JPH04503386A - 風力エネルギを有用エネルギに変換するための空気機械を制御する方法、および、該方法を実施するための機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、風力エネルギを有用エネルギに変換するための空気機械を制御する方 法に関する。

本発明は、また、前記方法を実施するための機械に関する。

フランス特許公報ＰＲ−＾−２，５６８，９４８によれば、支柱とその上端に水 平軸線を中心として関節結合された揺動構造体とを備えた風力原動機が知られて おり、前記揺動構造体自身の自由端には羽根付きのロータを有するエネルギ回収 機が装着しである。稼働に際しては、スプリング装置は回収機の高さが最大にな るような角位置に揺動構造体を維持する。突風が吹いたときには、揺動構造体は 一時的に傾斜し、スプリングの張力が増加する。他方、回収機のメンテナンスの ため、水平軸線を中心として揺動構造体を旋回させることにより、回収機を地面 に持ち来すことが可能である。斯る装置は、エネルギを一定して生産するには余 り好都合なものではない、この原動機は風が弱いときには一般に能力以下で作動 する。突風の場合には、スプリングによって許容される緩衝運動は、生産の変動 を招く。

さらに、米国特許公報ＵＳ−Ａ−４，１４２，８３０、ヨーロッパ特許公報ＥＰ −＾−００３３２５１１、および、ドイツ特許公報ＤＢ−＾−２，８１０，２３ ９によれば、空気流中で斜めの位置を占めるべく回収機が水平軸線を中心として 旋回し、もって、風が強くなったときにはより小さな面積の空気流をより少ない 効率で補えるようになった空気機械が知られている。これらの機械は気象上の危 険に対して非常に不完全にしか保護されていない。

本発明の目的は、冒頭に述べた形式の機械であって、広い風力範囲にわたって強 力にエネルギを生産することができると共に、気象上の危険に対する十分な保脛 がなされた空気機械を提供することにある。

本発明の第１の観点に従えば、高さ可変の回転式エネルギ回収機を備え風力エネ ルギを有用エネルギに変換するようになった空気機械を制御するための本発明の 方法は、回収機を、風力の減少関数としての地上高さに、実質的に安定に位置決 めすることを特徴とするものである。

本発明の第２の観点に従えば、風力エネルギを有用エネルギに変換するための本 発明の空気機械は、支柱と、回転式エネルギ回収機と、前記回収機に働く空気力 学的力の作用により復元手段に抗して前記支柱に関する回収機の高さを変化させ るための手段と、回収機により回転駆動されるべく回収機に連結されたエネルギ 変換装置、とを備え、回収機の高さを変化させるための前記手段が、回収機を、 風力の減少関数としての地上高さに、実質的に安定に位置決めするようになって いることを特徴とするものである。

本発明は、風力は地面に近づくにつれて小さくなる、という知見に立脚するもの である０本発明の風力機械のエネルギ回収機は、風が強くなればなるだけ地面の 近くに位置決めされ、かつ、そこで作動する。

本発明の風力機械は、比教的弱い風の下では大きな地上高さのところで風を捕捉 することによりこの機械の定格出力を供給すると共に、強風下では遥かに地面近 くで風を捕捉することによりほり同じ定格出力を供給するように設計することが できる。従って、捕捉される動力はおおむね定格出力の近傍にあると共に、第２ の効果として、強風時には回収機は地面の近くに避難する。

本発明の方法は、回収機の位置決め高さが風力の減少間数となるようにしている 。これは、回収機の位置決め高さを他の変数の関数とすることを排除するもので はない、特に、所与の風力について、生産されたエネルギの使用者による風力機 械に対する要求出力に応じて回収機の高さを変えることができる。

回収機の高さを変化させるための手段が揺動構造体を備え、この揺動構造体がは り水平な揺動軸線から離れたところに回収機を担持しており、この揺動軸線に沿 って揺動構造体が支柱に対して関節結合されている場合には、復元手段として、 揺動軸線を通る理想垂直面を、揺動軸線回りに移動可能な可動部（即ち１例えば 。

揺動構造体と、回収機と、釣り合い重りとからなるアッセンブリ）の重心と回収 機との間で延長させるのが好ましい。

このようにすれば、支柱に作用する曲げモーメントが最小限になり、従って、支 柱のコストおよびその設置コストを最小限にすることができる。これに対し、フ ランス特許公報ＰＲ−Ａ−２，５６８，９４８に従えば、スプリングが揺動機構 の関節結合を部分的にブロックするので、支柱に作用する曲げモーメントが増大 する。

好ましくは、回収機の上行き行程を制限するため、回収機が微風位置にあるとき に地面に当接する支承手段を設ける。

フランス特許公報Ｆト＾−２，５６８，９４８によれば、支承手段は支柱に当接 するので、支柱が受ける曲げモーメントはさらに増大する。

また、本発明の風力機械は、回収機を懸垂するための可撓性の支持手段を備えて いることが好ましい、斯る可撓性の懸垂支持手段は、回収機の作動により発生す る振動から構造体の残部を絶縁する。これにより、振動によりフレームや支柱に 危険な共振が発生する慣れを回避することができる。

本発明の他の特徴および利点は、以下の記載から更に明らかとなるであろう。

非限定的な例示の目的で添付した図面において：第１５！ｌは本発明の空気機械 の斜視図であり；第２図は第１図の空気機械の一部の説明用立面図であり；第３ 図は第１図および第２図の空気機械の模式的平面図であり；第４ｒＭは第３図同 様の図面であるが、第２実施例を示すものであり；第５図は本発明の第３実施例 に基く風力原動機を備えた給水塔の側面図であり；第６図は第５図の給水塔の平 面図であり；第７図は本発明の第４実施例に基く空気機械の斜視図であり；第８ 図は第７図の空気機械の立面図であって、回収機が高位置にあるところを示し； 第９図は第８図の一部の拡大図であって、風のある場合を示し；第１０図は本発 明の第５実施例の模式的平面図であり；第１１図は本発明の第５実施例の立面図 であり；第１２図は風のある場合の第１１図の詳細を示し；第１３図は暴風下に おける第１１図の空気機械の模式的立面図であり；第１４図および第１５図は第 １１図および第１３図と同様の図であるが、第６実施例を示すものである。

第１図に示した実施例においては、風力原動機は支柱１とフレーム２とを備え、 支柱１は地面から上方に向って垂直に延長するべく地面に固定され、フレーム２ は支柱１の垂直中心軸線３を中心として支柱１に関して旋回可能に支柱１の頂部 に装着されている。

旋回可能なフレーム２は、２つの羽根付きロータ６を備えたエネルギ回収機４を 担持している。これらのロータの中央シャフトは、互いに平行な軸線に沿って回 転自在に架台７に装着されている。夫々のロータ６は周辺リム８を有する。この リム８は、この機械の調速に寄与する慣性はずみ車を構成すると共に、この機械 により回収される風力エネルギを電流に変換するべく噛み合い又は摩擦により夫 々の非同期機械９を駆動する。これらの非同期機械９は互いに独立に回転するこ とができる。

回収機４は、この機械の許容最大出力とロータの最大回転速度と要求出力との点 から風に対して最適な姿勢を当該回収機が常に取るべく、風（その方向を矢印■ で示す）の作用により回収機４（特にそのロータ６）に働く空気力学的力が、こ の機械の幾何字形状に変化を生じさせるようなやり方で、支柱１に連結されてい る。

このため、回収機４は旋回可能なフレーム２に可撓性手段１１によって懸架して あり、この可視性手段１１はフレーム２に回転可能に取付けた案内プリー１２お よび１３に巻掛けである。架台７とは反対側の端部において、可撓性手段１１に は釣合い重り１４が固定しである６図示した実施例では、可撓性手段１１は２本 のケーブル１６からなる。これらのケーブルは、２つのロータ６の軸線を同一水 平面内に保持すると共に、前記軸線を軸線３を通る垂直面Ｐ（第３図）に対して はり平行に、かつ、当該垂直面から等間隔に保持するように、互いに平行に延長 している。勿論、これらのケーブルは可撓性であるので、このようにして回収機 ４に対して保証される位置決めは厳密なものではないが、回収機に作用する空気 力学的力の合力は、フレームに対して回収機を不安定化させる程の大きな成分（ 回収機とフレーム２との間に作用する成分）を有しないので、事実上十分である 。他方、ケーブル１６は、平面Ｐに垂直な軸線を中心とする回収機４の振り子運 動に対抗する唯一の復元力が、回収機４とそれに固定されたエネルギ変換手段９ との重量により生ずる力であるように、配置されている。

回収機とエネルギ変換手段からなるアッセンブリの質量は釣合い重り１４の質量 より小さいので、他の力がない場合、特に、風がない場合には、回収機４はフレ ーム２近傍の高い位置を占め、釣合い重り１４は地面に近い位置を占める。

他方、第２図に示すように、回収機４に空気力学的力Ｆ２が作用するときには、 はｆ水平方向に指向したこの力は、回収機４と発電機９からなるアッセンブリの 重量Ｐにベクトル方向に加わり、絶対値において重量Ｐより大きな張力Ｔをケー ブル１６に与える０回収機に作用し得る空気力学的力は高度と共に増大する（第 ２図の地面近くの力Ｆ１、中間高度の力Ｆ２、および、回収機の最大高度におけ る力Ｆ３参照）ので、回収機側の端部におけるケーブル１６の張力が釣り合い重 リ１４の重量に等しくなるような高度で、回収機４は安定する。

さらに、第２図に示したように、ケーブル１６は、回収機４の上方において、空 気力学的力が大きくなればなる程垂直線から外れるような傾斜を取る。従って、 暴風のような突風の場合には、回収機は、一方において風向に沿って支柱１から 離れると共に、他方において張力Ｔが釣合い重り１４の重量に等しくなるまで地 面に接近する、という２つのやり方で、風の衝撃をかわす。

使用者が発電機９に要求する出力が比較的小さい場合には、釣合い重り１４と回 収機との間の前述の平衡により保証される調節では、ロータ６の回転速度が過剰 になることがある。

第３図に示すように、斯る欠点は次のようにして解消することができる。即ち、 発電機９の出力線の３本の位相線１７の１つに周波数計１８を設けて、その出力 を比較器２１の一方の入力１９に送り、比較器の他方の入力２２は基準値に接続 する。比較器２１の出力２３はプリー１２のシャフトに装着したサーボモータ２ ４を制御し、サーボモータは、励起された時には、回収機４が地面に向けて下降 する方向の回転トルクをプリーに伝える。

また、ロータ６の回転速度が不足することも起こり得る。これは使用者による負 荷の掛けすぎによって生じ得る。この発電設備の全部または一部を回路から分離 することの可能な回路ブレーカを設けておけば、このような不都合への遭遇に予 め備えることができる。

また、風が殆どないという理由により、ロータ６の速度が不足することもあり得 る。この場合には、地面から出来るだけ高く回収機４を位置決めしても、ロータ の回転速度が不足し、かつ、供給電力は比較的小さいかも知れない、自給自足的 装置の場合（その場合、この空気機械は十分に特定された一定数の使用地点にし か接続されない）の枠組みの中では、回路ブレーカが発電機９による供給電流の 周波数には応答するが、電流の強さには応答しないような措置を取ることが可能 である。

この機械が配電ネットワーク２６（第４図）に接続される場合には、本発明によ れば、位相線１７間に（又は、変化形として、各位相線１７と中立点との間に） コンデンサ２７を設けることができる。さらに、夫々の発電機９は、フリーホイ ール装置２８を介して、対応するロータ６と連結され、このフリーホイール装置 は対応するロータより速く発電機が回転するのを可能にする０発電機９は非同期 型発電機であるので、ロータ６により与えられる速度が不足する場合には、発電 機９は空転するモータとして作動する。何故ならば、フリーホイール装置２８が あるので、発電機は対応するロータ６を駆動する必要がないからである。これに より、ネットワーク２６によって使用者に供給される電流を発電機９が損なうの を回避することができる。

回収機４は、当該回収機４に作用する空気力学的力（特に、ロータ６に作用する 力ＦａおよびＦｂ）の合力が加わる風圧中心Ｂ（第４図）が軸線３から離れたと ころに位置するように、フレーム２の旋回軸線３に対して側方に位置決めされる 。従って、回収機４は常に風向に関して支柱１の後方に位置しようとする傾向を 有し、このような位置決めは軸線３を中心としてフレーム２が回転すること（こ より行われる。

より詳しくは、合力Ｆの作用線りが軸線３を通過しないときには、合力Ｆはフレ ーム（ひいては回収機４）を軸線３を中心として回転させようとする回転モーメ ントを軸線３の回りに作用させる。この状況を第４図に示す、この状況は従って 不安定である。安定な状況を鎖線で示す、安定な状況とは、合力Ｆの作用線が軸 線３を通るような状況であり、風向Ｖは当然ながらこの作用線に平行である。

回収機４は平面Ｐに関して対称であるので、このときには平面Ｐは風向に平行で ある。

風圧中心Ｂはぼり２つのロータ６の共通面に位置するので、風圧中心Ｂと軸線３ との間の前記距離は、アーム２に平面Ｐ内で有効な長さを与えることにより、特 に、プリー１２の軸線を旋回軸線３から有効な距離のところに位置決めすること により、実現される。プリー１３の位置は、軸線３に関し、プリー１２の軸線の 位置とはｆ対称である。従って、軸線３の両側においてアーム２に作用する垂直 方向力はほり同一であり、アーム２は揺動トルクに対抗する必要がない。

この機械に作用する力の対称性をより良くするには、２つのロータ６は反対方向 に回転するように羽根の向きを異ならせると共に、発電機９も同様に平面Ｐに関 して対称に配置する０回収機４に作用する空気力学的力は、平面Ｐの両側におい て完全に対称であると共に、平面Ｐからかなりの距離のところに作用するので、 ２本のケーブル１６によって懸架されているにすぎないにも拘わらず、回収機４ には大きな安定性が与えられる。

第５図および第６図に示した実施例においては、支柱１は給水塔である。この実 施例については、前記実施例との相違だけ述べる。この実施例では、発電機９は 給水塔の基部に位置するポンプに電力を供給するもので、発電機９と給水塔内部 に位置するポンプ（図示せず）との接続は可撓性の電線２８によって行われ、こ の電線は、支柱１に固定した旋回軸３１の中空内部に設けたコネクタに、回転接 点２９を介して、電気接続される。旋回可能なフレーム２はこの旋回軸３１を中 心として旋回する。

空気機械の高さが低い場合には、エネルギ変換手段９はポンプであっても良く、 このポンプは可視管とスイベル・ジヨイントによって旋回軸３１の内部に接続す ることができる。旋回軸は２本の管を収納することができ、一方は吸水用であり 、他方は圧送用である。

第６図に示したように、フレーム２は２つのデフレクタ３２と連動させることが できる。これらのデフレクタは給水塔１の本体とロータ６との間に配置され、空 気流３３をロータ６に向って導く。

給水塔に適用する場合には、給水塔の頂部に向けて水を常時圧送できることが確 かな限り、本発明の機械の速度調節は重要ではない、実際、ロータがその定格速 度で回転し、かつ、回収機が釣り合い重り１４と平衡にあるときには、ポンプの 定格速度においてポンプが消費する電力が、発電機９が供給する電力に対応する ようにすることができる。風が非常に弱いときにポンプの流量が減少したとして も、深刻な問題ではない。

従って、給水塔の場合には、本発明の機械は、基本的に、軸線３を中心とする自 動位置決め手段と、釣り合い重り１４との平衡による高さ方向自動位置決め手段 とにより、完全に調節される。

第７図および第８図の実施例については、第１図の実施例との相違点についての み説明する。旋回可能なフレーム２は、支柱１に被せたタレット３１と、１つの 揺動構造体２ａ、２ｂ、２Ｃを備えている。この揺動構造体は、関節結合４１に より、水平揺動軸線４２に沿ってタレット３１に関節結合しである。揺動軸線４ ２は支柱１の頂部において旋回軸線３と交差している。

前記揺動構造体は、第１個別フレーム２ａと第２個別フレーム２ｂとを備え、こ れらの個別フレームは揺動軸線４２に沿って互いに関節結合されていると共に、 一方の個別フレームは揺動軸線４２を通る垂直平面Ｐ■の片側に延長し、他方の 個別フレームは他側に延長している。

これらの個別フレーム固有の重量とそれらが担持する要素（これらの要素につい ては後述する）の重量との作用により、２つの個別フレーム２ａおよび２ｂは夫 々下方に（即ち、揺動軸線４２を中心として互いに反対方向に）揺動しようとす る傾向を有する。この傾向に対抗すると共に、揺動軸線４２を中心として２つの 個別フレーム２ａおよび２ｂを連動して回転させるため、揺動構造体は、更に、 平行に配置された２本の引張りケーブル２Ｃを有する。これらのケーブルは、夫 々、揺動軸線４２に対向するフレーム２ａの端部２ｄ、および、フレーム２ｂの 端部２ｅに係止しである。ケーブル２ｃは揺動軸線４２の上方をそれに垂直に延 長している。従って、フレーム２ａおよび２ｂとケーブル２Ｃとで構成される全 体は、比較的短い要素で構成されていて現場で容易に組み立てることが可能であ りながらも、それが受ける荷重に関しては１つの剛性の構造体を形成する０個別 フレーム２ａの端部２ｄは鉤掛部材からなり、回収機４はそこに懸垂される。

この鉤掛部材２ｄは、平面Ｐｖとは反対に側方に指向した端部において、パイプ ５３を備えており、このパイプはは７水平で軸線４２に平行な軸線（懸垂軸線） ７０を有する。

ループ状に閉じた連結手段１６（例えば、平行に配置された２本の帯、チェーン 、又はベルト）がパイプ５３を架台７に連結している。より正確には、この連結 手段はパイプ５３および架台７の主桁を囲繞している。この主桁は軸線７０およ び４２に平行ではり水平な軸線７１を有する管である。

更に、ループ状連結手段１６は、パイプ５３に対して、かつ、架台７の主桁に対 し２て、円周方向に滑り止めされている０図示した実施例では、パイプ５３はそ の軸線７０を中心として鉤掛部材２ｄに関して回転可能であり、このパイプの角 位置は揺動軸線４２回りの構造体２ａ、２ｂ、２Ｃの傾斜に応じて制御され、前 記傾斜がどの様であろうともロータ６の軸線が水平になるようになっている。風 　。

がある場合（第９図）には、懸架装置１６は回収機に作用する水平力Ｆ３の作用 により傾斜するが、ロータ軸線が水平になるような姿勢に回収機を保持する９回 収機４の重心は架台７の軸線７１上に位置するので、回収機４の重量は、軸線７ ０を通る垂直面内に軸線７１を常に位置させようとするのであり、軸線７１回り のトルクを全く作用させない。

第２個別フレーム２ｂの端部２ｅには関節結合５２により釣り合い重り１４が連 結してあり、この関節結合５２は、軸線４２に平行で平面Ｐ■からオフセットさ れた関節結合軸線４３を中心として、釣り合い重り１４が自由に回転するのを可 能にする。第８図に示したように、この釣り合い重り１４は、可動部（揺動構造 体２ａ、２ｂ、２ｃと、釣り合い重り１４と、回収機４を包含する）の重心Ｇが 平面Ｐ■に関して釣り合い重り１４と同じ側に位置するようになっている。

従って、可動部２ａ、２ｂ、２ｃ、４．１４に重力以外の力が作用しないときに は、特に、風がないときには、回収機４は揺動軸線４２の高度より明らかに高い 高度の“微風用の”高位置に来る。そのときには、揺動構造体２ａ、２ｂ、２Ｃ は強度に傾斜し、釣り合い重り１４は地面に接近する。この状況においては、可 動部の重心Ｇは揺動軸線４２より高い高度に位置する。

風がある場合には、風は可動部２ａ、２ｂ、２ｃ、４．１４に空気力学的力Ｆ３ （第９図）を作用させる。単純化のため、この方Ｆ３は回収機４のロータ６の軸 線６ａの平面内に位置するものと考える。実際には、フレーム２ａおよび２ｂに 作用する空気力学的力を考慮すれば、この方Ｆ３は、揺動構造体が微風用位置に あるときには軸線６ａより僅かに低いところに位置し、後述するようにフレーム ２ａが平面Ｐｖに対してより大きな角度を成すときには軸線６ａより僅かに高い ところに位置する。

力Ｆ３は、可動部の重量Ｐにより重心Ｇに作用するモーメントとは反対方向のモ ーメントを揺動軸線４２回りに揺動構造体に作用させる。

従って、回収機４は、風がこの機械の定格出力に対応する速度に達するまでは、 高位置に位置する。

風がこの強度閾値に達すると、空気力学的力により揺動軸線４２回りに作用する トルクは、可動部２ａ、２ｂ、２ｃ、４．５３の重量により当該揺動軸線回りに 反対方向に作用するトルクを超える。そして、可動部は、揺動軸線４２回りの空 気力学的モーメントと可動部の重量のモーメントとが等しくなり対抗する平衡位 置まで（即ち、空気力学的力カードラグ−により作用するトルクが十分に減少し て、最早、可動部の重量により作用するトルクを超えなくなるまで）、回収機４ を地面に向けて下降させる方向に、揺動軸線４２を中心として旋回する。

回収機が地面に向けて下降する方向に揺動構造体が軸線４２を中心としてＩＩ１ 回するときには、風の強さは高度の増加関数であることから、空気力学的力Ｆ３ は減少してより小さな新たな力Ｆ２になるので、上記の新たな平衡が達成される のである。

もし、重量により作用するトルクが揺動軸線４２を中心とする可動部の傾斜とは 独立であるとすれば、可動部の空気力学的抗力（ドラグ）のトルク自体が閾値（ これを超えると、可動部は微風用位置から離れる）に戻ったときに、新たな平衡 が達成されるであろう、しかしながら、空気力学的抗力（ドラグ）が作用するレ バーアームは可動部が地面に近づくにつれて減少するので、空気力学的力のトル クの前記閾値に対応するであろう空気力学的力は、回収機が地面により近づくに つれて大きくなるであろう。このような条件においては、この機械の出力は回収 機４が地面に近づくにつれてそれだけ増加しようとするであろう、斯る不都合は 可動部２ａ、２ｂ、２ｃ、４．５３の重心Ｇの特定の位置により回避されるもの で、前記重心は、揺動構造体が微風用位置にあるときには、揺動軸線４２の高さ よりも僅かに高い高さに位置する。

即ち、揺動構造体が揺動軸線４２を中心として他方の位置に向けて旋回するとき には、重心Ｇを通る垂線Ｙ（第８図）は軸線４２に接近し、その結果、可動部の 重量が作用させるトルクは減少する。

従って、重量によるトルクを平衡させるに必要な空気力学的トルクも同様に減少 する。このようにして、回収機に作用する空気力学的抗力が揺動構造体の傾斜に 応じて余り変化しないようにすることができる。

第７図から第９図に示した実施例においては、重心Ｇの特定の位置は、軸線４３ ．４２．７１を通る折れ線に上向きのコンケープを与えることにより、得ること ができる。

第１０図および第１１図の実施例においては、釣り合い重り１４は転動手段５０ を備えている。これらの転勤手段は１つ若しくは複数の車輪、例えば、車軸５０ ｃにより互いに連結された２つの車輪５０ａ、５０ｂで構成することができる。

車軸の軸線は、少なくとも揺動構造体が第１１図に示したような微風位置にある ときには、軸線３に交差する。微風位置の場合には、車輪５０ａ、５０ｂは円形 軌道８０の２本のレール５８ａ、５８ｂに支持される。この円形軌道は旋回軸線 ３と共通の軸線を有し、支柱１の回りの地面に敷設されている。車輪５０ａ、５ ０ｂが軌道８０に支持されるときに揺動構造体の微風位置が定まり、この位置で は釣り合い重り１４は支柱１にトルクを作用させない。

更に、この実施例においては、釣り合い重り１４の懸架軸線４３と、揺動軸線４ ２と、パイプ５３の軸１１７０（これは回収機４の懸架軸線である）とは、揺動 構造体の同一平面（主平面ＰＰという）内に包含される。更に、揺動構造体２ａ 、２ｂ、２ｃの重心がこの主平面ＰＰ内に位置するようになっている。

従って、揺動構造体は天秤を構成する。即ち、揺動構造体が軸線４２回りの平衡 に達するようにするために軸線７０に作用させるべき垂直方向下向きの力は、揺 動軸線４２回りの平面ＰＰの傾斜に関係なく、同一である。

これに対して、第７図から第９図の実施例においては、可動部の重心Ｇは特定の 位置に定めであるので、揺動構造体を平衡させるために軸線７０に作用させるべ き垂直方向下向きの力は、回収機が地面に近づくにつれて小さくなる、というも のであった。

更に、この実施例においては、回収機の懸架装置は、パイプ５３が鉤掛部材２ｄ に固定されている点を除けば、先の実施例と同一である。パイプ５３と５４は同 じ直径を有する。

ループ状の懸架装置ｆ５５は、揺動構造体２ａ、２ｂ、２ｃが揺動軸線４２を中 心として旋回するのと同時に、主桁７を回収機４の主軸線７１を中心として自ら 回転させるように作用する。

第１２図および第１３図は回収機４のこの回転作用を模式的に示すもので、この 場合、空気機械は第１態様（ループは第７図から第９図に示すように長円形状を 有する）に従って配置された懸架手段５５を備えている。

回収機の重心は軸線７１（後述する理由により、以下“補正軸線”と言う）上に 位置する。

風がないときには、この補正軸１１７１は懸架軸線７０の真下に位置する。ルー プ５５がバイブ５３および５４の回りに滑るのを防止するための固定装置５６． ５７は、揺動構造体２ａ、２ｂ、２ｃが微風位置にあり、かつ、風がないときに は、ロータの軸線６ａが水平になるように配置されている。

風があるときには、揺動構造体が微風位置にとどまる限り、各ループ５５の２つ の平行部は張力Ｔに平行になるように傾斜するが、容易に分かるように、バイブ ５３と５４の直径は等しいので、ロータ６の軸ａ６ａは水平にとどまる（第１２ 図）、換言すれば、このような取付は方によれば、ロータ軸線６ａが主平面ＰＰ に対して成す角度は一定である。従って、第７図に模式的に示したように、回収 機４を地面に近づける方向に平面ＰＰが傾斜するときには、ロータ軸線も同様に 傾斜する。これは、各ロータを通過する空気流の断面積を減少させ、従って、空 気流により生ずる空気力学的抗力を減少させるという効果をもたらす。ロータ軸 線は、最早、風に対して平行ではなくなるので、この空気機械により捕捉される 動力はさらに減少する。

従って、この機械が微風位置とは異なる平衡状態にあるときには、回収機に作用 する空気力学的抗力は微風位置における最大抗力より大きい（さもないと、機械 は微風位置に戻るであろう）。しかしながら、空気機械はより低い効率で動力を 捕捉するので、出力は微風位置における最大出力とばず同じにとどまる。

懸架用ループは第１４図および第１５図に示した他のｇ様で配置することができ る。懸架用ループが８字形に交差しているという唯一の差異を除けば、風がない ときには、揺動構造体２に対する回収機４の関係は、第５図に示した関係と同一 である。

ループ６５は８字形の配置になっており、かつ、軸１１７１は軸１１７０に間し 張力の向きに応じた位置を占めるので、強力な風１０１の存在下で、揺動構造体 ２ａ、２ｂ、２Ｃが回転すれば、回収機４の主桁７に固定したバイブ５４は逆方 向に回転する結果となり、回収機は懸架ループ配置の前記第１態様により得られ る方向とは逆方向に傾斜することになる。

懸架ルーズの配置のこれらの態様は、この機械の出力を可視性懸架装置によって 自動調整することを可能にするもので、前記可撓性懸架装置は、振動を発生する ロータと支柱１およびフレーム２との間の絶縁を可能にするものである。

ループの第２実施例（第１４図および第１５図）においては、軸線７】が軸線７ ０の真下から逸れると軸ｍ６ａは傾斜する。従って、突風の場合、この第２実施 例は、揺動構造体２ａ、２ｂ、２ｃが揺動軸線４２回りの新たな位置に来るのを 待ちながら、ロータ６の側にかわし運動を生じさせる。

言うまでもなく、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、前述実施 例に修正を加えることができる。

即ち、釣り合い重り以外の復元手段、例えば、１つ又は複数のリターンスプリン グを設けることも可能である。車輪５０以外のストッパ、例えば、適当な滑走路 上を摺動する釣り合い重り用摺動接点、を用いることも可能である。

第１１図から第１５図の実施例においては、バイブ５３および５４の直径を変え て、軸線６ａが主平面ＰＰに対して成す角度とループ５５の平行部が主平面ＰＰ に対して成す角度との間に所定の依存関係を得ることができる。

さらに、バイブ５３および５４の少なくとも一方にカム形状（例えば、楕円形状 ）を与えれば、より複雑な関数関係を実現することができる。平面ＰＰの夫々の 向きは所定の空気力学的力により定まるもので、この空気力学的力はループ５５ の平行部が垂直線に対して（従って、平面ＰＰに対して）成す角度に対応する。

従って、ループ５５の平行部と平面ＰＰとの間の角度に応じて平面ＰＰに対する 所定の向きを軸線６ａに与えるということは、平面ＰＰの傾斜に応じて地面に対 する所定の向きを軸線６ａに与えることになる。従って、就中、揺動構造体の傾 斜に関係なく、軸線６ａをはダ水平に維持することができる。その場合には、構 造体に対するバイブ５３の角位置を制御する必要はない。

ロータの羽根を照明するようになったランプにエネルギ変換手段から交流を供給 し、羽根に設けた広告メツセージ等を活性化することも可能である。電流の周波 数ははり羽根の回転速度に比例する。さらに、交流の半周期の整数が各ロータの 回転角（ロータの２枚の羽根の間の角ピッチに等しい）には）′対応するように なす。このようにすれば、夜間には、羽根に設けた広告メツセージ等は、固定し たイメージ、又は、いづれかの方向にゆっくりと回転するイメージを形成する。

第３図には、この機械の斯る装備が鎖線で示してあり、２つのランプ４０はフレ ーム２に装着してあり、夫々のランプはいづれかのロータ６を照明する１図示し ないが、ランプ４０には一方の導線１７と接地との間で、又は、２本の導線の間 で電流が供給される。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／Ｆ’Ｒ８９１００４８３ ＳＡ　３１４９３

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．高さ可変の回転式エネルギ回収機（４）を備えた形式の、風力エネルギを有 用エネルギに変換するための空気機械、を制御する方法であって、前記回収機を 風力の減少関数としての地上高さに実質的に安定に位置決めすることを特徴とす る方法。
2. ２．請求項１の方法を実施するための、風力エネルギを有用エネルギに変換する 空気機械であって、支柱（１）と、回転式エネルギ回収機（４）と、前記回収機 に働く空気力学的力（Ｆ、Ｆ２）の作用により復元手段に抗して前記支柱（１） に関する回収機（４）の高さを変化させるための手段（２、１１、１４）と、回 収機（４）により回転駆動されるべく回収機（４）に連結されたエネルギ変換装 置（９）とを備え、回収機の高さを変化させるための前記手段（２、１１、１４ ）は、回収機（４）を風力の減少関数としての地上高さに実質的に安定に位置決 めするようになっていることを特徴とする空気機械。
3. ３．高さを変化させるための前記手段として、前記回収機は可撓性手段（１１） によって釣り合い重り（１４）に連結されており、前記可撓性手段は回収機（４ ）と釣り合い重り（１４）との間において案内手段（１２、１３）を巡っており 、前記案内手段は少なくとも間接的に支柱（１）に支持されていることを特徴と する請求項２に基づく空気機械。
4. ４．前記釣り合い重り（１４）の質量は置の不在下で回収機（４）が高位置に複 層せられるべく選ばれていることを特徴とする請求項３に基づく空気機械。
5. ５．前記可撓性手段（１１）は、互いに平行に配置されかつ互いに側方にオフセ ットされた２本のケーブル（１６）を包含することを特徴とする請求項３又は４ に基づく空気機械。
6. ６．前記案内手段（１２）は、回収機（４）又はエネルギ変換装置（９）の回転 速度の変化に応答して、前記回転速度を調節する方向に回収機（４）の高度を制 御することを特徴とする請求項３から５のいづれか一に基づく空気機械。
7. ７．前記回収機は垂直軸線（３）を中心として支柱（１）に関して旋回可能なフ レーム（２）を介して支柱に連結され、前記フレーム（２）は案内手段（１２、 １３）を担持し、前記案内手段は、回収機（４）の上方に配置された少なくとも １つのプリー（１２）と、垂直軸線（３）の反対側において釣り合い重り（１４ ）の上方に配置された少なくとも１つのブリー（１３）とを包含することを特徴 とする請求項３から６のいづれか一に基づく空気機械。
8. ８．前記回収機（４）が受ける空気力学的力（Ｆ）とは独立に回収機（４）の回 転速度を制限する手段（１８、２１、２４）を備えたことを特徴とする請求項２ から５のいづれか一に基づく空気機械。
9. ９．高さを変化させるための前記手段は搖動構造体（２ａ、２ｂ、２ｃ）を備え 、前記揺動構造体はほぼ水平な搖動軸線（４２）から離れたところに回収機（４ ）を担持しており、前記搖動軸線に沿って前記揺動構造体は支柱に対して関節結 合されており、復元手段として、前記搖動軸線（４２）を通る理想垂直面（ＰＶ ）は回収機（４）と搖動軸線（４２）回りに移動可能な可動部（２ａ、２ｂ、２ ｃ、１４、４）の重心（Ｇ）との間を延長していることを特徴とする空気機械。
10. １０．搖動軸線（４２）回りに移動可能な前記可動部の重心（Ｇ）は搖動軸線（ ４２）より上方に位置することを特徴とする請求項９に基づく空気機械。
11. １１．前記搖動構造体は搖動軸線（４２）に沿って互いに関節結合された２つの フレーム要素（２ａ、２ｂ）を備え、一方のフレーム要素は回収機に連結され、 他方のフレーム要素は釣り合い重りに連結され、前記２つのフレーム要素は揺動 軸線の上方で延長し引張り方向に作用する剛性化手段（２ｃ）によって互いに連 結されていることを特徴とする請求項９又は１０に話づく空気機械。
12. １２．前記剛性化手段（２ｃ）は少なくとも１本の引張りケーブルを包含するこ とを特徴とする請求項１１に基づく空気機械。
13. １３．前記搖動軸線を中心とする揺動構造体の角位置に応じて揺動軸線（４２） にほぼ平行な補正軸線（７１）を中心として回収機を角皮方向に位置決めするた めの補正手段（２ｄ、１６）をさらに備え、揺動構造体に対して回収機（４）を 懸垂支持するための手段（１６）をさらに備え、前記補正手段は、懸架軸線（７ ０）を中心として搖動構造体（２ａ、２ｂ、２ｃ）と前記懸垂支持手段（１６） との間に形成される角度に応じて、懸垂状態の回収機（４）を補正軸線（７１） を中心として揺動構造体（２ａ、２ｂ、２ｃ）に対して姿勢決めするようになっ ていることを特徴とする請求項９から１２のいづれか一に基づく空気機械。
14. １４．前記補正手段は回収機の重量によって作動せられることを特徴とする請求 項１１に基づく空気機械。
15. １５．前記懸垂支持手段（１６）はループ状に閉じた少なくとも１つの可撓性要 素（５５）を備え、前記可撓性要素は揺動構造体に固定された支持部材（５３） と回収機（４）に固定された支持部材（５４）とを囲繞しており、前記補正手段 として、前記可撓性要素は前記２つの支持部材に対して周方向に滑動するのが阻 止されており、もって、揺動構造体がその搖動軸線（４２）を中心として旋回す るときに、回収機（４）と可撓性要素（５５）との全体が回収機（４）に働く力 （Ｐ、Ｆ３）の作用により搖動構造体に対して旋回すると共に、揺動構造体の支 持部材（５３）に係合した前記可撓性要素は補正軸線（７１）を中心として回収 機（４）を姿勢決めするようになっていることを特徴とする請求項１４に基づく 空気機械。
16. １６．前記可撓性要素（６５）はほぼ８字形の交差ループ状に閉じていることを 特徴とする請求項１５に基づく空気機械。
17. １７．前記補正軸線（７１）はほぼ回収機（４）の重心を通過していることを特 徴とする請求項１３から１６のいづれか一に基づく空気機械。
18. １８．可撓性の回収機懸垂支持手段を備えていることを特徴とする請求項２、８ から１１のいづれか一に基づく空気機械。
19. １９．前記回収機（４）は互いに側方に配置された２つのロータ（６）を有する ことを特徴とする請求項２から１８のいづれか一に基づく空気機械。
20. ２０．前記回収機の上行き行程を制限する支承手段を備え、前記支承手段は回収 機が微風位置にあるときには地面に当接することを特徴とする請求項２から１９ のいづれか一に基づく空気機械。
21. ２１．前記回収機は支柱に関連する垂直軸線（３）を中心として旋回し、前記支 承手段は転動手段（５０）を備え、前記転動手段は、回収機が微風位置にあると きには、支柱（１）を中心として地面に敷設された円形軌道（８０）に支承され ることを特徴とする請求項２０に基づく空気機械。
22. ２２．前記エネルキ変換装置は、ストロボスコープ効果を生じさせるため、交流 を発電すると共に、該変換装置の羽根を照明するための装置に電力を供給するこ とを特徴とする請求項２から２１のいづれか一に基づく空気機械。