JP7274766B2 - 風力機械 - Google Patents

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Description

本発明は、特に風力機機械のロータに流れてくる風から電気エネルギを得るための風力機械に関する。
冒頭で述べた風力機械は、略垂直に位置するタワーと、タワーの先端に配置された、タワーの縦軸線を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセルと、ハブに配置された少なくとも2つのロータブレードを有する、略水平に向けられた回動軸線を中心に回動可能なロータと、ハブに作用接続された発電機と、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する少なくとも1つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータの向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置と、を備える。風力機械の有効性、つまりその作用効率は、風力機械に流れてくる風に対するロータの向きに大きく依存する。最近の風力機械は、さらに、水平線に対する回動可能なロータの回動軸線の向きを開ループ又は閉ループ式に制御して変更し、ゆえに水平とは異なる風の流れ方向にもロータの配向を可能にすることができる他、ロータブレードの位置を開ループ又は閉ループ式に制御して変更し、ゆえに流れてくる風から得ることができるエネルギの値を、流れてくる風の速度に応じたロータブレードの風負荷の変化によって変化させることができる。風力機械に流れてくる風から電気エネルギを得るには、風力機械に流れてくる風の速度及び流れ方向をできるだけ正確に知ることが重要である。
風力機械において、風速を特定するために、ナセルの屋根に配置された風杯型風速計が広く普及している。風向きを特定するために、同様にナセルの屋根に風向計が配置されている。しかし、ナセルの屋根に、風の速度及び流れ方向を特定する手段を配置することには問題があり、通常、不正確な結果しかもたらされない。というのも、風の速度及び流れ方向がロータの後方で検出され、ロータの回動による影響を受けるからである。
欧州特許出願公開第1288494号明細書において、風力機械のロータの手前、つまりハブに配置可能な風ベクトル特定機器が知られていて、そこでは、流れてくる風の速度及び流れ方向が、少なくとも2つのピトー管を用いて特定される。ピトー管の動圧開口は、様々に空間に向けられている。これにより、風の速度と流れ方向との両方を特定することが可能になる。しかし、ピトー管は、汚染及び/又は凍結による不都合な影響を極めて受けやすい。これに対する防護手段は可能であるが、煩雑である。そのため、流れてくる風の速度及び流れ方向の特定が不正確になってしまうおそれがある。
流れてくる風の速度及び/又は流れ方向を特定するために超音波型風向風速計を有する風力機械が知られている。ゆえに、例えば独国特許出願公開第102015003069号明細書において、流れてくる風の少なくとも1つの特性を求めるための、風力機械に配置可能な超音波型風向風速計が記載されている。超音波型風向風速計は、音波を放出する少なくとも1つの送信機と、放出された音波を少なくとも部分的に記録する少なくとも2つの受信機と、送信機と少なくとも2つの受信機との間の音波の通過時間をその都度特定する他、そこから、流れてくる風の速度及び/又は流れ方向を求める評価ユニットとを有する。超音波型風向風速計の欠点は、常に較正が必要であり、汚染、湿潤及び凍結による不都合な影響を受けやすいことにある。
欧州特許第0970308号明細書において、レーザ型風速測定システムとして構成された風速測定システムを有する風力機械が知られていて、そこでは、レーザビームが、流れてくる風に対して照射され、レーザビームは、流れてくる風に連行された粒子と相互作用し、その際、この相互作用が検出され、評価され、粒子の速度に相応する速度信号が生成される。流れてくる風に対して様々な方向に照射されることによって、流れてくる風の速度場を求めることができる。この場合の欠点は、レーザ風速測定システムが極めて煩雑であることである。
欧州特許出願公開第1288494号明細書 独国特許出願公開第102015003069号明細書 欧州特許第0970308号明細書
本発明の課題は、流れてくる風に対する、風力機械のロータの、不都合な影響をほとんど受けない配向が高い精度で達成される、冒頭で述べたタイプの風力機械を提供することである。
本発明によれば、この課題は、請求項1又は2の特徴を有する風力機械によって解決される。請求項3~15は、本発明の有利な形態を述べている。
本発明に係る風力機械は、略垂直に位置するタワーと、タワーの先端に配置された、タワーの縦軸線を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセルと、ハブに配置された少なくとも2つのロータブレードを有する、略水平に向けられた回動軸線を中心に回動可能なロータと、ハブに作用接続された発電機と、流れ方向を特定する少なくとも1つの装置と、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する少なくとも1つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータの向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置とを備える。本発明の第1の構成では、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する少なくとも1つの装置は、流れてくる風が受信アンテナの傍を通流するようにハブに配置された、線形の少なくとも4本の受信アンテナを有する。この場合、受信アンテナは、受信アンテナの傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナに電気的な信号が生成されるように構成されている。それぞれ2本の受信アンテナが、対応する受信アンテナ対偶を形成し、受信アンテナ対偶において、受信アンテナは、特定の距離を置いて相互に平行に、ロータの回動軸線に関して前後に配置されていて、流れてくる風の流れ方向に見て第1の受信アンテナの傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、流れてくる風の流れ方向に見て第2の受信アンテナの傍をも通過する。少なくとも1つの対応する受信アンテナ対偶の受信アンテナは、ロータの回動軸線に対して、又は受信アンテナ対偶間に位置する直線とロータの回動軸線とによって形成された平面に対して、10°<α<80°、好適には15°<α<60°の角度αで配置されていて、少なくとも1つの他の対応する受信アンテナ対偶の受信アンテナは、ロータの回動軸線に対して、又は受信アンテナ対偶間に位置する直線とロータの回動軸線とによって形成された平面に対して、-10°>α>-80°、好適には-15°>α>-60°の角度αで配置されている。風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する装置は、さらに、少なくとも1つの相関測定装置を有し、相関測定装置は、相関測定によって、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶を形成する受信アンテナ間の距離を克服するのに要する時間が特定可能であるように構成されている。ロータの回動軸線に対して、又は受信アンテナ対偶間に位置する直線とロータの回動軸線とによって形成された平面に対して角度αで配置された、対応する第1の受信アンテナ対偶の受信アンテナと、角度αで配置された、対応する第2の受信アンテナ対偶の受信アンテナとが、相関測定装置のそれぞれ1つの入力に接続されていて、これにより、それぞれ相間測定によって、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、受信アンテナ対偶の対応する受信アンテナの間の距離を克服するのに要する時間が特定可能である。この場合、1本の受信アンテナ又は複数の受信アンテナは、受信アンテナ対偶間に位置する直線とロータの回動軸線とによって形成された前述の平面を貫通するように配置することもできる。最後に、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する少なくとも1つの装置は、電気的に影響を受けた粒子及び分子が受信アンテナ対偶の2つの受信アンテナ間を移動するそれぞれの速度を算出する演算ユニットを有する。速度は、距離と、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶を形成する受信アンテナ間の距離を克服するのに要する時間とから算出される。この場合、受信アンテナ対偶の受信アンテナ間の粒子及び分子のそれぞれの速度は、対応する受信アンテナ対偶の、相互に平行に配置された線形の受信アンテナに対して垂直に位置する、流れてくる風の速度の方向成分に対応する。この場合、前述の受信アンテナ対偶によって特定される、流れてくる風の方向成分の速度から、三角測量によって、流れてくる風の速度と、ロータの回動軸線に対する、流れてくる風の流れ方向が算出される。この場合、流れてくる風の流れ方向に基づいて、風力機械に流れてくる風に対するロータの配向を行うことができ、その際、配向は、有利には、ロータブレードによって形成された円平面が風向きに対して可能な限り直角に位置するように行われる。
風力機械が、さらに、風力機械に流れてくる風の流れ方向を少なくとも大まかに特定する装置を有することが有利であり得る。このさらなる装置は、例えば風向計であり得、風向計によって、流れてくる風の流れ方向が大まかに特定され、風力機械に流れてくる風に対するロータの大まかな配向が行われる。次いで、流れてくる風の流れ方向の正確な特定が、前述の装置を用いて行われる。
風力機械が、ロータブレードの位置を変更する手段を有する場合には、流れてくる風の速度を、ロータブレードの位置を開ループ又は閉ループ式に制御するための値として用いることができる。
本発明の別の構成では、風力機械は、ロータの回動軸線上に位置するようにハブの先端に配置された、ハブから離反するランスを有する。本発明のこのような構成では、風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する装置が、流れてくる風が受信アンテナの傍を通流するように、ランスに配置された線形の少なくも4本の受信アンテナを有する。受信アンテナは、すでに述べられたように、受信アンテナの傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナに電気的な信号が生成されるように構成されている。本発明のこの第2の構成でも、それぞれ2本の受信アンテナが、対応する受信アンテナ対偶を形成し、受信アンテナ対偶において、受信アンテナは、特定の距離を置いて、相互に平行に、ロータの回動軸線に関して前後に配置されていて、流れてくる風の流れ方向に見て第1の受信アンテナの傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、流れてくる風の流れ方向に見て第2の受信アンテナの傍をも通過する。少なくとも1つの対応する受信アンテナ対偶の受信アンテナが、ロータの回動軸線に対して、10°<α<80°、好適には15°<α<60°の角度αで配置されていて、少なくとも1つの他の対応する受信アンテナ対偶の受信アンテナが、ロータの回動軸線に対して、-10°>α>-80°、好適には-15°>α>-60°の角度αで配置されている。風力機械に流れてくる風の速度と流れ方向とを特定する装置は、さらに、すでに本発明の第1の構成において述べられた特徴を有する、少なくとも1つの相間測定装置と演算ユニットとを有する。
好適には、対応する受信アンテナ対偶を形成する受信アンテナは、相互に平行に配置された棒又は線材として構成されている。受信アンテナは、好適には、100mm~1000mmの長さを有し、好適には、同一の長さに構成されている。対応する受信アンテナ対偶を形成する2本の受信アンテナの距離aは、好適には、100mm≦a≦1000mmである。受信アンテナは、互いに対してかつ風力機械の導電性の部分に対して電気的に絶縁されて配置されている。
受信アンテナが棒又は線材として構成されているとき、1つ又は複数の受信アンテナが、棒又は線材の長手方向に、電気的にかつ場合によっては機械的にもセグメント化されて構成されていて、この場合、受信アンテナを形成する棒セグメント又は線材セグメントが、セグメントの長手方向に相互に整列して配置されていると有利であり得る。受信アンテナのセグメントは、電気的に直列に接続することができ、電気的にセグメント化された受信アンテナは、いわば電気的なユニットとして、相関測定装置の入力に接続することができる。しかも、電気的にセグメント化された受信アンテナの各セグメントは、相関測定装置の別個の入力に電気的に接続することもできる。
ロータのハブにスピナが配置されるとき、受信アンテナは、電気的に相互に接続され、直線状に配置され、スピナから突出する複数の棒又は針によって構成することができる。当然のこととして、ロータのハブにスピナが配置されるとき、全ての受信アンテナは、前述されたように、電気的に相互に接続され、直線状に配置され、スピナから突出する複数の棒又は針によって形成することができる。スピナが、導電性の材料から形成されるとき、棒又は針は、スピナに対して電気的に絶縁されて配置されている。
本発明の特に好適な構成では、風力機械に流れてくる風の流れの方向とは逆向きに、風力機械に流れてくる風の流れ方向に関して第1の受信アンテナに向けて、100mm~1500mm、好適には約200mmの距離を置いて、第1の受電アンテナの手前に、電極が配置されている。電極は、0.01mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する電極輪郭を具備する少なくとも1つの電極部分を有する。この場合、電極は、0.1mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する輪郭を具備する1つ又は複数の尖端又はエッジを有することができる、又は0.1mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する線材として構成することができる。電極は、0.01mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する電極輪郭を具備する電極部分の周りを流れる風の少なくとも一部が、次いで500mm未満の距離を置いて受信アンテナの傍を通流するように配置されている。この電極に対して、風力機械に、電気的に作用する少なくとも1つの対電極が配置されている又は形成されている。本発明の特に好適な構成では、風力機械は、12kV≦|U|≦20kV、好適には15kV≦|U|≦17kVの値の電圧Uを有する高電圧源を具備し、電極と対電極とは、高電圧源の異なる極に接続されている。
高電圧源は、持続的な電圧Uを生成する、又は12kV≦|U|≦20kV、好適には15kV≦|U|≦17kVの間の電圧Uの最大値と約1msのパルス持続時間とを有する電圧パルスを生成するように構成することができる。この場合、ランダムで非周期的なパルスパターンや周期的に繰り返されるパルスパターンが有利であり得る。周期的に繰り返されるパルスパターンは、例えば電圧U及び約1msのパルス持続時間のn個のパルスを有することができ、そこでは、2≦n≦80、好適には6≦n≦30である。n個のパルスのパルスパターンは、周期的に、0.2s~3.0s、好適には1.0s~1.5sの周期時間で繰り返すことができる。
風力機械に流れてくる風の流れの方向とは逆向きに受信アンテナの手前に電極が配置され、対電極が形成されたことによって、流れてくる風の少なくとも一部が、電圧Uの影響を受ける。流れてくる風に導かれた空気分子及び/又は粒子がイオン化される。負に帯電された電極の場合、電解放出によっても自由電子を放出して、流れてくる風に導かれた空気分子及び/又は粒子と電気的に相互作用することができる。その際に生じる正負の電荷担体は、電極と対電極との間に形成された電界Eの作用によって駆動される。その電荷が電極と同一の正負符号を有する電荷担体は、電極から対電極の方へ移動する。電界Eによって駆動されて移動する電荷担体は、流れてくる風に導かれた分子と相互作用し、電荷担体は、これにより電気的に影響を受けるので、流れてくる風の電気的に影響を受けた分子が受信アンテナの傍を通過するとき、静電誘導によって、受信アンテナに電気信号が生成され、この電気信号は、次いで、前述のように、相関測定装置に供給される。
対電極は、特別に構成して配置することができる。対電極は、例えば受信アンテナの近傍に配置された導電性のプレートによって形成することができる。対電極は、風力機械の導電性の構成部材、例えばロータのハブによって、又は存在する場合にはハブに配置されたランスによって、又は存在する場合にはスピナ(これが導電性の材料からなるとき)によって、又は風力機械の他の導電性の構成部材によって形成することもできる。電極及び対電極の配置及び構成にとって、受信アンテナの領域で電界Eが、3V/m未満の電界強度を有することが重要である。電極と対電極とは、それぞれ高電圧源の1つの極に接続されている。この場合、好適には、電極は、陰極として接続されていて、対極は、接地電位に接続されている。
好適には、電極は、スピナから突出する少なくとも1つの棒として、又はスピナから突出する少なくとも1つの針として構成されている。この場合、棒又は針として構成された電極は、0.01mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する電極輪郭を具備する少なくとも1つの電極部を有する。棒又は針として構成された電極は、0.01mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する輪郭を具備する1つ又は複数の尖端又はエッジを有することができる。
電極は、選択的に、一体に又はマルチピースで構成することができる。
風力機械に流れてくる風において、流れてくる風の流れ方向とは逆向きに、受信アンテナの手前に、電圧を導く電極が配置されたこと、対電極が配置されたこと又は構成されたことの格別な利点は、電気的に影響を受けた粒子又は分子による、流れてくる風の負荷が極めて小さい場合、又は霧、雨、雪などの特別な気象条件のとき、風力機械に流れてくる風に、十分な数の電気的に影響を受けた分子が生成され、分子が、受信アンテナの傍を通流するときに静電誘導によって受信アンテナに電気信号を生成し、電気信号は、次いで、相対測定装置に供給されることにある。
受信アンテナ及び場合によっては配置される電極が、回動可能なロータに固く結合されているとき、風力機械は、さらに、回動可能なロータの回動角度を検出する回動角度検出装置を有することができる。回動角度検出装置は、演算装置に作用接続することができる。回動可能なロータの回動角度は、流れてくる風の流れ方向の算出に影響を及ぼすことができる。回動可能なロータの回動角度を検出する回動角度検出装置の代わりに、ロータとともにロータの回動軸線を中心に回動可能な自由に選択可能な少なくとも1つの点を検出する装置を設けることもできる。ロータとともにロータの回動軸線を中心に回動可能な自由に選択可能な少なくとも1つの点を検出する装置は、演算装置に作用接続することもできる。ロータの回動軸線を中心に回動可能な自由に選択可能な少なくとも1つの点の周期的な繰り返しを信号通知する、ロータとともにロータの回動軸線を中心に回動可能な自由に選択可能な少なくとも1つの点を検出する装置は、流れてくる風の流れ方向の算出に影響を及ぼすことができる。
風力機械のロータ又はスピナに受信アンテナが配置されているとき、受信アンテナは、導電性の材料からなる、ロータ又はスピナに電気的に絶縁されて接着されたシートストリップとして構成することができる。
以下、2つの実施例に基づいて本発明を詳説する。
ロータの回動軸線上に位置するようにハブの先端に配置されたランスを有する風力機械の第1の構成を示す。 ロータの回動軸線上に位置するようにハブの先端に配置されたランスを、ランスに配置された電極及び受信アンテナとともに詳細に示す。 スピナ上に配置された受信アンテナを有する風力機械の第2の構成を示す。 スピナ上に配置された受信アンテナを詳細に示す。 スピナの壁部内に配置された受信アンテナを有する風力機械の第2の構成の別の形態を示す。 スピナの壁部内に配置された受信アンテナを詳細に示す。 スピナの壁部内に配置された受信アンテナ及び対電極とともにスピナの壁部の断面を示す。 配置された受信アンテナ及び対電極とともにスピナの壁部の断面を示す。 電極及びスピナ上に配置された受信アンテナとともにスピナの一部を示す。 スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。 スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。 スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。 スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。 スピナに配置された電極とスピナ上に配置された受信アンテナとを平面図で示す。
図1は、略垂直に位置するタワー1と、タワー1の先端に配置された、タワー1の縦軸線2を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセル3とを有する風力機械の第1の構成を示す。ナセル3には、ハブに配置された3つのロータブレード6を有する、略水平に向けられた回動軸線4を中心に回動可能なロータ5が配置されている。この場合、ハブは、カバーとしてのスピナ7を支持し、したがって視認不能である。ナセル3内に配置された発電機8が、ハブに作用接続されている。風力機械は、さらに、風力機械に流れてくる風に対するロータ5の向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置9と、風力機械に流れてくる流れる風の流れの流れ方向を特定する、風向計10として構成された装置とを有する。最後に、風力機械は、風力機械に流れてくる風の速度vと流れ方向sを特定する装置を有する。風力機械に流れてくる風の速度vと流れ方向sとを特定する前述の装置は、ランス11に配置された4本の受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22と、ランス11の尖端に配置された電極13と、高電圧源14と、相関測定装置15と、演算装置16とから構成されている。
ランス11は、ハブに配置されていて、図2に示されているように、スピナ7の先端から突出する。ランス11は、ロータ5の回動軸線4上に位置する。ランス11には、4本の受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22が、互いに対してかつランス11に対して電気的に絶縁されて配置されている。それぞれ2本の受信アンテナ12.11,12.12又は12.21,12.22は、距離aを置いて相互に平行に配置されていて、ゆえに対応する第1及び第2の受信アンテナ対偶12.11-12.12及び12.21-12.22を形成する。第1の受信アンテナ対偶12.11-12.12は、ロータ5の回動軸線4に対して40°の角度αで、また第2の受信アンテナ対偶12.21-12.22は、ロータ5の回動軸線4に対して-40°の角度αで、ランス11に配置されている。しかし、角度αと角度αとの値は、同一の大きさでなくてもよい。各受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、相関測定装置15のそれぞれ1つの入力に電気的に接続されている。受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、棒状に構成されていて、約1000mmの長さを有する。ランス11の尖端に、流れてくる風の流れ方向Sで見て第1の受信アンテナ12.11,12.21に対して約200mmの距離を置いて電極13が配置されている。電極13の両端は、エッジ状に構成されていて、0.8mmのエッジの半径rを有する。電極13は、ランス11に対して電気的に絶縁されて、ランス11に配置されていて、高電圧源14の負極に電気的に接続されている。高電圧源14の正極は、タワー1に電気的に接続されている。
流れてくる風の速度vと流れ方向sと特定するために、以下の方法が行われる。高電圧源14によって、-17kVの電圧Uが供給され、電極13に印加される。流れてくる風の少なくとも一部は、この-17kVの電圧Uの作用にさらされる。流れてくる風に導かれる空気分子及び/又は粒子は、この電圧の作用によって、直接にイオン化することができる。さらに、電界放出によって、自由電子を電極13から放出することができる、又は電界電離によって、電子を、流れてくる風に導かれた分子又は粒子から放し、流れてくる風に導かれた空気分子及び/又は粒子と電気的に相互作用させることができる。その際、同様に流れてくる風に導かれた分子と相互作用し、これに電気的な影響を及ぼす電荷担体が生じる。流れてくる風の、電気的に影響を受けた分子が、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22の傍を通過するとき、電磁誘導によって、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22に電気信号が生成される。受信アンテナ対偶12.11-12.12及び12.21-12.22の電気信号から、相関測定によって、流れてくる風の電気的に影響を受けた分子が、対応する受信アンテナ対偶12.11-12.12又は12.21-12.22の受信アンテナ12.11と12.12との間の又は受信アンテナ12.21と12.22の間の距離aを克服するのに要する時間tが特定される。対応する受信アンテナ対偶12.11-12.12又は12.21-12.22の受信アンテナ12.11と12.12との間の又は受信アンテナ12.21と12.22との間の距離aと、流れてくる風の電気的に影響を受けた分子がこの距離aを克服するのに要する時間t及びtとから、演算ユニット16によって、流れてくる風の速度vの、対応する受信アンテナ対偶11.11-12.12又は12.21-12.22の、相互に平行に配置された棒状の受信アンテナ12.11,12.12又は12.12,12.22に対して垂直に位置する方向成分にそれぞれ対応する2つの速度v及びvが計算される。この場合、流れてくる風の速度vの方向成分の速度v及びvから、三角測量によって、流れてくる風の速度vと流れてくる風の流れ方向sとが算出される。図10aに、流れてくる風の速度vの方向成分の速度v及びvが具体的に示されている。流れてくる風の速度v及び流れ方向sは、開ループ式又は閉ループ式の制御装置9に供給される。この場合、開ループ又は閉ループ式の制御装置9によって、風力機械に流れてくる風に対するロータRの向きが開ループ又は閉ループ式に制御される。
図3及び図4は、本発明に係る風力機械の第2の構成を示す。図1及び図2に示された第1の構成とは異なり、この第2の構成では、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、スピナ7の先端から突出するランス11に配置されておらず、直接にスピナ7上に配置されている。スピナ7上には、棒状に構成された4本の受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22が、互いに対してかつスピナ7に対して電気的に絶縁されて配置されている。それぞれ2本の受信アンテナ12.11,12.12又は12.21,12.22が、距離aを置いて、相互に平行に配置されていて、ゆえに対応する第1及び第2の受信アンテナ対偶12.11-12.12及び12.21-12.22を形成する。第1の受信アンテナ対偶12.11-12.12は、受信アンテナ対偶12.11-12.12と12.21-12.22との間に位置する直線17とロータ5の回動軸線4とによって形成された平面に対して40°の角度αで配置されていて、第2の受信アンテナ対偶12.21-12.22は、スピナ7上の前述の平面に対して-40°の角度αで配置されている。各受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、相関測定装置15のそれぞれ1つの入力に電気的に接続されている。スピナ7の先端から突出するランス11に、流れてくる風の流れ方向sに見て第1の受信アンテナ12.11,12.21に対して約200mmの距離を置いて、電極13が配置されている。電極13の両端は、エッジ状に構成されていて、0.8mmのエッジの半径rを有する。電極13は、ランス11に対して電気的に絶縁されて、ランス11に配置されていて、高電圧源14の負極に電気的に接続されている。風力機械の第2の構成の他の全ての特徴は、第1の構成についてすでに述べられた特徴に相応する。
図5及び図6は、本発明に係る風力機械の第2の構成の別の形態を示す。スピナ7は、本発明に係る風力機械の第2の構成のこの形態では、ガラス繊維強化プラスチック、つまり誘電作用を有する材料から製造されている。受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、スピナ7の壁部の内部に、つまり誘電作用を有する材料の内部に配置されている。棒状に構成された4本の受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、互いに対してかつ風力機械の他の全ての部分に対して電気的に絶縁されて配置されている。それぞれ2本の受信アンテナ12.11,12.12又は12.21,12.22は、距離aを置いて相互に平行に配置されていて、ゆえに対応する第1及び第2の受信アンテナ対偶12.11-12.12及び12.21-12.22を形成する。第1の受信アンテナ対偶12.11-12.12は、受信アンテナ対偶12.11-12.12と12.21-12.22との間に位置する直線17とロータ5の回動軸線4とにより形成された平面に対して60°の角度αで配置されていて、第2の受信アンテナ対偶12.21-12.22は、前述の平面に対して-60°の角度αで配置されている。第1の受信アンテナ対偶12.11-12.12の受信アンテナ12.11,12.12は、第2の受信アンテナ対偶12.21-12.22の受信アンテナ12.21,12.22と交差する。各受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、相関測定装置15のそれぞれ1つの入力に電気的に接続されている。流れてくる風の流れ方向に見て第1の受信アンテナ12.11,12.21に対して約200mmの距離を置いて、スピナ7から突出する電極13が配置されている。電極13は、棒状に構成されていて、スピナ表面から約10cm突出する。スピナ7から突出する端部で、電極13は、0.8mmの半径rを有する尖端を具備する。電極13は、電気的に絶縁されて配置されていて、高電圧源14の負極に電気的に接続されている。スピナ7の壁部の内側に、プレートとして構成された対電極18が配置されている。対電極18は、これが、スピナ7の壁部の、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22が中に配置された領域を覆うように構成され、配置されている。対電極18は、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22に対して電気的に絶縁されて配置されていて、高電圧源14の正極に電気的に接続されている。風力機械の第2の構成の、図5及び図6に示された他の形態の他の全ての特徴は、第1の構成についてすでに述べられた特徴に相応する。
図7は、スピナ7の壁部の内部に配置された受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22とスピナ7の壁部の内側に配置された対電極18とを有するスピナ7の壁部の断面を示す。
図8は、スピナ7の壁部の内側に配置された受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22を有するスピナ7の壁部の断面を示す。スピナ7の壁部の内側においても同様に、電気的な絶縁体19によって受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22から分離されて対電極18が配置されている。
図7及び図8は、単に、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22及び対電極18の考えられる例示的な配置を示すものである。スピナ7の壁部の表面又は内部における受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22及び対電極18のさらに他の配置が、可能であるとともに技術的に有利であり得る。
図9は、スピナ7の表面の一部を示す。図9は、スピナ7上の、棒状に構成された4本の受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22の配置を具体的に示す。受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、互いに対してかつスピナ7に対して電気的に絶縁されて、スピナ7上に配置されている。それぞれ2本の受信アンテナ12.11,12.12又は12.21,12.22が、距離aを置いて相互に平行に配置されていて、ゆえに対応する第1及び第2の受信アンテナ対偶12.11-12.12及び12.21-12.22を形成する。第1の受信アンテナ対偶12.11-12.12は、受信アンテナ対偶12.11-12.12と12.21-12.22との間に位置する直線17とロータ5の回動軸線4とによって形成された平面に対して30°の角度αで配置されている。第2の受信アンテナ対偶12.21-12.22は、前述の平面に対して-30°の角度αでスピナ7上に配置されている。各受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、相関測定装置15のそれぞれ1つの入力に電気的に接続されている。流れてくる風の流れ方向sに、流れてくる風の流れ方向sに見て第1の受信アンテナ12.11,12,21に対して約200mmの距離を置いて、電極13が、スピナ上に配置されている。電極13は、スピナ表面から突出する。電極13は、0.8mmの半径rを有する複数の尖端を具備する。電極13は、スピナ7に対して電気的に絶縁されて配置されていて、高電圧源14の負極に電気的に接続されている。
図10a~図10dには、それぞれスピナ7の表面を見た平面図として、スピナ7上の、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22の別の配置が示されている。この場合、図10aは、図9にすでに示された配置の平面図を示す。図10a及び図10bに示された配置では、受信アンテナ対偶12.11-12.12又は12.21-12.22を形成する受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22の長手方向に相互にずらされている。このことは、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22において改善された電気信号を得るために有利であり得る。図10cは、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22の一配置を示し、この配置では、受信アンテナ対偶12.11-12.12又は12.21-12.22を形成する受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、長さが同一であり、受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22の長手方向に相互にずらされていない。図10dは、受信アンテナ12.11,12.12,12.22の一配置を示し、この配置では、第1の受信アンテナ対偶12.11-12.12の受信アンテナ12.11,12.12が、第2の受信アンテナ対偶12.21-12.22の受信アンテナ12.21,12.22と交差する。全ての受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22は、図10dに示された配置でも、互いに対して電気的に絶縁されて配置されている。流れてくる風の流れ方向sに、流れてくる風の流れ方向sに見て第1の受信アンテナ12.11,12.21に対して約200mmの距離を置いて、電極13が、スピナ7上に配置されている。
図10eは、スピナ7の表面を見た平面図を示し、ここでは、スピナ上に、合計8本の受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22,12.31,12.32,12.41,12.42が配置されている。相互に平行に配置されたそれぞれ2本の受信アンテナ12.11,12.12,12.21,12.22,12.31,12.32,12.41,12.42が、受信アンテナ対偶12.11-12.12,12.21-12.22,12.31-12.32,12.41-12.42を形成する。受信アンテナ対偶12.11-12.12,12.31-12.32は、受信アンテナ対偶12.11-12,21,12.31-12.32と12.21-12.22,12.41-12.22との間に位置する直線17とロータ5の回動軸線4とにより形成された平面に対して、角度αで配置されている。受信アンテナ対偶12.21-12.22,12.41-12.42は、この平面に対して角度αで配置されている。この場合、受信アンテナ対偶12.11-12.12がこの平面に対して配置された角度αは、30°である。受信アンテナ対偶12.31-12.32は、この平面に対して75°の角度αで配置されている。この平面に対して受信アンテナ対偶12.12-12.22が配置された角度αは、-30°である。受信アンテナ対偶12.41-12.42は、この平面に対して-60°の角度αで配置されている。流れてくる風の流れ方向sと速度vとを特定するために、前述の平面に対して角度αで配置されたそれぞれ1つの受信アンテナ対偶12.11-12.12又は12.31-12.32と、前述の平面に対して角度αで配置された受信アンテナ対偶12.21-12.22又は12.41-12.42とは、相関測定装置15の入力に電気的に接続されている。当然のこととして、複数の相関測定装置15を並行して動作させ、対応する受信アンテナ対偶12.11-12.12若しくは12.31-12.32又は12.21-12.22若しくは12.41-12.42を相関測定装置15の入力に接続することが考えられ、可能である。図10eに示された配置において、受信アンテナ対偶12.11-12.12及び12.21-12.22と、12.11-12.12及び12.41-12.42と、12.31-12.32及び12.21-12.22と、12.31-12.32及び12.41-12.42とを、それぞれ電気的に相関測定装置に接続し、ゆえに受信アンテナにおいて生成される電気信号の4つの組み合わせを用いて、流れてくる風の流れ方向sと速度vとを求めることが考えられる。これにより、流れてくる風の流れ方向sと速度vとを特定する精度の向上、及びその結果として生じる、風力機械に流れてくる風に対するロータ5の配向を達成することができる。
なお、本願は、特許請求の範囲に記載の発明に関するものであるが、他の観点として以下を含む。
1.
略垂直に位置するタワー(1)と、タワー(1)の先端に配置された、タワー(1)の縦軸線(2)を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセル(3)と、ハブに配置された少なくとも2つのロータブレード(6)を有する、略水平に向けられた回動軸線(4)を中心に回動可能なロータ(5)と、ハブに作用接続された発電機(8)と、流れ方向(s)を特定する少なくとも1つの装置(10)と、風力機械に流れてくる風の速度(v)と流れ方向(s)とを特定する少なくとも1つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータ(5)の向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置(9)とを備える、風力機械において、
風力機械に流れてくる風の速度(v)と流れ方向(s)とを特定する少なくとも1つの装置は、
・流れてくる風が受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)の傍を通流するようにハブに配置された、真っ直ぐに延びる少なくとも4本の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)を有し、その際、Nは正の整数であり、
受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)は、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)の傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)に電気的な信号が生成されるように構成されていて、
それぞれ2本の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))を形成し、受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))において、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2)の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、特定の距離(a)を置いて相互に平行に、ロータ(5)の回動軸線(4)に関して前後に配置されていて、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2)の、流れてくる風の流れ方向(s)に見て第1の受信アンテナ(12.11,12.21,...12.N1)の傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2)の、流れてくる風の流れ方向(s)に見て第2の受信アンテナ(12.12,12.22...12.N2)の傍をも通過し、
少なくとも1つの対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))の受信アンテナ(12.11,12.12...12.N1,12.N2)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、又は受信アンテナ対偶(12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))間に位置する直線(17)とロータ(5)の回動軸線(4)とによって形成された平面に対して、10°<α <80°、好適には15°<α <60°の角度α で配置されていて、少なくとも1つの他の対応する受信アンテナ対偶((12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))の受信アンテナ(12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、又は受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))間に位置する直線(17)とロータ(5)の回動軸線(4)とによって形成された平面に対して、-10°>α >-80°、好適には-15°>α >-60°の角度α で配置されていて、
・少なくとも1つの相関測定装置(15)を有し、
相関測定装置(15)は、相関測定によって、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)間の距離(a)を克服するのに要する時間(t)を特定可能であるように構成されていて、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、又は受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))間に位置する直線(17)とロータ(5)の回動軸線(4)とによって形成された平面に対して角度α で配置された、対応する第1の受信アンテナ対偶((12.11-12.12)...(12.N1-12.N2))の受信アンテナ(12.11,12.12...12.N1,12.N2)と、角度α で配置された、対応する第2の受信アンテナ対偶(12.21-12.22)...(12.(N+1)1-12.(N+1)2))の受信アンテナ(12.21,12.22...12.(N+1)1,12.(N+1)2)とが、相関測定装置(15)のそれぞれ1つの入力に接続されていて、
・距離(a)と、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.(N+1)1-12.(N+1)2))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)間の距離(a)を克服するのに要する時間(t)とから、それぞれの速度(v ...v )を算出する演算ユニット(16)を有し、
それぞれの速度(v ...v )は、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))の相互に平行に配置された線形の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)に対して垂直に位置する、流れてくる風の速度(v)の方向成分であり、流れてくる風の方向成分の速度(v ...v )から、流れてくる風の速度(v)と流れてくる風の流れ方向(s)とを算出する、
風力機械。
2.
略垂直に位置するタワー(1)と、タワー(1)の先端に配置された、タワー(1)の縦軸線(2)を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセル(3)と、ハブに配置された少なくとも2つのロータブレード(6)を有する、略水平に向けられた回動軸線(4)を中心に回動可能なロータ(5)と、ハブに作用接続された発電機(8)と、ロータ(5)の回動軸線(4)上に位置するようにハブの先端に配置された、ハブから離反するランス(11)と、流れ方向(s)を特定する少なくとも1つの装置(10)と、風力機械に流れてくる風の速度(v)と流れ方向(s)とを特定する少なくとも1つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータ(5)の向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置(9)とを備える、風力機械において、
風力機械に流れてくる風の速度(v)と流れ方向(s)とを特定する少なくとも1つの装置は、
・流れてくる風が受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)の傍を通流するようにランス(11)に配置された線形の少なくとも4本の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)を有し、その際、Nは正の整数であり、
受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)は、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)の傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)に電気的な信号が生成されるように構成されていて、
それぞれ2本の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))を形成し、受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))において、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2)の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、特定の距離(a)を置いて相互に平行に、ロータ(5)の回動軸線(4)に関して前後に配置されていて、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2)の、流れてくる風の流れ方向(s)に見て第1の受信アンテナ(12.11,12.21,...12.N1)の傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2)の、流れてくる風の流れ方向(s)に見て第2の受信アンテナ(12.12,12.22...12.N2)の傍をも通過し、
少なくとも1つの対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12)...(12.N1-12.N2))の受信アンテナ(12.11,12.12...12.N1,12.N2)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、10°<α <80°、好適には15°<α <60°の角度α で配置されていて、少なくとも1つの他の対応する受信アンテナ対偶((12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))の受信アンテナ(12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、-10°>α >-80°、好適には-15°>α >-60°の角度α で配置されていて、
・少なくとも1つの相関測定装置(15)を有し、
相関測定装置(15)は、相関測定によって、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)間の距離(a)を克服するのに要する時間(t)を特定可能であるように構成されていて、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して角度α で配置された、対応する第1の受信アンテナ対偶((12.11-12.12)...(12.N1-12.N2))の受信アンテナ(12.11,12.12...12.N1,12.N2)と、角度α で配置された、対応する第2の受信アンテナ対偶(12.21-12.22)...(12.(N+1)1-12.(N+1)2))の受信アンテナ(12.21,12.22...12.(N+1)1,12.(N+1)2)とが、相関測定装置(15)のそれぞれ1つの入力に接続されていて、
・距離(a)と、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)間の距離(a)を克服するのに要する時間(t)とから、それぞれの速度(v ...v )を算出する演算ユニット(16)を有し、
それぞれの速度(v ...v )は、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))の相互に平行に配置された線形の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)に対して垂直に位置する、流れてくる風の速度(v)の方向成分であり、流れてくる風の方向成分の速度(v ...v )から、風の速度(v)とロータ(5)の回動軸線(4)に対する流れてくる風の流れ方向(s)とを算出する、
風力機械。
3.
対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22)...(12.N1-12.N2))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)は、相互に平行に配置された棒又は線材として構成されていることを特徴とする、上記1又は2の風力機械。
4.
ハブにスピナ(7)が配置されていて、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、スピナ(7)の壁部上に配置されていることを特徴とする、上記1の風力機械。
5.
ハブに、誘電作用を有する材料からなるスピナ(7)が配置されていて、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、スピナ(7)の壁部の内部に又はスピナ(7)の壁部の内側に配置されていることを特徴とする、上記4の風力機械。
6.
ハブに、スピナ(7)が配置されていて、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)が、それぞれ、相互に電気的に接続された、一直線に配置された、スピナ(7)から突出する複数の針によって形成されることを特徴とする、上記1の風力機械。
7.
・0.01mm≦r ≦1.2mmの平均半径r を有する電極輪郭を具備する少なくとも1つの電極部分を有する少なくとも1つの電極(13)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に関して、かつ風力機械に流れてくる風の流れ方向(s)に関して、風力機械に流れてくる風の流れ方向(s)とは逆向きに、第1の受信アンテナ(12.11,12.21...12.N1)、100mm~1500mm、好適には約200mmの距離を置いて、風力機械に流れてくる風の流れ方向(s)に関して第1の受信アンテナ(12.11,12.21...12.N1)の手前に配置されていて、0.01mm≦r ≦1.2mmの平均半径r を有する電極輪郭を具備する電極部分の周りを流れる風の少なくとも一部が、500mm未満の距離で順次受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)の傍を通流し、
・電極(13)に対して電気的に作用する少なくとも1つの対電極(18)が形成されていて、
・風力機械は、12kV≦|U|≦20kV、好適には15kV≦|U|≦17kVの値の電圧Uを有する高電圧源(14)を具備し、電極(13)と対電極(18)とは、高電圧源(14)の異なる極に接続されている
ことを特徴とする、上記1から6のいずれか1つの風力機械。
8.
風力機械が、導電性のハブを有し、ハブは、電気的に電極(13)に対する対電極(18)として接続されていて、つまり高電圧源(14)の1つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、上記1及び上記7の風力機械。
9.
ハブに導電性のランス(11)が配置されていて、ランス(11)は、電気的に電極(13)に対する対電極(18)として接続されていて、つまり高電圧源(14)の1つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、上記2及び上記7の風力機械。
10.
ハブに導電性のスピナ(7)が配置されていて、スピナ(7)は、電気的に電極(13)に対する対電極(18)として接続されていて、つまり高電圧源(14)の1つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、上記7の風力機械。
11.
電極(13)は、陰極として接続されていて、対電極(18)は、接地電位に接続されていることを特徴とする、上記7の風力機械。
12.
電極(13)は、スピナ(7)から突出する少なくとも1つの棒として、又はスピナ(7)から突出する少なくとも1つの針として構成されていることを特徴とする、上記7から11のいずれか1つの風力機械。
13.
電極(13)は、0.01mm≦r ≦1.2mmの平均半径r を有する輪郭を具備する1つ又は複数の尖端又はエッジを有する、又は0.1mm≦r ≦1.2mmの平均半径r を有する線材として構成されていることを特徴とする、上記7から12のいずれか1つの風力機械。
14.
受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)は、回動可能なロータ(5)に固く結合されていて、回動可能なロータ(5)の回動角度を検出する回動角度検出装置が設けられていて、回動角度検出装置は、演算装置(16)に作用接続されていて、回動可能なロータ(5)の回動角度は、流れてくる風の方向の算出に影響を及ぼすことを特徴とする、上記1から13のいずれか1つの風力機械。
15.
受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22...12.N1,12.N2)は、回動可能なロータ(5)に固く結合されていて、ロータ(5)とともにロータ(5)の回動軸線(4)を中心に回動する少なくとも1つの点を検出する装置が設けられていて、ロータ(5)とともにロータ(5)の回動軸線(4)を中心に回動する少なくとも1つの点を検出する装置は、演算装置(16)に作用接続されていて、ロータ(5)とともにロータ(5)の回動軸線(4)を中心に回動する少なくとも1つの点を検出する装置の出力信号が、流れてくる風の方向の算出に影響を及ぼすことを特徴とする、上記1から13のいずれか1つの風力機械。
1 タワー
2 タワーの縦軸線
3 ナセル
4 ロータの回動軸線
5 ロータ
6 ロータブレード
7 スピナ
8 発電機
9 開ループ又は閉ループ式の制御装置
10 風向計
11 ランス
12 受信アンテナ
13 電極
14 高電圧源
15 相関測定装置
16 演算装置
17 直線
18 対電極
19 電気的な絶縁体
a 受信アンテナ対偶の対応する受信アンテナ間の距離
s 流れてくる風の流れ方向
t,t,t 時間
v 流れてくる風の速度
,v 流れてくる風の速度の方向成分
α,α 角度

Claims (15)

  1. 略垂直に位置するタワー(1)と、タワー(1)の先端に配置された、タワー(1)の縦軸線(2)を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセル(3)と、ハブに配置された少なくとも2つのロータブレード(6)を有する、略水平に向けられた回動軸線(4)を中心に回動可能なロータ(5)と、ハブに作用接続された発電機(8)と、流れ方向(s)を特定する少なくとも1つの装置(10)と、風力機械に流れてくる風の速度(v)と流れ方向(s)とを特定する少なくとも1つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータ(5)の向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置(9)とを備える、風力機械において、
    風力機械に流れてくる風の速度(v)と流れ方向(s)とを特定する少なくとも1つの装置は、
    ・流れてくる風が受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)の傍を通流するようにハブに配置された、真っ直ぐに延びる少なくとも4本の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)を有し
    受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)は、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)の傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)に電気的な信号が生成されるように構成されていて、
    それぞれ2本の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))を形成し、受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))において、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)が、特定の距離(a)を置いて相互に平行に、ロータ(5)の回動軸線(4)に関して前後に配置されていて、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の、流れてくる風の流れ方向(s)に見て第1の受信アンテナ(12.11,12.21)の傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の、流れてくる風の流れ方向(s)に見て第2の受信アンテナ(12.12,12.22)の傍をも通過し、
    少なくとも1つの対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の受信アンテナ(12.11,12.12)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、又は受信アンテナ対偶(12.11-12.12),(12.21-12.22))間に位置する直線(17)とロータ(5)の回動軸線(4)とによって形成された平面に対して、10°<α<80°、又は15°<α<60°の角度αで配置されていて、少なくとも1つの他の対応する受信アンテナ対偶((12.21-12.22))の受信アンテナ(12.21,12.22)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、又は受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))間に位置する直線(17)とロータ(5)の回動軸線(4)とによって形成された平面に対して、-10°>α>-80°、又は-15°>α>-60°の角度αで配置されていて、
    ・少なくとも1つの相関測定装置(15)を有し、
    相関測定装置(15)は、相関測定によって、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)間の距離(a)を克服するのに要する時間(t)を特定可能であるように構成されていて、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、又は受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))間に位置する直線(17)とロータ(5)の回動軸線(4)とによって形成された平面に対して角度αで配置された、対応する第1の受信アンテナ対偶(12.11-12.12)の受信アンテナ(12.11,12.12)と、角度αで配置された、対応する第2の受信アンテナ対偶(12.21-12.22)の受信アンテナ(12.21,12.22)とが、相関測定装置(15)のそれぞれ1つの入力に接続されていて、
    ・距離(a)と、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)間の距離(a)を克服するのに要する時間(t)とから、それぞれの速度(v...v)を算出する演算ユニット(16)を有し、
    それぞれの速度(v...v)は、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の相互に平行に配置された線形の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)に対して垂直に位置する、流れてくる風の速度(v)の方向成分であり、流れてくる風の方向成分の速度(v...v)から、流れてくる風の速度(v)と流れてくる風の流れ方向(s)とを算出する、
    風力機械。
  2. 略垂直に位置するタワー(1)と、タワー(1)の先端に配置された、タワー(1)の縦軸線(2)を中心に開ループ又は閉ループ式に制御されて回動可能なナセル(3)と、ハブに配置された少なくとも2つのロータブレード(6)を有する、略水平に向けられた回動軸線(4)を中心に回動可能なロータ(5)と、ハブに作用接続された発電機(8)と、ロータ(5)の回動軸線(4)上に位置するようにハブの先端に配置された、ハブから離反するランス(11)と、流れ方向(s)を特定する少なくとも1つの装置(10)と、風力機械に流れてくる風の速度(v)と流れ方向(s)とを特定する少なくとも1つの装置と、少なくとも風力機械に流れてくる風に対するロータ(5)の向きを開ループ又は閉ループ式に制御する開ループ又は閉ループ式の制御装置(9)とを備える、風力機械において、
    風力機械に流れてくる風の速度(v)と流れ方向(s)とを特定する少なくとも1つの装置は、
    ・流れてくる風が受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)の傍を通流するようにランス(11)に配置された線形の少なくとも4本の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)を有し
    受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)は、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)の傍を通過する、電気的な影響を受けた、流れてくる風に連行された粒子及び分子により、静電誘導によって、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)に電気的な信号が生成されるように構成されていて、
    それぞれ2本の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))を形成し、受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))において、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)が、特定の距離(a)を置いて相互に平行に、ロータ(5)の回動軸線(4)に関して前後に配置されていて、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の、流れてくる風の流れ方向(s)に見て第1の受信アンテナ(12.11,12.21)の傍を通過する、流れてくる風の粒子及び分子の少なくとも一部が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の、流れてくる風の流れ方向(s)に見て第2の受信アンテナ(12.12,12.22)の傍をも通過し、
    少なくとも1つの対応する受信アンテナ対偶(12.11-12.12)の受信アンテナ(12.11,12.12)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、10°<α<80°、又は15°<α<60°の角度αで配置されていて、少なくとも1つの他の対応する受信アンテナ対偶(12.21-12.22)の受信アンテナ(12.21,12.22)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して、-10°>α>-80°、又は-15°>α>-60°の角度αで配置されていて、
    ・少なくとも1つの相関測定装置(15)を有し、
    相関測定装置(15)は、相関測定によって、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)間の距離(a)を克服するのに要する時間(t)を特定可能であるように構成されていて、ロータ(5)の回動軸線(4)に対して角度αで配置された、対応する第1の受信アンテナ対偶(12.11-12.12)の受信アンテナ(12.11,12.12)と、角度αで配置された、対応する第2の受信アンテナ対偶(12.21-12.22)の受信アンテナ(12.21,12.22)とが、相関測定装置(15)のそれぞれ1つの入力に接続されていて、
    ・距離(a)と、流れてくる風に連行された、電気的な影響を受けた粒子及び分子が、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)間の距離(a)を克服するのに要する時間(t)とから、それぞれの速度(v...v)を算出する演算ユニット(16)を有し、
    それぞれの速度(v...v)は、対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))の相互に平行に配置された線形の受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)に対して垂直に位置する、流れてくる風の速度(v)の方向成分であり、流れてくる風の方向成分の速度(v...v)から、風の速度(v)とロータ(5)の回動軸線(4)に対する流れてくる風の流れ方向(s)とを算出する、
    風力機械。
  3. 対応する受信アンテナ対偶((12.11-12.12),(12.21-12.22))を形成する受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)は、相互に平行に配置された棒又は線材として構成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の風力機械。
  4. ハブにスピナ(7)が配置されていて、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)が、スピナ(7)の壁部上に配置されていることを特徴とする、請求項1に記載の風力機械。
  5. ハブに、誘電作用を有する材料からなるスピナ(7)が配置されていて、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)が、スピナ(7)の壁部の内部に又はスピナ(7)の壁部の内側に配置されていることを特徴とする、請求項4に記載の風力機械。
  6. ハブに、スピナ(7)が配置されていて、受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)が、それぞれ、相互に電気的に接続された、一直線に配置された、スピナ(7)から突出する複数の針によって形成されることを特徴とする、請求項1に記載の風力機械。
  7. ・0.01mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する電極輪郭を具備する少なくとも1つの電極部分を有する少なくとも1つの電極(13)が、ロータ(5)の回動軸線(4)に関して、かつ風力機械に流れてくる風の流れ方向(s)に関して、風力機械に流れてくる風の流れ方向(s)とは逆向きに、100mm~1500mm、又は約200mmの距離を置いて、風力機械に流れてくる風の流れ方向(s)に関して第1の受信アンテナ(12.11,12.21)の手前に配置されていて、0.01mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する電極輪郭を具備する電極部分の周りを流れる風の少なくとも一部が、500mm未満の距離で順次受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)の傍を通流し、
    ・電極(13)に対して電気的に作用する少なくとも1つの対電極(18)が形成されていて、
    ・風力機械は、12kV≦|U|≦20kV、又は15kV≦|U|≦17kVの値の電圧Uを有する高電圧源(14)を具備し、電極(13)と対電極(18)とは、高電圧源(14)の異なる極に接続されている
    ことを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載の風力機械。
  8. 風力機械が、導電性のハブを有し、ハブは、電気的に電極(13)に対する対電極(18)として接続されていて、つまり高電圧源(14)の1つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項1を引用する請求項7に記載の風力機械。
  9. ハブに導電性のランス(11)が配置されていて、ランス(11)は、電気的に電極(13)に対する対電極(18)として接続されていて、つまり高電圧源(14)の1つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項2を引用する請求項7に記載の風力機械。
  10. ハブに導電性のスピナ(7)が配置されていて、スピナ(7)は、電気的に電極(13)に対する対電極(18)として接続されていて、つまり高電圧源(14)の1つの極に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項7に記載の風力機械。
  11. 電極(13)は、陰極として接続されていて、対電極(18)は、接地電位に接続されていることを特徴とする、請求項7に記載の風力機械。
  12. 電極(13)は、スピナ(7)から突出する少なくとも1つの棒として、又はスピナ(7)から突出する少なくとも1つの針として構成されていることを特徴とする、請求項7から11のいずれか1項に記載の風力機械。
  13. 電極(13)は、0.01mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する輪郭を具備する1つ又は複数の尖端又はエッジを有する、又は0.1mm≦r≦1.2mmの平均半径rを有する線材として構成されていることを特徴とする、請求項7から12のいずれか1項に記載の風力機械。
  14. 受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)は、回動可能なロータ(5)に固く結合されていて、回動可能なロータ(5)の回動角度を検出する回動角度検出装置が設けられていて、回動角度検出装置は、演算装置(16)に作用接続されていて、回動可能なロータ(5)の回動角度は、流れてくる風の方向の算出に影響を及ぼすことを特徴とする、請求項1から13のいずれか1項に記載の風力機械。
  15. 受信アンテナ(12.11,12.12,12.21,12.22)は、回動可能なロータ(5)に固く結合されていて、ロータ(5)とともにロータ(5)の回動軸線(4)を中心に回動する少なくとも1つの点を検出する装置が設けられていて、ロータ(5)とともにロータ(5)の回動軸線(4)を中心に回動する少なくとも1つの点を検出する装置は、演算装置(16)に作用接続されていて、ロータ(5)とともにロータ(5)の回動軸線(4)を中心に回動する少なくとも1つの点を検出する装置の出力信号が、流れてくる風の方向の算出に影響を及ぼすことを特徴とする、請求項1から13のいずれか1項に記載の風力機械。
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