、前記第１および第２の形態が（受けが第１および第２の形態を取らなければならなくなるように手段を用いる代わりに）単なる風および／または重力によって誘導され、ベーンがベーンの長さに沿って配置される複数の別々の受けを備え、かつ、支持体の近くに配置される受けが、支持体からさらに離れて配置される受けよりも、風力を運動に変換するようにより大きな最大能力を有する、風力タービンに具体化される。

一実施形態においては、受けが第２の位置を採用する場合に、支持体から離れた方向に見て、第２の位置を採用する受けに一番近い受けが第２の位置を自動的に採用するように、受けは動作可能に接続される。この実施形態においては、近隣の受けは、１つの受けが第２の形態を取ることを強いられる場合に、ベーンの先端に向かう方向に見て、この受けに最も近い受けがまた第２の形態を取るように単に互いに把持する。この実施形態においては、手段は、１つの単一の受け（通常、タービンの中央に最も近いもの）を能動的に押し付けなければならないことによってのみ、受けが第２の形態を取らなければならなくなるように動作可能である。他の受けは、第１の受けの動きに従う。これにより、ベーンのすべての受けに直接作用するように構成されなければならない手段の必要性が回避される。欠点は、第２の形態を取るために、ベーンの複数の受けが独立して動作され得ないということである。

ベーンが支持体に回転可能に接続されるロータの一部である実施形態においては、ロータは、複数のベーンを備える。複数のベーンを有する場合、ベーンの非常に均一な分布が、風を運動に積極的に変換し得るような位置を取る少なくとも１つのベーンが常に存在するように、形成され得る。正確に均一に分布される場合、各ベーンは、たとえば回転について３０°（１２ベーン）と１８０°（２ベーン）との間のセグメントを覆うことができる。このように、良好なエネルギー変換が得られ得るばかりでなく、変換は、支持体にほとんど運動量のない比較的円滑でもあり得るということが認められていた。さらなる実施形態においては、タービンは複数のロータを備える。

本発明は、次の実施例に基づいてさらに説明されることになる。
実施例

本発明による風力タービンの図式表現の図である。 本発明によるベーンの図式表現の図である。 ２つのベーンを備え、受けが第２の形態を採用しなければならなくなるように動作可能である手段を示す、本発明による風力タービンの図式表現の図である。 本発明によるタービンの代替実施形態の図式表現の図である。 本発明に使用するためのさまざまな受けを概略的に示す図である。 ダリウス風車を備える本発明による２つの風力タービンの組み合わせを概略的に示す図である。 風力を運動に変換する受けの能力を示す図である。 風受けの形態を与えるためのシステムを概略的に示す図である。

図１は、本発明による風力タービンの図式表現である。支持ポール５を用いて地表面２から延在するように取り付けられるタービン１が示されている。この実施形態においては、タービンは、２つのベーン（６、１６）を備え、各ベーンは、風を捕え、かつ風力エネルギー（風の方向は、Ｖとして示されている）をベーンの（指示された方向Ａの）回転運動に変換するのを助けるように複数の受け（７、１７）を備える。ベーン６およびその受けは、図２により詳細に示される。

図２は、本発明によるベーンの図式表現である。この特定の実施形態においては、ベーン６は、風Ｖに方向付けられ、それによって、その上流端部６００は風に面し、その下流端部６０は風から遠ざかるように向けられる。この実施形態においては、ベーン６は、ベーンの上方および下方に移動する風が風の方向にベーンに駆動力を提供するように翼形体である。ベーン６には、その底部ならびにその頂部側において複数の受け７および７′がそれぞれ設けられる。底部側の受け７は、いずれの場合にも、蓋およびベーンの底部側から成る。５つの蓋１０、１１、１２、１３、および１４が、図２に示されている。蓋１０は、支持体の最も近くに配置され（図２には図示せず）、蓋１４は、ベーン６の先端の近くに配置される。ベーンの底部側と共に、各蓋は、風を捕えるように幾分バケットを形成する。蓋１０、１１、１２、１３、および１４は、線２１の周りにヒンジで接続され、それぞれ１１５を通してベーンの内部に逆重み（ｃｏｎｔｒａ−ｗｅｉｇｈｔｓ）１０１が設けられる。この実施形態においては、これらの重みは、蓋が重力の影響によって本質的に開くように選択される。逆重みを変えることによって、重力に対する蓋の動き、および（ベーンに対する）風の速度が、選択された環境下で最適トルクを提供するように正確に選択され得る。蓋１０、１１、１２、１３、および１４は、受けが第２の位置を採用する場合に、支持体から離れた方向に見て、第２の位置を採用する受けに一番近い受けが第２の位置を自動的に採用するように、動作可能に接続される。この場合は、蓋１１には、蓋１０の動きの空間を跨ぐ副蓋１２１が設けられる。蓋１０が第２の形態を採用するようにベーンに向かって移動される場合には、これは、副蓋１２１に出合い、したがってベーンの底部の方向にこれで蓋１１を捕える。その変わり目で、蓋１２には、蓋１１の動きの空間を跨ぐ副蓋１２２が設けられる。したがって、蓋１１がベーンの方向に移動すると、これは、副蓋１２２に出合い、したがって第２の形態を取るようにベーンの底部に向かってこれで蓋１２を捕える。同様にして、蓋１３には副蓋１２３が設けられ、蓋１４には副蓋１２４が設けられる。相応じて、蓋１０′、１１′、１２′、１３′、および１４′には、副蓋１２０′、１２１′、１２２′、１２３′、および１２４′が設けられる。これらの蓋は、線２０の周りにヒンジで接続され、１０５′を通して、ベーンの内部に逆重み１０１′が設けられる。これらの逆重みは、第１の形態を取るように蓋が重力の影響によって開くように選択される。

図３は、ロータ１６６の一部である２つのベーン６および１６を備える、本発明による風力タービンの図式表現である。図３は、（それぞれ蓋１０〜１４、１０′〜１４′、１１０〜１１４、および１１０′〜１１４′を備える）受け７が第２の形態を採用しなければならなくなるように動作可能である手段（２００、２００′）を示している。この図においては、図２に示されるベーン６と実質的に同じ構成から成る２つのベーン６および１６を備える、風力タービン１が示されている。各ベーンは、受けを備える（ベーン６：蓋１０〜１４によって形成される受け７、およびベーンの対応する底部、ならびに蓋１０′〜１４′によって形成される受け、およびベーン６の頂部側の対応する部分；ベーン１６：蓋１１０〜１１４によって形成される受け、およびベーンの対応する底部、ならびに蓋１１０′〜１１４′によって形成される受け、およびベーン１６の頂部側の対応する部分）。タービン１は、蓋１１０〜１１４を備える受けが前記手段の動作によって本質的に第２の形態を採用するように動作可能である第１の手段２００から成る。これらの手段２００は、第１のレバー２０１を備え、これは、蓋１０を下方へ押しやる重力および風により、下向きに移動している副蓋１２０（また図３を参照されたい）の押圧力によって下向きに押圧される。レバー２０１の下向きの力が、レバー２０２を上向きに押圧するのに使用される。このように、（たとえば図示されていない；ベーン１６の後ろの）蓋１１０は、その対応する副蓋１１２０（図示せず）に作用するレバー２０２により、蓋１１０を備える受けが第２の形態（本実施形態においては事実上「閉鎖された」）を取るように上向きに押圧される。レバー２０１からレバー２０２への動きを正確に変換するために、手段２００は、変換装置２０４を備える。手段２００は、ベーンと関連して移動するように軸受２０３を用いて支持体５の周りに回転し得る。変換装置２０４は、ベーンが風Ｖの方向に移動する場合には第１の形態を、およびベーンが風Ｖの方向に抗して移動する場合には第１の形態を受けが採用することを確実にするようにレバーに作用する。このために、変換装置は、電子的に風の方向と位置合わせされる（電子機器は図示せず）。代替実施形態においては、変換装置は、風と自動的に位置合わせされる通常知られているベーンを用いて風と位置合わせされ、その変わり目で、そのベーンは、変換装置に動作可能に接続される。

手段２００と関連してここに上で説明したのと同様に、レバー２０１′および２０２′、ならびに変換装置２０４′、および軸受２０３′を備える対応する手段２００′は、ベーンが風の方向に移動する場合には、蓋１０′〜１４′および蓋１１０′〜１１４′（蓋１０′および１１０′はそれぞれ副蓋１２０′〜１１２０′が設けられている）を備えるベーンの頂部の受けが第１の形態を採用しなければならなくなるように設けられる。相応じて、重力および風が作用すると蓋１１０′〜１１４′が閉鎖する場合に放出されるエネルギーは、対応する受けが第１の形態を取るように蓋１０′〜１４′が上向きに移動しなければならなくなるようにレバー２０１を作動させるように変換装置２０４′を介して伝達される。

図４は、本発明によるタービンの代替実施形態の図式表現である。この実施形態においては、ベーン６には、支持体の近くに配置される受けが支持体からさらに離れて配置される受けよりも大きな横断面を有するように、複数の受けが設けられる。この実施形態においては、各受け７は、蓋とベーンの底部側との間に形成される（図２を比較されたい）。支持体により近くにある場合に蓋がより大きな表面を有するように、異なるサイズの蓋を有することによって、支持体の近くに配置される受けは、支持体からさらに離れて配置される受けよりも大きな横断面を有する。

図５は、本発明に使用するためのさまざまな受けを概略的に示している。風Ｖの方向が、示されており、図５Ａ、図５Ｂ、および図５Ｃに適用される。

図５Ａにおいては、形の上では図２および図３に示される受けと対応する受け７が示されている。図５Ａの左側の状況においては、蓋１０およびベーン６の底部側７０を備え、蓋がベーンの下流端部でヒンジ８０を使ってヒンジで接続されている受けは、第１の形態、すなわち、風が風力エネルギーをベーンの運動に変換する受けによって捕えられることになる形態を採用している。ベーンが移動する方向がＰ１として示されている。図５Ａの右側の状況においては、同じ受けが第２の形態を取っており、その形態においては、風Ｖの方向に抗して方向Ｐ２に移動するのに、風はあまり捕えられる必要はなく、必要以上にエネルギーが消費されない。

図５Ｂにおいては、受け７の代替実施形態が概略的に示されている。この場合は、簡単な管から成るベーン６には、２つの直角に延在する部材７および７′が設けられ、この部材７および７′は、ベーンを方向Ｐ１に移動させるために風を捕えるように作用する。各部材には、図５Ｂにおいて伸張した形態で示されるばね９０および９０′がそれぞれ設けられる。ベーンがＰ２で示される方向に風Ｖに抗して移動しなければならない場合には、ばね９０および９０′は、解放され、部材７および７′がより短い形態（本発明の意味では第２の形態）を取らなければならなくなり、それによって、これらはかなり少ない風しか捕えない。

図５Ｃにおいては、本発明の意味において受けのさらにもう１つの実施形態が、概略的に示されている。この場合は、受け７は、ヒンジ８０を介してベーン６の底部に取り付けられるハーフカップである。このベーンがＰ１として示される風の方向に移動すると、カップは、図５Ｃの左側の図面に示されるように配置される。ヒンジは、カップが別の位置を取ることを防止し、カップは、風Ｖを最大限に捕えるように完全に配置される。ベーンがＰ２で示される方向に風Ｖに抗して移動するように想定すると、カップは、ベーンの底部に向かってヒンジで接続されることを強いられ、図５Ｃの右側の図面に示されるような位置を取る。この形態においては、受けは、はるかに少ない風しか捕えない形態を採用しており、ベーンは、風の方向に抗して容易に移動する。

図６は、ダリウス風車（４００）を備える本発明による２つの風力タービン（１、１′）の組み合わせを概略的に示している。このダリウス風車４００は、上記の引用文献中国特許出願公開第１０１７３７２５２Ａ号明細書に示される風車に対応する。風の方向は、Ｖで示されており、これは、方向Ａの風車の回転に対応する。この風車は、車軸５によって支持され、ベーン４１０、４１２、および４１１、４１３をそれぞれ担持するバー４０１および４０２を備える。同じ支持体５に対して、本発明による２つの風力タービン１および１′が、クラッチを用いて動作可能に接続され、このクラッチは、これらの風力タービンの各々がダリウス風車４００の所定の毎分回転数に対してさまざまな毎分回転数で回転することを可能にする。これらのクラッチは、参照数字３００および３００″で図６に示されており、この実施形態においては、油圧クラッチである。

組み合わされた風車は、次のように機能し得る。風速がゼロの場合には、ベーンはすべて、これらがある位置のままでいる。受けはすべて、逆重み（図２を参照されたい）によって強いられる蓋に、対応する翼形体ベーンの底部の近くの位置を取らせることによって、第２の形態を取る。風が方向Ｖに吹き始めると、（蓋１０〜１４および１０′〜１４′を備える）ベーン６および６′の受けは、風および重力の影響によって開く（すなわち、これらは、本発明の意味では第１の形態を採用する）。結果として、タービン１および１′は両方とも、支持体５の周りに回転し始める。ベーン６および６′が風の方向に抗して移動しなければならない位置を取るとすぐ、受けが第２の形態を採用しなければならなくなるように動作可能である手段（たとえば図６には図示されていない手段）を用いることによって、受けは、閉鎖を取ることを強いられる。次に他方では、ベーン１６および１６′の受けは、風を捕える第１の形態を取るように開き、風をベーンの運動に変換する。低回転数においては、クラッチ３００および３００′は、車軸５にいかなる運動も送らない。閾値毎分回転数に到達するとすぐ、クラッチは、タービン１および１′の運動の一部を車軸５に送るように作動され、その後、ダリウス風車は、示された方向Ａに回転し始める。このように、ダリウス風車は、（先行技術によって知られているように）起動するのにいかなる補助モータも必要としない。

ダリウス風車が、たとえば非常に高い風速において、早過ぎる回転という危険を冒す場合には、タービン１および１′は、通常、ベーンが風の方向に抗して移動するような位置を有する場合に受けが第１の形態（または、蓋が少なくとも部分的に開かれる形態）を取らなければならなくなることによって、風車を減速するように使用され得る。このように、タービンのベーンは、減速されることになり、その減速は、ダリウス風車４００を減速するようにクラッチ３００および３００′を介して車軸５に送られ得る。

図７Ａおよび図７Ｂから成るこの図７は、風力を運動に変換する受けの能力を示している。上に定義したように、風力を運動に変換する受けの能力は、この受けが風の方向に対して理想的に配置されている、すなわち風が最大限に「捕えられる」ように受けが配置される場合に受けが提供し得る変換である。図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、風は両方の副図において示される方向Ｖに吹くが、風力を運動に変換する（蓋１０、１０′およびベーン６によって形成される）受けの能力は、両方の図において同じである。これは、図７Ａおよび図７Ｂの角度α、ならびにベーンおよび蓋の寸法が同じであるためである。２つの示された場合の各々において、受けが風の方向に対して理想的に配置されることになる（これは、この実施例では状況７Ｂの場合である）場合には、そのとき、能力は、図７Ｂの受けと、図７Ａの受けの場合と正確に同じである。

図８は、風受けの形態を提供するためのシステムを概略的に示している。特に、ベーンがベーンの上側に第１の受け、およびベーンの下側に対応する受けを有する状況においては、受けの構成部品が同じ寸法を有するばかりでなく、受けが風力を運動に変換するように同じ能力を有するということをこれらの部品が確かめることも重要である。これは、ベーンの捻じりを防止する、または少なくとも最小限度にするのに重要である。（蓋１０′およびベーン６によって形成される）上部受けがたとえば（蓋１０およびベーン６によって形成される）下部受けよりもさらに開くことになる場合は、そのときに、ベーンが風の方向に移動することになる場合、および（示された受けの影響は幾分より小さいであろうが）ベーンが風の方向に抗して移動することになる場合でさえ、捩りが生じることになる。蓋１０および１０′の正確な同時移動を与えるために、これらの蓋は、半ピニオン５００および５００′によって動作可能に接続され、そのピニオンは、それぞれ軸５０１および５０１′を中心として回転する。下部ピニオンは、プッシュ／プルバー５１０に接続され、これは、ヒンジ５１２を介してレバー５１１に接続される。レバー５１１は、軸５２０を中心として回転することができる。レバー５１１を軸５２０を中心として回転させることによって、蓋１０および１０′は、それぞれの角度βおよびβ′がすべての環境（主としてピニオンの公差、ならびに軸５０１および５０１′へのピニオンおよび蓋の接続に依存する）において本質的に同じ大きさから成るように移動することになる。一実施形態においては、軸５２０を中心としたレバー５１１の回転は、中央、したがってタービンの支持体（図８には図示せず）の周りに形成されるレールを介して制御され、レールはレバー５１１に動作可能に接続されるフォロワーのガイドを構成するということが留意される。

半ピニオンの示されたシステムは、有利なことに、変化する能力の受けを構成するために上部および下部蓋を用いる、いかなる先行技術のタービンにも使用され得るということが留意される。換言すれば、本発明はまた、ベーンの上方および下方の対応する部位に配置される２つの受けを備えるベーンに具体化され、受けは、ベーンに対して開閉し得る蓋によって形成され、前記２つの受けの蓋の各々は、ピニオンへの接続によってベーンに回転可能に配置され、２つのピニオンは、把持接続を介して協働する。

Claims (14)

1. 支持体（５）と、前記支持体（５）に回転可能に接続されるベーン（６、１６）とを備える、風を機械エネルギーに変換するための風力タービン（１）にして、ベーン（６、１６）は、ベーン（６、１６）が風の方向に移動する位置にある場合の第１の形態であり、受け（７）が風力をベーン（６、１６）の運動に変換する第１の能力を有する第１の形態と、ベーン（６、１６）が風の方向に抗して移動する位置にある場合の第２の形態であり、受け（７）が風力をベーン（６、１６）の運動に変換する第２の能力を有する第２の形態とを採用することができる風受け（７）を備え、第２の能力が、第１の能力よりも小さい風力タービン（１）であって、タービン（１）には、受け（７）に前記形態のうちの少なくとも１つを採用させるように動作可能である手段（２００、２００′）が設けられ、
   ベーン（６、１６）が、ベーンの長さに沿って配置される複数の別々の受け（７）を備え、
   支持体（５）の近くに配置される受け（７；６、１０）が、支持体（５）からさらに離れて配置される受け（７；６、１１）よりも大きな横断面を有することを特徴とする、風力タービン（１）。
2. 受け（７）が、重力および風の影響によって本質的に前記２つの形態のうちの一方、および前記手段（２００、２００′）の動作による本質的に他方の形態を採用することを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン（１）。
3. ベーンが風の方向に抗して移動する位置にある場合に、手段（２００、２００′）は、受け（７）が前記手段（２００、２００′）の動作によって本質的に第２の形態を採用するように動作可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載の風力タービン（１）。
4. ベーン（６、１６）が翼形体であり、受け（７）が、蓋（１０、１１、１２、１３、１４）および翼形体によって本質的に形成され、蓋が、翼形体の下流端部（６０）に隣接する位置で翼形体にヒンジで接続されることを特徴とし、翼形体の下流端部は、ベーンが風の方向に移動するときに風から離れる方に面している翼形体の端部である、請求項１から３のいずれか一項に記載の風力タービン（１）。
5. ベーン（６、１６）が、ベーンの頭部部位に第１の受け（７′）と、ベーンの底部側に第２の受け（７）とを備えることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の風力タービン（１）。
6. １つの受けが第２の形態を取ることを強いられる場合に、ベーンの先端に向かう方向に見て、この受けに最も近い受けがまた第２の形態を取るように、隣接した受けが互いに担持することを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン（１）。
7. ベーン（６、１６）が支持体に回転可能に連結されるロータ（１６６）の一部であり、ロータ（１６６）が、複数のベーン（６、１６）を備えることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の風力タービン（１）。
8. タービンが、複数のロータ（１６６）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の風力タービン（１）。
9. 風を仕事に変換するための、請求項１から８のいずれか一項に記載の風力タービン（１）の使用。
10. ダリウス風車（４００）と組み合わされた請求項１から８のいずれか一項に記載の風力タービン（１）であって、風力タービン（１）がダリウス風車（４００）に動作可能に接続される動作可能な接続がクラッチ（３００）を使用し、そのクラッチ（３００）により、その風力タービン（１）がダリウス風車（４００）の所定の毎分回転数に対してさまざまな毎分回転数で回転できるようになっていることを特徴とする、風力タービン（１）。
11. クラッチ（３００）が、遠心クラッチ、油圧クラッチ、スリッパークラッチ、電磁クラッチ、およびＶベルトクラッチから成るグループから選択されることを特徴とする、請求項１０に記載の風力タービン（１）。
12. 前記第１および第２の形態が単なる風、および／または重力、および／または前記手段（２００、２００′）によって誘導され、支持体（５）の近くに配置される受け（７；６、１０）が、支持体（５）からさらに離れて配置される受け（７；６、１１）よりも、風力を運動に変換するようにより大きな最大能力を有することを特徴とする、請求項１に記載の風力タービン（１）。
13. 風力タービン（１）の支持体（５）に回転可能に接続されるベーン（６、１６）であって、ベーン（６、１６）は、ベーン（６、１６）が風の方向に移動する位置にある場合の第１の形態であり、受け（７）が風力をベーン（６、１６）の運動に変換する第１の能力を有する第１の形態と、ベーン（６、１６）が風の方向に抗して移動する位置にある場合の第２の形態であり、受け（７）が風力をベーン（６、１６）の運動に変換する第２の能力を有する第２の形態とを採用することができる風受け（７）を備え、第２の能力が、第１の能力よりも小さく、
    ベーン（６、１６）は、ベーンの長さに沿って配置される複数の別々の受け（７）を備え、
    支持体（５）の近くに配置される受け（７；６、１０）が、支持体（５）からさらに離れて配置される受け（７；６、１１）よりも大きな横断面を有する、ベーン（６、１６）。
14. ベーンが、ベーンの上方および下方の対応部位に配置される２つの受けを備え、受けが、ベーンに対して開閉し得る蓋によって形成される、前記２つの受けの蓋の各々が、ピニオンに接続することによってベーンに回転可能に配置され、２つのピニオンが、把持接続を介して協働することを特徴とする、請求項１３に記載のベーン（６、１６）。

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