JP5704464B2 - モータトルクが補償される風力タービン - Google Patents

Description

発明の目的
本発明は、本明細書の名称に表現されるように、モータトルクが補償される風力タービンに関する。

より詳細には、本発明の目的は、慣性振り子を組み込むことにより補償されるモータトルク風力タービンに焦点を合わせ、その構造の革新的設計により、従来の機械よりも少ない努力で風力エネルギーを取り込むことが可能であり、突風に起因する電力の上がり下がりならびに電力網の孤立地域での瞬間的な充電変動を補償し、蓄積し、復元する受動的な機械システムを組み込むことにより、より均一かつより品質が高いエネルギーを提供する。

より耐性が高い機械になり、電力網の中断が少なくなるため、電力網とのタービンの互換性が高くなり、不安定な電力網に接続されている間でも作業が可能になる。

また、有利なことに、孤立した場所でのエネルギー需要を満たす場合、他のエネルギー源との並行作業にも適する。

基本的に、この新しいタービンは、伝動機構の要素（発電機、ブレーキディスク、および倍増機）が、回転翼シャフトと位置合わせされた軸受から懸架された振り子内に配置され、それにより、運動において、回転翼トルクが平衡され、ナセル、タワー、およびシューブレーキがこの力から解放されるまで、それらの要素を回転させるという特性を有し、この原理は、航空機および単一プロペラ船等の他のモータ機にも等しく適用可能である。

オプションとして、孤立地域用途または供給品質を向上させる必要がある一実施形態では、モータトルクが補償される風力タービンは、エネルギー供給の安定性および品質を向上させるセット（キット）により変更され補足される。

この変更は、静力学トランスミッションを、両方ともタワーの基部に配置され、油圧カプラを通して可変シリンダ容積油圧サーボモータにより作動する倍増機と発電機との間に挿入して、スルーシャフト型の発電機が、大型フライホイール上に配置されることからなる。

倍増機上に、発電機に代えて、ポンプ、フィルタ、および制御付属品を有する水力ステーションが取り付けられる。

この解決策により、同期した複数の発電機を直接使用して、望まれる種類の発電（能動的または反応的）を得、回転翼に一定のラムダ（λ）で動作する可能性を与え、電力網周波数において許される許容差で、発電機の回転を一定に保つことが可能である。

風力ポンピングまたは逆浸透による脱塩淡水化を使用する場合、タワーの基部に配置された発電機は、フライホイールに結合されて、流体へのエネルギー付与をより安定して生成するポンプで置換される。

さらに、その単純性からもたらされるコストおよび保守の低さにより、提案されるタービンは、潜在的に風が弱い場所でも利益を生み出し、それにより、その拡大を増大させることが可能である。

他方、過負荷がより小さな構造であるため、本発明のタービンは、旧式のタービンからの交換にも適し、回転翼により掃引される面積を増大することにより、タワー、シュー、および電気基盤の利用が可能であり、同じ場所でより長い同等時間を得る。

発明の分野
本発明の分野は、風力タービンの設計、製造、および設置専用の業種の範囲に含まれ、網発電、孤立地域での発電、風力ポンピング、および逆浸透脱塩炭水化に適用される。

発明の背景
既知のように、風力は、特に航行の助けとして、古い時代から使用されてきたエネルギーである。現在、近代の風力タービンが、このエネルギーを電力網に注ぐ電気に変換している。しかし、連続性の欠如、特に強度および方向に関する均一性の欠如が、タービン自体ならびに供給の連続性および電圧および周波数の一貫性を提供することが主な特徴でなければならない、タービンが接続された電気システムの安定性の両方にとって好ましくない状況を生み出している。

したがって、風力は、大半の時間において、持続時間の短い突風として発生するため、突風は、風力タービン回転翼を妨げることにより、タービンの摩耗ならびに生成されるエネルギーの量および品質の両方に影響する応力を生じさせる。

この意味で、風速のいかなる変動も、
ａ）回転翼が掃引する面積および風速の二乗に比例するタービンに対する推力（推力）、
ｂ）回転翼が掃引する面積および風速の二乗に比例するタービンのトルク（トルク）、
ｃ）可変回転翼速度のタービンでは、風速に正比例する回転翼の回転速度
に影響することを覚えておくことが重要である。

したがって、タービンの推力、トルク、および回転速度、ひいてはタービンに取り込まれる電力は、掃引面積および風速のあらゆる変動の影響を受ける。

これらの変動は、タービン自体の構造により支持される負荷を生み出し、この負荷は、タービンの機械的構成要素を通り、シューを通って地面に伝達される。

風の方向が変わった場合、軸方向推力の位置合わせずれから、力のトルクが生じ、このトルクは、従来の機械（風上３枚羽根デンマークモデル）では、ギアボックス上に取り付けられている１組のブレーキおよびピニオンギアモータで支持しなければならず、トルクは、シューを通して地面に達するまで、構造全体および機械的構成要素を歪ませ、過負荷をかける。このすべては、自動操舵ギアタービンではないためである。

設計がデンマークモデル（風上３枚羽根）に基づく現在の風力機械技術は、これらの負荷に対して構造をサイジングし、経済的に耐えられる安全勧告限度まで自然の要素に対応可能な、能動的な規制・制御サーボシステムを使用して機械を取り扱うことで、これらの問題を解決する。

現在の技術状態では、２つの族のタービン：水平軸および垂直軸の存在が既知である。本発明に関係し得る第１の族では、回転翼を風上に有するタービンと、タワーの風下に配置された回転翼を有するタービンとの第１の分類を行い得る。

風上モデルは一般に、能動的なガイドシステムにより支配されるナセルに強固に取り付けられた速度倍増機あり、またはなしの様々な技術の発電機を組み込んだ、３枚羽根のデンマークモデルとして知られる。

風下モデルは通常、能動的または受動的なガイドシステムを有する、風上モデルよりも高速の回転翼を使用する２枚羽根または１枚羽根である。

既知のすべての場合において、回転翼のトルクは、伝動機構を構成する機械的な要素により支持され、ナセルの構造、タワー、シュー、そして地面に伝達される。トルクのいかなる変動も発電機まで伝動機構の構成要素に伝達する剛性は、網を不安定にし、タービンの構成要素を歪ませがちである電力ピークを生じさせる。

掃引面積の変動および機械の技術的パラメータに対するその変動の影響に関して、回転翼による掃引面積を電力の上がりおよび／または下がりならびに推力の減衰の制御変数として見なす本発明とは異なり、既知の製造業者はすべて、一定の掃引面積を提供するため（羽根の湾曲によってのみ影響される）、この概念を電力調整器として使用する既知の製造業者がないと言えよう。

したがって、本発明の主な目的の１つは、これらの変動を補償し、蓄積し、かつ復元することができるシステムを通して、全体の剛性をなくし、発電機の回転の均一性、その結果としての減衰、電力ピーク、および構造への過負荷に影響しないようにすることである。

歪みがより小さな機械を構築するために、機械を悩ますそれ自体の風力が、平衡状態（受動システム）において新しい動作位置に適応して、機械を保護するように働くように、より大きな自由度を提供する機構を通して設計することは、本発明の設計目的の哲学であり、本出願人が、同様の技術的、構造的、および構成的特徴を提示する他のいかなる発明の存在も知らないことに留意する。

発明の説明
したがって、本発明が勧めるモータトルクが補償される風力タービンは、上記において明らかにされた目的を首尾良く達成するため、本願の分野内で並外れた新規性を示すものとしてそれ自体を形作り、その特徴、技術的、構造的、および構成的な詳細が、以下に完全に明らかになると共に、本明細書に付随する添付の特許請求の範囲内にも適宜含まれる。

したがって、すべての機械的な設計において、目的は、支持に関して、または回転する場合には、回転軸に関して、平衡するタービンを備えた構造である。構成要素を形成する質量は、位置に応じて、平衡または相殺することができる。構成要素間の継手は、剛性であってもよく、または特定の自由度を有してもよい。剛性の場合、摂動前に応力を受け、特定の自由度がある場合、摂動前に位置変更に適応し、応力を回避する。

したがって、いくつかのタービン構成要素（発電機、ブレーキディスク、倍増機）の質量を、回転翼の軸に位置合わせされた軸受から懸架された振り子に配置して、回転翼のトルクが平衡するまで回転させ、ナセル、タワーおよびシューがこの動作から解放された結果は、本発明のタービン目的の機械的な原理の１つであり、上述したように、上記概念は、航空機および単一プロペラ船等のモータ機械にも適用可能である。

上記にも拘わらず、伝動機構を形成するすべての構成要素は、それ自体内または内部に、異なる速度で回転し、振り子セットよりもはるかに高い回転運動エネルギーを蓄積する要素を有する。慣性として、位置、回転速度、または移動の任意の変更に対抗する本体の属性を理解して、伝動機構を形成する様々な要素（シャフトおよびギアならびに／あるいはプーリ、ブレーキディスク、および発電機回転翼）の回転部の慣性の和が、振り子自体（倍増機、ブレーキディスク、発電機）の慣性を越えた場合、慣性の小さい方、すなわち、振り子が、トルクのあらゆる摂動に対して反応することになると言うことができ、回転する質量は、慣性の大きい方に少なく影響する。

この効果を向上させるために、ブレーキディスクは、高速シャフトに配置され、所望の実行安定性を提供する各用途での機能に応じたサイズのフライホイールが付随する。

これは、本発明が達成しようとする別の目的である。すなわち、トルクのいかなる摂動も、発電機の回転の均一性への影響が略ない状態で、振り子セットにより大方吸収される。この側面は、発電される電気の品質に密接にリンクする。

他方、振り子は、トルクのバランスをとるだけでなく、上昇時に、位置エネルギーを運動に蓄積し、下降時に、位置エネルギーを変換する。したがって、振り子は、電力網に注入されるエネルギー量を安定化させる調整器として動作し、上がりを軽減し、電力の下がりを平滑化する。

トルクが突風により増大する場合、振り子は、慣性がより小さいため、トルクの増大に反応して即座に上昇し、タービン回転翼と同じ方向に新しい平衡位置まで回転するため、振り子とタービン回転翼の両方の間に大きな相対移動はなく、発電機の回転翼の回転の均一性に目立って影響しない。

逆に、突風が止まった場合、トルクが下がるため、振り子は下降して、新しい平衡位置をとり、下降中、タービンの回転とは逆の方向に行き、回転翼と発電機との間の固定されたギア比の関数での回転数だけ戻ることにより、発電機回転翼の位置エネルギーを復元する。

ギア比が、例えば、１／３２であった場合、これは、振り子が１／４回転（９０°）した場合、発電機の回転軸が３２／４＝８回転することを意味する。こうして、振り子は、下降において、発電機の回転という形で、運動に蓄積されたエネルギーを復元する。

したがって、本発明の下で設計された機械では、この効果を最大にしたい場合、回転翼と発電機とのギア比を高くしようとする傾向があり、この特徴は、回転翼の直径が大きいことにより、高電力機械において生じる。

まとめると、トルクの増大に繋がるいかなる外乱（突風）も、
ａ）回転翼を加速させ、シャフトを遅くして、運動エネルギーを増大させる際、
ｂ）振り子の運動−位置エネルギーを増大させ、まったく新しい平衡位置まで上昇させる際、
ｃ）発電機の回転翼、ブレーキディスク、およびフライホイールを含む伝動機構を形成する回転する質量の運動エネルギーを増大させる際
に使用される。

これらの増大は、各慣性に反比例して分けられる。

他方、トルクを補償するために、大きな振り子質量または大きな振り子アームが必要であり、大きな振り子質量および大きな振り子アームは両方とも、高コストおよび他の問題を招く。最も興味深いことは、低駆動トルクで電力を取り込み（１枚羽根または２枚羽根）、都合よく配置されたそれ自体（発電機、ブレーキディスク、および倍増機）の重量で、上記トルクの平衡を達成しようとする、高速回転翼に基づく設計を得ようとすることである。これらの重量は、フライホイールで補足され、フライホイールは、本発明による設計では、倍増機の内部または外部で、倍増機の高速シャフトに配置することができ、それにより、回転部の慣性が増大し、釣り合い重りとして動作する。

前段落において考察したように、風力タービンにより取り込まれる電力は、回転翼の掃引面積の関数であり、本発明の別の重要な目的は、風速が増減する前に回転翼の掃引面積の変更を達成して、シャフト推力、ひいては取り込まれる電力の上がりまたは下がりを補償することである。

掃引面積は、二面角正弦の関数であるため、本発明では、これは、公称電力に関して１５５°近くに突出する。この角度から、シャフト推力に起因するいかなる増減も、掃引面積を大きく変え、電力の上がりまたは下がりに対する第１の補償器として働く。

これは、回転翼が、一方では、シャフト推力により生まれる不安定モーメント、他方では、羽根および釣り合い重りの遠心力の位置合わせずれにより生まれる安定モーメントに起因する動的平衡を見つけるまで、二面角を適合させる振動回転翼として設計されるため、達成される。羽根のこの浮動運動は、第１の突風吸収器である。突風が来た場合、二面角は、面積の低減により小さくなり、突風が停止した場合、二面角は、面積の増大により大きくなり、この吸収現象が、電力の安定性を向上させる。

本発明による設計では、吸収は、回転翼のフォーク内に配置されるエラストマーにより行われ、エラストマーは、圧縮された場合、二面角の±１０°の変動を許容する。

風下に対する設計であるため、タワーの羽根は、タワーのトレイルから生じる影の影響を回避するように、適宜距離を置くべきである。本発明による設計では、これは、スピンドルの長さを適宜サイズ決めすることにより達成される。円形タワーのトレイルの幅外形は、特定のレイノルズ数（Ｒｅ＜１０^３が好ましく、またはＲｅ＞５^＊１０^５）の場合により大きく低減するため、機械動作の風速範囲内でトレイルの影響を最低限に抑えるために、より適した直径を探すことにする。

他方、低トルクという所望の条件に最も適した回転翼は、１枚羽根であり、これは、運動中の回転の二面角の低減のような他の明らかな利点も提示し、羽根は、半径の関数としてタワーからそれ自体離間する傾向を有し、それにより、トレイルの影響を最低限に抑えるタワーからの離間を促進する。本発明による設計では、すでに説明した理由により、羽根と垂直面との角度が、公称電力状況で１５５°に近く、羽根をタワーからさらに離して移動させることを意図する。

１枚羽根の場合の回転翼が、静的平衡および動的平衡の両方の釣り合い重りであることに留意されたい。そして、羽根に沿った質量の分布ならびに釣り合い重りの配置は、意図される所望の回転動的平衡角を達成するための詳しい研究の主題である。羽根および釣り合い重りは、角平衡角でトルクおよび軸方向推力を伝達し、羽根が地面上から異なる高さで動く際、入射風速が異なることに関連するピッチング運動を回避する自由度をセットに与えることができる、フォークおよびカルダン継手により形成される振動する結び目を使用して、ハブを通して回転翼のフォークに継手される。本発明による設計では、継手は、湾曲した冠部が、回転翼ハブがフランジを有する上記軸受の内環に形を付けるウォームネジを収容した軸受の外環に一体化される。

ハブは、羽根と釣り合い重りとのリンクとして働く。本発明による設計では、羽根は、楕円形フランジによりハブに取り付けられ、通常、溶融鉛である釣り合い重りは、ハブがテーパ形を有するため、より小さな直径の円筒形フランジにより継手される。ハブの中心は、外部フランジを通って交差する継手の可動環に接続される。釣り合い重り、ハブ、および羽根が、回転翼を形成する。

電力の制御は、継手に配置され、回転翼がフランジを付けられる軸受内環内の湾曲した冠部に対して動作するウォームネジを通しての羽根の段階的な変更により維持される。その位置は、エンコーダにより制御される。この機構は、空力的ブレーキとしても働き、羽根をフラグ内に配置する。

これらの回転翼の別の望ましい効果は、羽根への交互の応力がなくなることである。適切な回転速度および羽根の重心を所望の場所（長さの５０％に近い）に置く正しい質量分布により、任意の回転角度で、遠心力が湾曲する羽根にわたって優位になり、それにより、支配的な力が牽引になり、湾曲した構成要素により生じる符号の変更がなくなるため、応力を支持するすべての羽根面積に貢献することを達成する。１枚羽根の回転翼は、より高速であるため、この効果を支持する。

１枚羽根であることで、タービンでの開始トルクは低く、したがって、島で適用される場合、タービンを開始するために、電池セットを有し得る。そして、電力網に接続する場合、開始は、制御された加速傾斜に従って電池からエネルギーを吸収することにより行われる。

タービンのナセルは、従来の風力タービンとは明らかに異なる要素である。レンズ豆の形状のように、直接溶接された２つの半体により形成され、風の力を最小化するような空力的形状を有し、トレイルは、回転翼の性能に悪影響を及ぼさない。２つの半体が占める空間内に、タービンのガイドを担当する油圧構成要素、制御装置、およびギア付きモータキャビネットが収容される。既知のすべての機械と異なり、本発明による設計では、倍増機、ブレーキディスク、および発電機は、ナセル内部にない。

ナセルおよびナセル自体の形成部から、クランクアームが配置され、クランクアームの端部はスピンドルを保持し、スピンドルには低速シャフトが交差し、低速シャフトは、一方はスピンドルの風下に配置された回転翼軸受であり、他方はスピンドルの風上に配置された振り子を保持する軸受である２つの軸受を通して、回転翼を、伝動機構を形成する振り子セットに位置合わせする。

機械が停止した状態での配向のために、本発明のタービンは、軸受内環にピニオンを通して係合し、ナセルを保持し、機械が電力網に接続されるまで、ナセルの位置を支配する可逆的実行ギア付きモータブレーキを有することを提供する。機械が接続されると、自己ギアタービンであるため、モータブレーキがブロック解除され、ナセルのセットを解放する。このギアモータブレーキは、必要な場合、例えば、保守動作中に、タワー内部のループを形成するケーブルを解くため、またはナセルを所望の位置に位置決めするために使用される。

ギアシャフトに関して静的に平衡するために、ナセル全体が、機械の正確な自己ギアを達成することが望ましい。風下の実施において、ギア力（シャフトの推力）がギアシャフトから遠くに加えられると、回転翼を覆う二面体の二等分線に加えられ、これにより、運動の安定性が保証されるため、実行時の自己ギアの保証は完全である。

振り子セットの設計では、極めて長い実施の平行シャフトの倍増機が、角運動において、発電機および車輪の質量を使用して、５５°でトルクを補償でき、したがって、所望の効果を達成できるように、振り子の重心を十分に変位させられると考えられる。極めて長い実施での平行シャフトの倍増機の独特な設計は、２つの段階での設計に基づき、第１の段階は、遊星歯車装置により形成される低速シャフトの段階であり、第２の段階は、シャフト間に所望の距離を達成するために鎖伝動を使用する高速シャフトの段階である。倍増機の高速シャフトおよびそれ自体内には、釣り合い重りに加えて、大きな走行安定性をセットに与え、それにより、回転部分の慣性が、振り子自体の慣性よりもはるかに大きくなることを保証するフライホイールがある。その残りは、最高で９０°まで、緊急ブレーキのための安全確保として残される。

本発明による設計では、スピンドルの長さは、一方では、羽根を隔てさせて、タワーの影の影響を最低限に抑えるため、他方では、振り子の重心をタワーのギアシャフトに近づけて、不要なジャイロ伝動の影響が運動中に発生するのを回避するために重要であるため、特別な注意を集めた。

静力学トランスミッションオプションでは、発電機は、地表面でタワーの基部に配置された大型フライホイールに対する二重シャフト実施において取り付けられる振り子から隔てられる。発電機が振り子内に配置されていた場所には、加圧油をサーボ駆動可変シリンダエンジンに押す油圧セントラルが取り付けられ、そのコンダクトはナセル内に配置された回転コネクタを通り、油圧コンダクトを捻らずにタービンを配向させることができる。油圧流体の戻りでは、第２の回転コネクタを通してセントラルに戻る。

油圧サーボモータにより提供される柔軟性により、エンジンシリンダを常に調整して、一定の回転で可変トルクを提供することができ、これは、速度の変更を拒むであろうフライホイールの大きな慣性により要求される条件である。フライホイールおよび発電機回転子は、安定し定常的に回転し、タービンの回転翼が仕事を一定のλ（ラムダ）で加減速できるようにし、性能を向上させる（回転翼の）。同期できるのは発電機であるため（ソース）、所望の品質のエネルギーを生成するコストを調整できるようにする。

オンデマンドで生成する孤立地域用途の場合、フライホイールに蓄積された大きな慣性により、プロペラピッチ（ピッチ）を調整し、電力を使用する必要なく、または過度のエネルギーの抵抗を散逸せずに、需要電力を容易に取り込むために必要な時間を有することができる。

タービンの回転翼を容易に開始するために、トルク油圧カプラが、油圧サーボモータシャフトと発電機シャフトとの間に挿入される。ポンピングまたは逆浸透により脱塩淡水化の場合、発電機に代えて、フライホイールに取り付けられたポンプが設置され、水撃音の形成を回避するより均一な流れを生み出す。深い井戸からポンピングする場合、ポンプは深く沈められ、シャフトはカルダントランスミッションによりフライホイールを通して動作する。このために、タワーは、井戸上方に直接設置される。

したがって、説明したモータトルクが補償される風力タービンは、今日まで未知であった特徴および性能を有する革新的な解決策を表し、実用と共に理由により、本明細書において求められる排他性の特権を得るのに十分な根拠が与えられる。

行われた説明を補うため、かつ本発明の特徴のよりよい理解を助けるために、１組の図面を、本明細書の一体部分として本明細書に添付し、以下に、限定ではなく例として示す。

風下１枚羽根実施の好ましい実施形態での、本発明の目的であるモータトルクが補償される風力タービンの概略側面図を示し、風力タービンを構成する主要部品および要素を示す。 静力学トランスミッション、発電機、および大型フライホイールをタワーの基部に有する代替の実施例での、本発明によるタービンの実施形態の変形の概略側面図を示す。 図１に示される、動作中のタービンの正面図を示し、振り子の回転方向および補償の効果を詳細に示す。 振り子セットが発電機を組み込む場合の、振り子セットを形成する要素の横方向断面での概略図を示し、構成および配置を詳細に示す。 図１に示されるような、風下１枚羽根で実施される振り子風力タービンの斜視図を示し、細部が拡大されて、回転翼を構成する要素およびプロペラピッチに一体化される要素を示す。 ナセルおよびタワー上の振り子組立体および回転翼組立体の配置を示す拡大側面図を示す。 タワーの基部における安定化キットの配置を示す拡大側面図を示す。 ナセルに配置された油圧セントラルおよび回転フィッティングへのコンダクトを有する振り子セットを示す拡大側面図を示す。 ポンピング用途でのタワーの基部における安定化キットの配置を示す拡大側面図を示す。

上述した図に鑑みて、かつ利用される番号に従い、本発明の好ましい実施形態例ならびに本発明の好ましい実施形態の代替の変形を示し、本発明の好ましい実施形態は、以下に詳細に説明される部品および要素を備え、以下の参照番号を使用して、図中の部品および要素を示す。

１．回転翼
２．スピンドル
３．低速シャフト
４．第１の軸受（振り子セット）
５．倍増機
６．発電機
７．ギア軸受
８．タワー
９．ナセル
１０．エラストマー
１１．フライホイール
１２．羽根
１３．ブレーキディスク
１４．ギアモータブレーキ
１５．クランクアーム
１６．フォーク
１７．ハブ
１８．釣り合い重り
１９．継手
２０．ウォームネジ
２１．可動環
２２．第２のフライホイール
２３．油圧サーボモータ
２４．油圧カプラ
２５．油圧セントラル
２６．回転コネクタ
２７．ポンプ
２８．振り子セット
２９．高速シャフト

したがって、上記図に示されるように、推奨される、モータトルクが補償される風力タービンは、好ましくは、図１に示されるように、タワー（８）の風下に配置された回転翼（１）を有する１枚羽根タービンからなり、代替として、回転翼（１）は、構造への適切な変更を通して、例えば、ブーメラン形の設計を通して、風上に配置もされる。

上記回転翼（１）は振動し、低速シャフト（３）に結合されたフォーク（１６）の周縁に配置されたエラストマー（１０）により緩衝され、低速シャフト（３）はスピンドル（２）を通り、スピンドル（２）は、第１の軸受（４）を通して倍増機（５）、発電機（６）、およびブレーキディスク（１３）を保持し、角運動でトルクを補償し、ナセル（９）をこの応力から解放するまで、これらを平衡させる。

倍増機セット（５）、発電機（６）、およびブレーキディスク（１３）は、振り子または振り子セット（２８）を形成する。

内部に、タワー（８）の端部にフランジ接続する別のギア軸受（７）の内環への係合を通して、タービンを開始フェーズに配向することを受け持つ油圧構成要素、制御キャビネット、およびギアモータ（１４）が収容される、レンズ豆の形状の２つの半体により形成されるナセル（９）。

ナセル（９）およびナセル（９）自体の形成部分から、クランクアーム（１５）が配置され、クランクアーム（１５）に、スピンドル（２）の上端部が取り付けられ、スピンドル（２）には、一方は回転翼軸受（１８）であり、他方は振り子（２８）を保持する軸受（４）である２つの軸受を通して、回転翼（１）を振り子セット（２８）に位置合わせする低速シャフト（３）が交差する。

そして、振動回転翼（１）は、フランジにより、ハブ（１７）を通して釣り合い重り（１８）に継手された羽根（１２）により形成される。また、ハブ（１７）は、中央部を通して、外部フランジを通して交差する継手（１９）の可動環に継手する。

本発明の実際の実施形態では、トルクが２９４７ｄａＮｍで、６４．８ｒｐｍで回転する場合、１１ｍ／ｓで２００Ｋｗを取り込むことが可能な、１枚羽根実施での回転翼（１）の直径が２８ｍのタービンが、一例として挙げられる。

これらのデータから、都合のよい距離に配置された場合（振り子クランクアーム）、トルクが所定の角度に平衡するような、適切な質量（倍増機（５）、発電機（６）、およびブレーキディスク（１３））の配置を探して、補償するための（トルク２９４７ｄａＮｍ）振り子セットが決定され、寸法決めされる。

以下は、各構成要素の重量および振り子シャフトｘ＝ｘに関する重心の距離を使用して生成された表であり、アームが１．４ｍ、角度が５５°に近い場合、タービンのトルクが平衡されることを検証する。

平衡モーメント（３，５０５．４８ｍＫｇ）が、トルク（２９４７ｄａＮｍ）よりもわずかに高く、したがって、５５°未満の角運動の場合、平衡されることが分かる。

以下の表において、振り子セットを形成する回転部分のシャフトに関する慣性モーメントが、振り子自体の慣性モーメントの５．９３倍を超えることを検証する。

回転部分の合計質量 1,822.15
低速シャフトに低減された慣性モーメント
（振り子の回転部分）（Ａ） 36,775.21
風力タービン回転翼の慣性モーメント 26,000.00
伝動機構回転部分の合計慣性モーメント 62,775.21

振り子合計質量
4,307.35
低速シャフトに関する振り子の慣性モーメント（Ｂ） 6,196.71
A/B比率= 5.93

得られた結果は、トルクの変動を生じさせる突風に直面した場合、慣性の小さい方（振り子）がまず反応するため、発電機の回転翼に影響しないことを保証する。この状況は、より均一な、ひいてはより良質なエネルギーの生成を保証する。

回転翼（１）がどのようにして、突風の関数として、二面角を適合させ、それにより、掃引面積を変更し、およびタービンに対する風の推力を緩衝するかを明らかにするために、回転翼が一定の回転率で回転し、タービンが、以下が該当する風を受ける場合の、動的平衡を支配する式を示す。

ｗによる回転翼（１）の運動モーメントの変動（平衡モーメント）＝羽根（１２）の活性部分の推力のモーメント（非平衡モーメント）
ＨＧｗ＝ω^２（Ｉ_ｕｚ（ｓｅｎ^２θ−ｃｏｓ^２θ）＋（Ｉ_ｕｕ−Ｉ_ｚｚ）ｓｅｎθ^＊ｃｏｓθ）
そして、ＨＧｗ＝Γ_ｔｈｃｏｓθ^＊推力（活性ゾーン）
式中、Γ_ｒｈ ｃｏｓθ^＊推量＝ω^２（Ｉ_ｕｚ（ｓｅｎ^２θ−ｃｏｓ^２θ）＋（Ｉ_ｕｕ−Ｉ_ｚｚ）ｓｅｎθ^＊ｃｏｓθ）である。

ｕ：振動羽根シャフト（ｗ）および羽根の縦シャフト（ｚ）に垂直なシャフト
Γ_ｔｈ：推力アーム
θ：二面角
ω：回転翼の角速度（一定）
Ｉ_ｕｚ：平面ｕ−ｚの慣性積
Ｉ_ｕｕ：ｕシャフトによる慣性モーメント
Ｉ_ｚｚ：ｚシャフト（シャフトの縦羽根）による慣性モーメント
これから、風速およびそれに対応する掃引面積の変動の関数として、二面体の平衡角を特定することができる。

上記表において、風速が二面体の変動、掃引面積、ひいては突風緩衝効果にどのように影響するかが分かる。

まとめると、本発明は、回転翼（１）のシャフト（３）に位置合わせされた第１の軸受（４）を通して、スピンドル（２）から振り子のように懸架された倍増機（５）、発電機（６）、およびブレーキディスク（１３）である伝動機構を形成する要素を回転できるように配置することに特性を有し、回転して、角運動中、平衡するまで、回転翼（１）により扱われるトルクを補償し、上記トルクがナセル（９）、タワー（８）、およびシューに伝達するのを回避し、ナセル（９）、タワー（８）、およびシューは充電されない状態を保つ、モータトルクが補償される風力タービンを推奨する。

この振り子セットは、角運動で上昇する場合、位置エネルギーを蓄積し、突風が停止した場合に位置エネルギーを解放し、下降し、タービンの回転翼（１）の回転とは逆方向に回転し、発電機の回転子（６）まで回転して戻り、この効果は、電力網でのエネルギー量を均一にする傾向を有し、受動的な機械手段を通して上がり下がりを平滑化する電力調整器である。

突風に起因する任意の摂動がトルクにある場合、これはまず振り子セット（２８）に影響し、振り子セットは、新しい平衡位置に自動的に適応し、伝動機構を形成する構成要素の回転部分の慣性が、振り子セット自体（２８）の質量の慣性よりも高いため、発電機の回転子（６）の回転の均一性に影響せず、受動的な機械的手段を通して、より均一かつより良質のエネルギーになる。

さらに、回転翼（１）に対するシャフト推力を変える任意の突風がある場合、これは、回転移動中の羽根（１２）の二面角を利用して、二面体への掃引面積を公称条件下で約１５５°に変更し、一方では、羽根（１２）と釣り合い重り（１８）の質量の位置合わせずれから生まれる安定化モーメントにおいて、他方では、風の軸方向での推力の結果生まれる不安定化モーメントにおいて、動的に平衡する。風速に反比例する掃引面積のこの適応は、電力の上がり下がりの緩衝およびタービンの構造への推力に対する第１の受動的なシステムである。

発電機（６）の回転子の回転の均一性を向上させるために、タービンは、ブレーキディスク（１３）として動作し、いかなる場合でも、常に高速シャフト（２９）内にある、倍増機（５）の内外の両方に配置できる、発電機（６）のシャフトに位置合わせして配置されるフライホイール（１１）を有する。

そして、回転翼（１）と低速シャフト（３）との伝動は、フォーク（１６）および継手（１９）を通して、振動する結び目により行われる。継手の振動は、回転翼（１）の振動シャフト（ｗ−ｗ）に対する１組のエラストマー（１０）により、±１０°に制限される。

フォーク（１６）および継手（１９）は、各平衡角でトルクおよびシャフトの推力を伝達させ、羽根（１２）が回転移動中に地上から異なる高さで移動する際、風速の差からもたされる傾斜モーメントの伝達を回避する自由度をセットに提供することができる。

プロペラの通過を制御するために、継手（１９）に一体化された冠部およびウォームネジの機構があり、冠部が、中央部に刻まれた二重玉軸受の可動環（２１）を構成し、ウォームネジ（２０）が、図４に示されるように、継手（１９）を形成する軸受の固定された外環内に一体化されることに留意されたい。

可動環（２１）上に、回転翼（１）のハブ（１７）がフランジ接続される。この機構により、油圧または電気エンジンにより始動した場合、タービンが取り込む電力を調整するように、通過するプロペラを制御することが可能である。

ハブ（１７）は、羽根（１２）と釣り合い重り（１８）との接続として働く。これらの３つの要素が、回転翼（１）を形成する。

機械が停止した状態での配向のために、本発明のタービンが、軸受内環（７）にピニオンを通して係合し、ナセル（９）を保持し、機械が電力網に接続されるまで、ナセル（９）の位置を支配する可逆的実行ギア付きモータブレーキ（１４）を有することを提供することにも留意されたい。機械が接続されると、自己ギアタービンであるため、モータブレーキがブロック解除され、ナセル（９）のセットを解放する。このギアモータブレーキ（１４）は、必要な場合、例えば、保守動作中に、タワー（８）内部のループを形成するケーブルを解くため、またはナセル（９）を所望の位置に位置決めするために使用される。

最後に、伝動機構を形成する要素（倍増機（５）、発電機（６）、ブレーキ（１３））が、回転翼（１）のシャフト（３）と位置合わせされた軸受（４）により懸架され、それにより、平衡することができ、回転翼（１）のトルクを平衡するまで角運動で補償する、モータトルクが補償される風力タービンの説明したシステムが、発電機（５）がエンジンで置換され、シャシがスピンドルで置換された、ボートおよび航空機等の他の単一プロペラ式電動機械にも等しく適用可能なことに言及すべきである。

静力学トランスミッションを有するタービンの代替の実施形態では、油圧セントラル（２５）が、前は発電機（６）が配置されていた倍増機（５）上に配置され、セントラル（２５）は、タワーの基部に配置された発電機（６）の代わりとして、倍増機（５）と共に、振り子セット（２８）の部分である。

そして、発電機（６）はタワー（８）の脚部に配置され、シャフトを通って発電機（６）に取り付けられた第２のフライホイール（２２）により構成される安定化キットの部分になり、両方とも、油圧カプラ（２４）を通して可変シリンダの油圧サーボモータ（２３）を使用して作動する。

この安定化キットは、オプションであり、シューの基部とタワー（８）の基部との間にフランジ接続され、両基部は同じサイズのフランジを有し、回転翼（１）のシャフトにより高い高さを提供する。

この実施形態では、倍増機（５）の出口での機械的な力は、油圧セントラル（２５）内に配置されたポンプ内で、容量ｘの油圧の形の油圧力を変換され、圧力コンダクトを通して油圧サーボモータに伝達され、ナセル（９）内に配置された回転コネクタ（２６）を通って閉回路を形成する。

サーボモータ（２３）のシリンダの変更により提供される柔軟性により、一定λ（ラムダ）で動作する回転翼（１）の回転に関わりなく、発電機（６）＋フライホイール（２２）のセット内で回転を略一定に保つことができ、回転翼の性能が向上する。

この用途は、特に、孤立地域用途または発電機（６）が不安定な電力網に接続される場合、より均一にエネルギーを発生させるとき、関心が持たれる。

用途が風力ポンピングまたは逆浸透脱塩淡水化である場合、この安定化キット内で、発電機（６）はポンプ（２７）で置換され、ポンプ（２７）は第２のフライホイール（２２）に取り付けられ、油圧カプラ（２４）を通してサーボモータ（２３）により作動する。

さらに、井戸のポンピンの場合、ポンプ（２７）は深く沈められ、シャフトは、カルダントランスミッションによりフライホイール（２２）を通して動作する

倍増機（５）の設計が、トルク補償および緩衝、貯蔵、およびエネルギー伝達の目的を達成するために極めて重要であることを強調したい。

第１の目的であるトルク補償を達成するために、離間された平行シャフトを有する倍増機（５）が設計され、これによりレバーアームを増大させることができ、補償質量（発電機（６）＋フライホイール（１１））が過度にならない。

第２の目的（緩衝、貯蔵、およびエネルギー伝達）を達成するために、回転部分の慣性が振り子セット自体の慣性を越え、これが、フライホイール（１１）が高速シャフト（２９）内に配置され、釣り合い重りとして動作する他、（さらに）回転部分の慣性を増大させる理由であり、それにより、トルクに混乱がある場合、発電機回転子の回転均一性に対するこの影響が可能な限り小さくなることが考えられる。

したがって、角運動で上記トルクの平衡を可能にするモータシャフトと同心円の軸受から保持されたこの倍増機（５）（図４参照）には、２つの倍増段階が設定され、第１の段階は、３つ以上の衛星の遊星歯車設計を使用して倍増機により形成され、高エネルギートルクのサポートに適し、第２の段階は鎖伝動により形成され、シャフト間の距離を隔てるのに適する。

高速シャフト（２９）上かつ倍増機（５）自体内に、上記フライホイール（１１）は配置され、釣り合い重りとして動作する他、回転速度、ひいては直接接続された発電機シャフトの速度を均一にする。高速シャフト（２９）の他端部には、ブレーキディスク（１３）が配置される。

本発明の性質ならびに実際に使用する方法について十分に説明したため、この説明をより広範囲にわたるものにする必要はなく、当業者が本発明の範囲および本発明からもたらされる利点を理解でき、本発明の本質内で、例として示されたものとは詳細が異なる他の実施形態で実施してもよく、他の実施形態に対して請求される保護も、基本原理が変質、変更、または修正されない限り有効であることを主張する。

１．回転翼
２．スピンドル
３．低速シャフト
４．第１の軸受（振り子セット）
５．倍増機
６．発電機
７．ギア軸受
８．タワー
９．ナセル
１０．エラストマー
１１．フライホイール
１２．羽根
１３．ブレーキディスク
１４．ギアモータブレーキ
１５．クランクアーム
１６．フォーク
１７．ハブ
１８．釣り合い重り
１９．継手
２０．ウォームネジ
２１．可動環
２２．第２のフライホイール
２３．油圧サーボモータ
２４．油圧カプラ
２５．油圧セントラル
２６．回転コネクタ
２７．ポンプ
２８．振り子セット
２９．高速シャフト

Claims (9)

1. ナセル（９）のように保持されるスピンドル（２）中心部を貫通する低速シャフト（３）に取り付けられた１枚羽根（１２）を有し、タワー（８）の上部に配置されたステアリング軸受（７）上に配置され、対応するブレーキシューが取り付けられ、１枚羽根回転翼（１）により構成される種類のモータトルクが補正される風力タービンであって、倍増機（５）、発電機（６）、およびブレーキディスク（１３）からなる伝動機構を形成する要素を有し、前記伝動機構は、前記回転翼（１）の低速シャフト（３）と位置合わせされた第１の軸受（４）を通して前記ナセル（９）から懸架されて振り子セット（２８）を形成し、前記振り子セット（２８）は、前記倍増機（５）、前記発電機（６）、および前記ブレーキディスク（１３）を回転できるようにし、前記回転翼（１）のトルクが平衡するまで、その角運動において、前記回転翼（１）の前記トルクを補償することにより、前記トルクが前記ナセル（９）、前記タワー（８）、および前記ブレーキシューに伝達するのを回避し、前記振り子セット（２８）が、角運動での上昇時に位置エネルギーを蓄積し、突風が停止した場合、前記位置エネルギーを解放することにより、前記タービンの回転翼（１）の回転とは逆の方向に回転しながら下降して、前記発電機の回転子（６）に回転を与えることを特徴とする、モータトルクが補正される風力タービン。
2. 前記振り子セット（２８）の構造および構成が、前記伝動機構を形成する前記構成要素の回転部分の慣性が、前記振り子セット自体（２８）の質量の慣性よりも大きくなることを特徴とする、請求項１に記載のモータトルクが補償される風力タービン。
3. 前記倍増機（５）が、２本の平行シャフトで作られ、２つ以上の倍増段階により形成され、低速段階が３つ以上の衛星を有する遊星歯車設計であり、前記トルクの伝達に適し、高速段階が、鎖伝動であり、高速シャフト（２９）には、速度安定性を与えると共に、前記回転部分の慣性を増大させるフライホイール（１１）があるため、前記トルクの外乱の場合、前記発電機（６）のシャフトの速度均一性を混乱させないようにすることを特徴とする、請求項１および２に記載のモータトルクが補償される風力タービン。
4. 前記回転翼（１）が、フォーク（１６）と継手（１９）との間に配置されたエラストマー（１０）により緩衝される１枚羽根振動回転翼であり、一方では、前記羽根（１２）の質量と釣り合い重り（１８）の質量との位置合わせずれにより生じる安定化モーメント、他方では、風の軸方向推力の結果により生じる不安定モーメントが動的平衡にある場合、前記回転翼の前表面の長手方向中央部に、２つの平面で構成される１５５°の二面角を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のモータトルクが補償される風力タービン。
5. プロペラの回転を制御するために、前記継手（１９）に一体化された冠部およびウォームネジ（２０）の機構があり、前記冠部が、中央部に刻まれた二重玉軸受の可動環（２１）を構成し、前記ウォームネジ（２０）が、前記継手（１９）を形成する前記軸受の固定された外環内に一体化され、前記可動環（２１）上に、前記回転翼（１）の前記ハブ（１７）がフランジ接続されることを特徴とする、請求項４に記載のモータトルクが補償される風力タービン。
6. 前記ナセルは、レンズ豆の形状で溶接された２つの半体により形成される楕円部分であり、その内部に、油圧構成要素、制御キャビネット、およびギアモータが収容され、前記ナセル（９）の形成部分から、前記スピンドル（２）、前記回転翼（１）、および前記振り子セット（２８）を保持するクランクアーム（１５）が、風下に配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のモータトルクが補償される風力タービン。
7. 平衡でき、前記回転翼（１）のトルクが平衡するまで、その角運動において、前記回転翼（１）の前記トルクを補償するように、前記回転翼（１）のシャフト（３）に位置合わせされた軸受（４）を通して前記ナセル（９）から懸架された前記伝動機構を形成する要素（倍増機（５）、発電機（６）、およびフライホイール（１１））が、船または航空機等の他の単一プロペラ電動機械に適用可能であり、前記発電機（６）がエンジンで置換され、前記スピンドル（２）がシャシで置換されることを特徴とする、請求項１に記載のモータトルクが補償される風力タービン。
8. エネルギー供給の非均一性および品質がより大きい実施形態では、油圧伝達装置が、前記倍増機（５）と前記発電機（６）との間に挿入され、それにより、前記発電機（６）が、第２のフライホイール（２２）に取り付けられて配置され、両方とも前記タワー（８）の基部に配置され、油圧カプラ（２４）を通して可変シリンダの油圧サーボモータ（２３）により作動し、前記油圧カプラ（２４）及び前記油圧サーボモータ（２３）は安定化キットを形成し、前記倍増機（５）上に、油圧供給ユニット（２５）が取り付けられて、前記タワーの基部に配置された前記発電機（６）に代えて、前記振り子セット（２８）の部分を形成することを特徴とする、請求項１、２、３、５、および６のいずれか一項に記載のモータトルクが補償される風力タービン。
9. 風力ポンピングまたは逆浸透脱塩淡水化に適用される場合、前記安定化キット内で、前記発電機（６）は、より安定した活性化された流れを提供する縦型ポンプ（２７）で置換され、前記ポンプ（２７）は深く沈められ、シャフトは、前記第２前記フライホイール（２２）からのカルダントランスミッションを通して動作することを特徴とする、請求項８に記載のモータトルクが補償される風力タービン。

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