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JP7782884B2 - Extended vertical axis wind turbine - Google Patents
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JP7782884B2 - Extended vertical axis wind turbine - Google Patents

Extended vertical axis wind turbine

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JP7782884B2 JP2024522006A JP2024522006A JP7782884B2 JP 7782884 B2 JP7782884 B2 JP 7782884B2 JP 2024522006 A JP2024522006 A JP 2024522006A JP 2024522006 A JP2024522006 A JP 2024522006A JP 7782884 B2 JP7782884 B2 JP 7782884B2
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Description

本発明は、一般には気流/流体流からエネルギーを得る際に用いる垂直軸風車の拡張に関する。 The present invention relates generally to the extension of vertical axis wind turbines used to harvest energy from air/fluid flows.

風力エネルギーは古代以来、機械に動力を供給するために用いられている。それ以来、風力のようなより環境に優しく再生可能な動力を生成する必要性は、より差し迫ったものになっており、電力を生成するために風車が開発されている。 Wind energy has been used to power machines since ancient times. Since then, the need to generate more environmentally friendly, renewable power sources such as wind power has become more pressing, leading to the development of windmills to generate electricity.

異なる風車の設計が、異なる想定および用途で用いるために開発されている。例えば、風車は、風見のブレードが水平または垂直に配置されるシャフトの軸線周りに回転するかどうかに応じて分類される場合がある。水平軸風車(Horizontal axis wind turbine、HAWT)は、より効率的であることが多いため、一般に配備され易い傾向にある。これは、風流の方向と直交する方向にブレードが回転することにより、回転中の全サイクルにわたってエネルギーを受け取る結果である。しかし、水平軸風車は、特にタワーおよびブレードのシアの高さ、大きさ、および重量においてさまざまな欠点を抱えているため、設置、動作、およびメンテナンスが極めて高価となる。また、水平軸風車は風に向かって注意深い位置決めを必要とし、25種類の風が速さおよび方向において変わりやすい状況では良好に機能する可能性が低い。また、そのような風車は、視覚的、ならびに野生生物から無線信号の送信に至る、あらゆることに問題を生じる可能性がある。 Different wind turbine designs have been developed for different scenarios and applications. For example, wind turbines may be classified according to whether the blades rotate around the axis of a horizontally or vertically positioned shaft. Horizontal axis wind turbines (HAWTs) are often more efficient and therefore more commonly deployed. This is a result of the blades rotating perpendicular to the wind's direction, capturing energy throughout their entire rotation. However, horizontal axis wind turbines suffer from various drawbacks, particularly the height, size, and weight of the tower and blade shear, making them extremely expensive to install, operate, and maintain. Horizontal axis wind turbines also require careful positioning into the wind and are unlikely to perform well in conditions where wind speeds and direction are variable. They can also pose problems for everything from visual and wildlife issues to radio signal transmission.

典型的な垂直軸風車(Vertical Axis Wind Turbine、VAWT)は、垂直に配置され、垂直軸線周りに円形に配置された「ブレード」を有する。VAWTという名前はこれに由来する。VAWTのブレードは、航空機の翼に倣った形状のブレード外形を有する。風が「ブレードのアセンブリ」に向かって吹くと、2種類の力、すなわち揚力および牽引力がブレードによって生成される。航空機の翼に倣ってブレードを形成する目的は、ブレードが垂直軸線周りに円形経路を周回する際にロータブレードに対する気流が生成する引っ張り力および押し力から、揚力を生成することである。ブレードが速く動く程、生成される揚力は大きくなる。理想的には、より高速でブレードのアセンブリを回転させるために、ブレードに対する「引っ張りおよび押し」の両方の力を利用する。 A typical Vertical Axis Wind Turbine (VAWT) has "blades" arranged vertically and arranged in a circle around the vertical axis, hence the name VAWT. VAWT blades have a blade profile shaped like an aircraft wing. When wind blows toward the "blade assembly," two types of forces are generated by the blades: lift and drag. The purpose of shaping the blades like an aircraft wing is to generate lift from the pulling and pushing forces generated by the airflow against the rotor blades as the blades orbit in a circular path around the vertical axis. The faster the blades move, the more lift is generated. Ideally, both "pull" and "push" forces on the blades are utilized to rotate the blade assembly at higher speeds.

空中を通って動くブレードの速さ、もしくは速度が、それによって生成される揚力の量を決定する。簡単に言えば、より高いブレードの速度はより大きな揚力をもたらし、より大きな揚力がブレードのアセンブリの回転力を活用する機会を提供することによってトルクを生成する。オルタネータに機械的に連結されている場合、トルクは電気に変換される。線形オルタネータが使用される場合、機械的接続ではなく近接の電磁接続が存在し、やはり電気を生成する。したがって、それぞれのブレードに対して相対的速さおよび相対的迎え角でブレードに作用する周囲の風は、装置上で力の複雑な「ダンス」を開始してブレードを動かし、次にブレードは電気を生成する目的でトルクを生成するということができる。 The speed, or velocity, of the blades as they move through the air determines the amount of lift they generate. Simply put, higher blade speeds result in more lift, which in turn provides an opportunity to harness the rotational force of the blade assembly to generate torque. When mechanically coupled to an alternator, the torque is converted to electricity. When a linear alternator is used, there is a close electromagnetic connection rather than a mechanical connection, which also generates electricity. Thus, it can be said that the ambient wind acting on the blades at relative speeds and angles of attack to each blade initiates a complex "dance" of forces on the device, moving the blades, which in turn generate torque for the purpose of generating electricity.

本質的に、ブレードに対する空気/風の方向の相対的速さおよび相対的迎え角は、VAWTの電力出力への最も重要な寄与のうちの2つであり、機械的および電磁的構成も全体的なシステムの効率性に寄与する。 Essentially, the relative speed and relative angle of attack of the air/wind direction relative to the blades are two of the most important contributors to the power output of a VAWT, with mechanical and electromagnetic configurations also contributing to the overall system efficiency.

関節案内翼を用いてブレードへの風流をより良く案内し、VAWTの効率性を向上させることが開示されている。しかし、平面のみを有する関節案内翼を用いると、多くの場合、関節案内翼の平面に衝突する風の一定量が、意図したブレードに向かう流れの方向から離れて拡散してしまう。したがって、上記の問題に対処するため、関節案内翼に対するニーズが存在する。 It has been disclosed that articulated guide vanes can be used to better guide the airflow onto the blades, improving the efficiency of VAWTs. However, when articulated guide vanes with only a flat surface are used, a certain amount of the air impinging on the flat surface of the articulated guide vane is often diverted away from the intended flow direction towards the blade. Therefore, there is a need for articulated guide vanes to address the above issues.

本発明の一態様によれば、第1の軸線を画定する支持構造体であって、第1の軸線を取り囲む外側部分を有する、支持構造体と、支持構造体に可動連結されるロータアセンブリであって、第1の軸線周りのロータアセンブリの回転変位が可能となるよう支持構造体に支持されるように構成される、ロータアセンブリと、支持構造体を取り囲むように支持構造体に連結される関節案内翼アセンブリであって、複数の関節案内翼を備え、複数の関節案内翼は、複数の関節案内翼に衝突する流体をロータアセンブリに向けて案内することにより、第1の軸線周りにロータアセンブリを回転変位させるように配置可能である、関節案内翼アセンブリと、を備える拡張垂直軸風車が開示される。関節案内翼アセンブリは、内側部分および外側部分を有するリグ構造体であって、内側部分および外側部分は、リグ構造体の両端を形成し、リグ構造体は、リグ平面、およびリグ構造体の内側部分に隣接する翼軸線を画定し、リグ平面とロータアセンブリとの角度は、翼軸線周りに変更可能であり、内側部分は、外側部分よりもロータアセンブリの近くに配置され、リグ構造体は、支持構造体に回転連結するためにリグ構造体の内側部分に構成される一対のリグ継ぎ手、および一対のリグ継ぎ手から延びる一対の柱を備える、リグ構造体と、リグ構造体に連結され、溝を衝突流体の流れに提供する形状になっている羽根であって、溝は、リグ平面から画定される深さを有し、羽根は、リグ構造体の外側部分から内側部分に向かって延びて排出口を画定する内縁で終端し、羽根は、リグ構造体の内側部分と外側部分との間に延びる本体セグメント、および羽根の本体セグメントの対向する辺から延びて一対の柱のそれぞれに連結される2つの側面セグメントを有する、羽根と、を備える。羽根の本体セグメントは、実質的に平面で実質的に硬く、羽根に衝突する流体は、溝に集められ、そこから放出するための排出口からロータアセンブリに向かうように方向転換され、ロータアセンブリに向けられる流体の質量流量および流れ方向のうちの少なくとも一方は、翼軸線周りのリグ平面とロータアセンブリとの間の角度によって決定される。 According to one aspect of the present invention, an extended vertical axis wind turbine is disclosed, comprising: a support structure defining a first axis, the support structure having an outer portion surrounding the first axis; a rotor assembly movably connected to the support structure, the rotor assembly being configured to be supported on the support structure to enable rotational displacement of the rotor assembly about the first axis; and an articulated guide vane assembly connected to the support structure to surround the support structure, the articulated guide vane assembly comprising a plurality of articulated guide vanes that can be positioned to guide fluid impinging on the plurality of articulated guide vanes toward the rotor assembly, thereby rotationally displacing the rotor assembly about the first axis. The articulated guide vane assembly comprises: a rig structure having an inner portion and an outer portion, the inner portion and the outer portion forming opposite ends of the rig structure, the rig structure defining a rig plane and a blade axis adjacent the inner portion of the rig structure, an angle between the rig plane and the rotor assembly being variable about the blade axis, the inner portion being positioned closer to the rotor assembly than the outer portion, the rig structure comprising: a pair of rig joints configured on the inner portion of the rig structure for rotational connection to a support structure, and a pair of posts extending from the pair of rig joints; and a vane coupled to the rig structure and shaped to provide a groove in the flow of impingement fluid, the groove having a depth defined from the rig plane, the vane extending from the outer portion toward the inner portion of the rig structure and terminating at an inner edge defining an outlet, the vane having a body segment extending between the inner and outer portions of the rig structure, and two side segments extending from opposite sides of the body segment of the vane and coupled to each of the pair of posts. The blade body segment is substantially planar and substantially rigid, and fluid impinging on the blade is collected in the groove and redirected from the groove toward the rotor assembly through an outlet for discharge, with at least one of the mass flow rate and flow direction of the fluid directed toward the rotor assembly being determined by the angle between the rig plane and the rotor assembly about the blade axis.

本発明の一態様による、フィンアセンブリおよび片持ち梁化通路を備える拡張垂直軸風車の関節案内翼の例示的な部分斜視図を示す。FIG. 1 shows an exemplary partial perspective view of an articulated guide vane of an extended vertical axis wind turbine with fin assemblies and cantilevered passages according to an aspect of the present invention. フィンアセンブリおよび片持ち梁化通路を備えない図1の関節案内翼の例示的な部分正面図を示す。2 illustrates an exemplary partial front view of the articulated guide vane of FIG. 1 without the fin assembly and cantilevered passages. 関節案内翼のフィンアセンブリおよび片持ち梁化通路が存在しない、本発明の一態様による拡張垂直軸風車の例示的な部分斜視図を示す。FIG. 1 shows an exemplary partial perspective view of an extended vertical axis wind turbine according to an aspect of the present invention, without the articulated guide vane fin assemblies and cantilevered passages. 関節案内翼のフィンアセンブリ、片持ち梁化通路、および羽根が存在しない、図3の拡張垂直軸風車の例示的な部分斜視図を示す。FIG. 4 shows an exemplary partial perspective view of the extended vertical axis wind turbine of FIG. 3 without the articulated guide vane fin assemblies, cantilevered passages, and blades. 図3の拡張垂直軸風車の支持構造体の部分斜視図を示す。FIG. 4 shows a partial perspective view of the support structure of the extended vertical axis wind turbine of FIG. 図5の支持構造体の一セグメントの部分斜視図を示す。FIG. 6 shows a partial perspective view of a segment of the support structure of FIG. 5 . 図3の拡張垂直軸風車のロータアセンブリの平面図を示す。FIG. 4 shows a plan view of the rotor assembly of the extended vertical axis wind turbine of FIG. 図7のロータアセンブリの斜視図を示す。FIG. 8 shows a perspective view of the rotor assembly of FIG. 7. 図5の支持構造体の内側回転要素の部分接写斜視図を示す。6 shows a partial close-up perspective view of an inner rotating element of the support structure of FIG. 5. FIG. 図7の上方内側案内レールを用いて構成される内側回転要素の部分正面図を示す。8 shows a partial front view of an inner rotating element configured using the upper inner guide rail of FIG. 7. フィンアセンブリを備え、片持ち梁化通路を備えない図1の関節案内翼の部分平面図を示す。2 shows a partial top view of the articulated guide vane of FIG. 1 with a fin assembly and without cantilevered passages. フィンアセンブリを備え、片持ち梁化通路を備えない図1の関節案内翼の別の部分平面図を示す。2 illustrates another partial top view of the articulated guide vane of FIG. 1 with a fin assembly and without cantilevered passages. フィンアセンブリおよび片持ち梁化通路の両方を備える図1の関節案内翼の部分平面図を示す。2 shows a partial plan view of the articulated guide vane of FIG. 1 with both the fin assembly and the cantilevered passageway. 2つの側面セグメントと接する1つの本体セグメントを備えた図1の関節案内翼を平面上に広げたときの羽根の部分平面図を示す。2 shows a partial plan view of the articulated guide vane of FIG. 1 with one body segment in contact with two side segments when the vane is spread out on a plane. フィンアセンブリを備え、片持ち梁化通路を備えない図1の関節案内翼の正面図を示す。FIG. 2 shows a front view of the articulated guide vane of FIG. 1 with a fin assembly and without cantilevered passages. それぞれの関節案内翼が風の全体的な方向に対して第1の全体配置(全体配置「A」)にあるときの、拡張垂直軸風車の平面視構成を示す。1 shows a plan view configuration of an extended vertical axis wind turbine when each articulated guide vane is in a first general configuration (general configuration "A") relative to the general direction of the wind. それぞれの関節案内翼が風の全体的な方向に対して第2の全体配置(全体配置「B」)にあるときの、拡張垂直軸風車の平面視構成を示す。1 shows a plan view configuration of an extended vertical axis wind turbine when each articulated guide vane is in a second global configuration (global configuration "B") relative to the general direction of the wind. それぞれの関節案内翼が風の全体的な方向に対して第3の全体配置(全体アセンブリ「A」および「B」のハイブリッド)にあるときの、拡張垂直軸風車の平面視構成を示す。10 shows a plan view configuration of an extended vertical axis wind turbine when each articulated guide vane is in a third overall configuration (a hybrid of overall assemblies "A" and "B") relative to the general direction of the wind.

この発明は、典型的な非拡張VAWTの電力出力を20倍以上増大させるため、ロータブレードのアセンブリに対する相対的速さおよび相対的迎え角を実質的に大きくすることによる関節案内翼の形態での拡張を提案する。より大きな拡張であれば、電力出力を50倍増大させることができる。この発明は、風の取り込みを拡大および最適化し、空気の気流、運動量、圧力、速度、および塊、風車全体の周りのロータブレードのアセンブリに対する迎え角、ならびにタービン全体の背後の圧力を管理するための付属品を備える関節案内翼アセンブリの使用を提案する。本発明の設計は、ロータブレードに対する風の運動エネルギーを増大させ、類似の大きさの非拡張VAWTによる電力出力を20倍~50倍増大させる。これは、95%の電力生成のコスト削減につながる可能性がある。より大きなモデルを実装して、より高い電力出力を供給してもよい。 This invention proposes an augmentation in the form of articulated guide vanes by substantially increasing the relative speed and relative angle of attack of the rotor blades relative to the assembly to increase the power output of a typical non-expanded VAWT by more than 20 times. Greater augmentation can increase power output by 50 times. This invention proposes the use of articulated guide vane assemblies with attachments to expand and optimize wind capture and manage airflow, momentum, pressure, velocity, and mass, angle of attack relative to the rotor blade assembly around the entire wind turbine, and pressure behind the entire turbine. The design of this invention increases the kinetic energy of the wind against the rotor blades, increasing power output by 20 to 50 times over a similarly sized non-expanded VAWT. This could lead to a 95% reduction in the cost of power generation. Larger models may be implemented to provide even higher power outputs.

図1~図18を参照して、本発明の例示的な一実施形態である拡張垂直軸風車20を以下に説明する。拡張垂直軸風車20は、支持構造体22、ロータアセンブリ24、および関節案内翼アセンブリ26を備えることが好ましい。拡張垂直軸風車20内で、支持構造体22は、第1の軸線28、および第1の軸線28と同一空間にある中央中空30を画定する。支持構造体22は、外側部分32、および中央中空30の外周を形成する内側部分34を有する。ロータアセンブリ24は、支持構造体22に可動連結され、中央中空30の外周に沿った第1の軸線28周りのロータアセンブリ24の回転変位を可能にするよう支持構造体22に支持されるように構成される。 With reference to Figures 1 to 18, an extended vertical axis wind turbine 20, an exemplary embodiment of the present invention, will now be described. The extended vertical axis wind turbine 20 preferably comprises a support structure 22, a rotor assembly 24, and an articulated guide vane assembly 26. Within the extended vertical axis wind turbine 20, the support structure 22 defines a first axis 28 and a central hollow 30 that is coextensive with the first axis 28. The support structure 22 has an outer portion 32 and an inner portion 34 that forms the outer periphery of the central hollow 30. The rotor assembly 24 is movably coupled to the support structure 22 and is configured to be supported by the support structure 22 to enable rotational displacement of the rotor assembly 24 about the first axis 28 along the outer periphery of the central hollow 30.

ロータアセンブリ24は、支持構造体22に可動連結されることが好ましい。というのも、それによってロータアセンブリ24の重量を支持構造体22の内側部分34全体に分配することが可能になるからである。これは、第1の軸線28と同一空間にあり、第1の軸線28と平行であり、ロータアセンブリ24の心棒として機能する中央の円柱部またはシャフト(図示せず)からロータアセンブリ24を支持すると、結果としてロータアセンブリ24の全重量が中央円柱部に集中するのとは対照的である。さらに、ロータアセンブリ24を中央円柱部から片持ち梁化すると、重量および慣性の偏心をもたらす可能性があり、使用中の不均一なまたは早期の摩損、ならびに当該中央円柱部におけるロータアセンブリ24の静的および動的な不均衡によって生じる不具合の一因となる場合がある。 The rotor assembly 24 is preferably movably coupled to the support structure 22 because this allows the weight of the rotor assembly 24 to be distributed throughout the inner portion 34 of the support structure 22. This contrasts with supporting the rotor assembly 24 from a central cylindrical portion or shaft (not shown) that is coplanar with and parallel to the first axis 28 and serves as the axle of the rotor assembly 24, which would result in the entire weight of the rotor assembly 24 being concentrated at the central cylindrical portion. Furthermore, cantilevering the rotor assembly 24 from the central cylindrical portion can result in eccentricities in weight and inertia that can contribute to uneven or premature wear during use and failures caused by static and dynamic imbalances of the rotor assembly 24 at the central cylindrical portion.

関節案内翼アセンブリ26を支持構造体22の外側部分32に連結することで、関節案内翼アセンブリ26が支持構造体22を取り囲むことが可能になる。関節案内翼アセンブリ26は、複数の関節案内翼36を備え、複数の関節案内翼36は、自身に衝突する流体をロータアセンブリ24に向けて案内することによって第1の軸線28周りにロータアセンブリ24を回転変位させるように配置可能である。次に、ロータアセンブリ24は、例えばオルタネータまたは類似のエネルギー変換システムの使用を通して、エネルギーを得ることができる。 The articulation guide vane assembly 26 is coupled to an outer portion 32 of the support structure 22, allowing the articulation guide vane assembly 26 to surround the support structure 22. The articulation guide vane assembly 26 includes a plurality of articulation guide vanes 36 that are positionable to rotationally displace the rotor assembly 24 about the first axis 28 by directing fluid impinging thereon toward the rotor assembly 24. The rotor assembly 24 can then harvest energy, for example through the use of an alternator or similar energy conversion system.

(支持構造体)
支持構造体22およびロータアセンブリ24のそれぞれは、第1の軸線に沿って第1の端部38と第2の端部40との間に延びる管形状を有することが好ましい。これにより、ロータアセンブリ24を支持構造体22と同心に構成することが可能になる。支持構造体22の組み立ておよびその後のメンテナンスを容易にするために、支持構造体22は、第1の軸線28周りに複数のセグメント42に分離され、複数のセグメント42のそれぞれは、第1の端部38と第2の端部40との間に延びる。複数のセグメント42のそれぞれは、構造的に独立しており、独立型トラス構造モジュールを形成するように組み立てられることが好ましい。複数のセグメント42のそれぞれは、恒久的に相互連結されたチャネル、管、シャフト、外形、またはこれらの任意の組み合わせから組み立てられることが好ましい。複数のセグメント42の相互連結は、接合、固定、例えばボルトおよびナット、ならびに溶接のうちの1つ、または2つ以上の組み合わせによって達成できる。その際、複数のセグメント42は、例えば溶接によって恒久的に、あるいは、例えば継ぎ手および留め具を用いることによって取り外し可能に、相互連結される。運送、組み立て、およびメンテナンスを簡単にするため、支持構造体22は複数のセグメント42のうちの6つを含み、これらから形成されることが好ましい。
(Support structure)
Each of the support structure 22 and the rotor assembly 24 preferably has a tubular shape extending between a first end 38 and a second end 40 along a first axis. This allows the rotor assembly 24 to be configured concentrically with the support structure 22. To facilitate assembly and subsequent maintenance of the support structure 22, the support structure 22 is separated about the first axis 28 into a plurality of segments 42, each extending between the first end 38 and the second end 40. Each of the plurality of segments 42 is preferably structurally independent and assembled to form a stand-alone truss structural module. Each of the plurality of segments 42 is preferably assembled from permanently interconnected channels, tubes, shafts, profiles, or any combination thereof. The interconnection of the plurality of segments 42 can be achieved by one or a combination of two or more of joining, fastening (e.g., bolts and nuts), and welding. In this regard, the plurality of segments 42 may be interconnected permanently, e.g., by welding, or removably, e.g., by using joints and fasteners. For ease of transportation, assembly, and maintenance, the support structure 22 preferably includes and is formed from six of the plurality of segments 42 .

支持構造体22は、自身の第1の端部38における上方環状構造体43aと、第2の端部40における下方環状構造体43bと、をさらに備えることが好ましい。支持構造体22は、上方環状構造体43aおよび下方環状構造体43bを上方環状構造体43aおよび下方環状構造体43bに対して空間的に相互にずらすための複数の棒43cを、さらに備える。 The support structure 22 preferably further comprises an upper annular structure 43a at its first end 38 and a lower annular structure 43b at its second end 40. The support structure 22 further comprises a plurality of rods 43c for spatially offsetting the upper annular structure 43a and the lower annular structure 43b relative to each other.

(ロータアセンブリ)
ロータアセンブリ24は、複数の内側案内レール44を備え、支持構造体22は、複数の内側案内レール44を動作的に補完するための複数の内側回転要素46を備える。複数の内側回転要素46は、それぞれが複数の内側案内レール44のうちの1つに対応する複数の内側経路を画定するように配置される。これにより、複数の内側案内レール44が複数の内側回転要素46と係合可能になることで、ロータアセンブリ24を支持構造体22に可動連結し、複数の内側案内レール44のそれぞれを複数の内側経路のうちの対応する1つに沿って進ませることが可能になる。
(Rotor Assembly)
The rotor assembly 24 includes a plurality of inner guide rails 44, and the support structure 22 includes a plurality of inner rotating elements 46 for operatively complementing the plurality of inner guide rails 44. The plurality of inner rotating elements 46 are arranged to define a plurality of inner paths, each corresponding to one of the plurality of inner guide rails 44. This allows the plurality of inner guide rails 44 to be engageable with the plurality of inner rotating elements 46, thereby movably connecting the rotor assembly 24 to the support structure 22 and allowing each of the plurality of inner guide rails 44 to travel along a corresponding one of the plurality of inner paths.

複数の内側案内レール44は、相互連結されて剛直な本体を形成する。複数の内側回転要素46のそれぞれは、支持構造体22の内側部分に連結された心棒にブッシュおよびベアリングのうちの1つとともに配置されたポリマー車輪、エラストマー車輪、および金属車輪のうちの1つであることが好ましい。複数の内側回転要素46のそれぞれは、耐摩耗性ゴムもしくは金属の層、ボールベアリングもしくはローラベアリングのアセンブリ、ならびにゴム層およびベアリングアセンブリに接するエラストマー層を備えることがさらに好ましい。複数の内側回転要素46は、複数の内側経路のうちの対応する1つを横断する複数の内側案内レール44のそれぞれの動きを実質的に妨げるように配置されることがさらに好ましい。 The multiple inner guide rails 44 are interconnected to form a rigid body. Each of the multiple inner rolling elements 46 is preferably one of a polymer wheel, an elastomeric wheel, and a metal wheel disposed with one of a bushing and a bearing on a mandrel connected to the inner portion of the support structure 22. More preferably, each of the multiple inner rolling elements 46 includes a layer of wear-resistant rubber or metal, a ball bearing or roller bearing assembly, and an elastomeric layer in contact with the rubber layer and bearing assembly. More preferably, the multiple inner rolling elements 46 are positioned to substantially prevent movement of each of the multiple inner guide rails 44 across a corresponding one of the multiple inner paths.

複数の内側案内レール44のそれぞれは、無端円形ループを形成するように形成された1つまたは複数の長手管状セグメントから形成されることが好ましい。支持構造体22とロータアセンブリ24との間の遊びおよび捻じれ歪みを低減するために、複数の内側案内レール44は、少なくとも上方内側案内レール50および下方内側案内レール52にグループ分けされ、互いから空間的にずれている。上方内側案内レール50は、ロータアセンブリ24の第1の端部38に向かって配置されている複数の内側案内レール44のうちの少なくとも1つを備え、下方内側案内レール52は、ロータアセンブリ24の第2の端部40に向かって配置されている複数の内側案内レール44のうちの少なくとも1つを備える。追加のグループの複数の内側案内レール44を使用して上方内側案内レール50と下方内側案内レール52との間に配置してもよい。 Each of the plurality of inner guide rails 44 is preferably formed from one or more longitudinal tubular segments formed to form an endless circular loop. To reduce play and torsional distortion between the support structure 22 and the rotor assembly 24, the plurality of inner guide rails 44 are grouped into at least an upper inner guide rail 50 and a lower inner guide rail 52, which are spatially offset from one another. The upper inner guide rail 50 comprises at least one of the plurality of inner guide rails 44 disposed toward the first end 38 of the rotor assembly 24, and the lower inner guide rail 52 comprises at least one of the plurality of inner guide rails 44 disposed toward the second end 40 of the rotor assembly 24. Additional groups of the plurality of inner guide rails 44 may be used and positioned between the upper inner guide rail 50 and the lower inner guide rail 52.

複数の内側経路のそれぞれは、実質的に平面状であり、複数の回転要素の集合54によって画定されることが好ましい。回転要素の集合54のそれぞれは、複数の内側回転要素46のうちの少なくとも1つを備える。上方内側案内レール50および下方内側案内レール52のそれぞれは、内側案内レール44によって形成される空間的にずれた2つの円およびこれらの円の間に延びる締め具を含む端面視断面を有することが好ましい。締め具が水平位置に配置された状態では、断面は、締め具の両端に配置されている左側円および右側円を示す。回転要素の集合54のそれぞれは、6つの回転要素を有し、3つが6時、9時、および12時の位置で左側円と境接するように配置される一方、別の3つは12時、3時、および6時の位置で右側円と境接することが好ましい。それぞれの回転要素の集合54のこの構成により、複数の内側経路のそれぞれを横断する断平面全体にわたる上方内側案内レール50および下方内側案内レール52のそれぞれの動きは大幅に低減されるが、複数の内側経路に沿った断平面への変位は依然として許容される。 Each of the plurality of inner paths is preferably substantially planar and defined by a plurality of sets of rotating elements 54. Each of the sets of rotating elements 54 includes at least one of the plurality of inner rotating elements 46. Each of the upper inner guide rail 50 and the lower inner guide rail 52 preferably has an end cross-section including two spatially offset circles formed by the inner guide rails 44 and the fastener extending between them. With the fastener positioned in a horizontal position, the cross-section shows left and right circles located at opposite ends of the fastener. Each of the sets of rotating elements 54 preferably has six rotating elements, three positioned to abut the left circle at the 6, 9, and 12 o'clock positions, while another three abut the right circle at the 12, 3, and 6 o'clock positions. This configuration of each set of rotating elements 54 significantly reduces movement of each of the upper inner guide rail 50 and the lower inner guide rail 52 across a cross-sectional plane intersecting each of the multiple inner paths, while still allowing displacement into the cross-sectional plane along the multiple inner paths.

線形オルタネータは、ロータアセンブリ24および支持構造体22に連結され、ロータアセンブリ24および支持構造体22の間に介在するように構成されて、線形オルタネータが、ロータアセンブリ24と支持構造体22の間の相対変位から電力を生成することが好ましい。 The linear alternator is preferably coupled to the rotor assembly 24 and the support structure 22 and configured to be interposed between the rotor assembly 24 and the support structure 22, such that the linear alternator generates electrical power from the relative displacement between the rotor assembly 24 and the support structure 22.

(ロータブレード)
ロータアセンブリ24は、上方内側案内レール50と下方内側案内レール52との間に延びる複数のロータブレード58を備える。複数のロータブレード58のそれぞれは、自身の長さに沿ってロータ軸線60を画定する。複数のロータブレード58のそれぞれのロータ軸線60は、第1の軸線28と実質的に平行である。複数のロータブレード58のそれぞれは、実質的に剛直であり、塑性変形に達することなく拡張垂直軸風車20の定格の屈曲および捻じれに耐えるのに十分な強度を有する。
(Rotor blades)
The rotor assembly 24 includes a plurality of rotor blades 58 extending between the upper inner guide rail 50 and the lower inner guide rail 52. Each of the plurality of rotor blades 58 defines a rotor axis 60 along its length. The rotor axis 60 of each of the plurality of rotor blades 58 is substantially parallel to the first axis 28. Each of the plurality of rotor blades 58 is substantially rigid and has sufficient strength to withstand the rated bending and torsion of the extended vertical axis wind turbine 20 without reaching plastic deformation.

複数のロータブレード58のそれぞれは、単一の構造部品から形成される。あるいは、複数のロータブレード58のそれぞれは、複数の相互連結された構造セグメントから形成される。複数のロータブレードのそれぞれは、上方内側案内レール50および下方内側案内レール52に回転可能に連結されて、複数のロータブレードのそれぞれが自身のロータ軸線周りに回転変位することを可能にする。 Each of the plurality of rotor blades 58 is formed from a single structural component. Alternatively, each of the plurality of rotor blades 58 is formed from a plurality of interconnected structural segments. Each of the plurality of rotor blades is rotatably coupled to the upper inner guide rail 50 and the lower inner guide rail 52, allowing each of the plurality of rotor blades to be rotationally displaced about its own rotor axis.

複数のロータブレード58のそれぞれで、上方ロータ継ぎ手62がロータブレード58の一方の端部を上方内側案内レール50に連結する一方、下方ロータ継ぎ手はロータブレード58の他方の端部を下方内側案内レール52に連結する。 For each of the multiple rotor blades 58, an upper rotor joint 62 connects one end of the rotor blade 58 to the upper inner guide rail 50, while a lower rotor joint connects the other end of the rotor blade 58 to the lower inner guide rail 52.

(関節案内翼アセンブリ)
関節案内翼アセンブリ26が複数の外側案内レールを備える一方、支持構造体22は複数の外側回転要素を備え、複数の外側回転要素のそれぞれは、複数の外側案内レールのうちの1つに対応し、複数の外側案内レールのうちの1つを自身に沿って通す複数の外側経路を画定するように配置される。使用時に、複数の外側案内レールは、複数の外側回転要素と係合することによって関節案内翼アセンブリ26を支持構造体22に可動連結し、複数の外側案内レールのそれぞれが複数の外側経路のうちの対応する1つに沿って進むことを可能にする。
(Articulated Guide Wing Assembly)
The articulation guide vane assembly 26 includes a plurality of outer guide rails, while the support structure 22 includes a plurality of outer rotation elements, each of which corresponds to one of the plurality of outer guide rails and is arranged to define a plurality of outer paths along which one of the plurality of outer guide rails passes. In use, the plurality of outer guide rails movably connect the articulation guide vane assembly 26 to the support structure 22 by engaging the plurality of outer rotation elements, allowing each of the plurality of outer guide rails to travel along a corresponding one of the plurality of outer paths.

複数の外側案内レールは、相互連結されて剛直な本体を形成する。複数の外側回転要素のそれぞれは、支持構造体22の内側部分に連結された心棒にブッシュおよびベアリングのうちの1つとともに配置されたポリマー車輪、エラストマー車輪、および金属車輪のうちの1つであることが好ましい。複数の外側回転要素のそれぞれは、耐摩耗性ゴムもしくは金属の層、ボールベアリングもしくはロールベアリングのアセンブリ、ならびにゴム層およびベアリングアセンブリに接するエラストマー層を備えることがさらに好ましい。複数の外側回転要素は、複数の外側経路のうちの対応する1つを横断する複数の外側案内レールのそれぞれの動きを実質的に妨げるように配置されることが、さらに好ましい。 The multiple outer guide rails are interconnected to form a rigid body. Each of the multiple outer rolling elements is preferably one of a polymer wheel, an elastomeric wheel, and a metal wheel disposed with one of a bushing and a bearing on a mandrel connected to the inner portion of the support structure 22. More preferably, each of the multiple outer rolling elements comprises a layer of wear-resistant rubber or metal, a ball bearing or roll bearing assembly, and an elastomeric layer in contact with the rubber layer and bearing assembly. More preferably, the multiple outer rolling elements are positioned to substantially prevent movement of each of the multiple outer guide rails across a corresponding one of the multiple outer paths.

複数の外側案内レールのそれぞれは、無端円形ループを形成する形状の1つまたは複数の長手管状セグメントから形成されることが好ましい。支持構造体22と関節案内翼アセンブリ26との間の遊びおよび捻じれ歪みを低減するために、複数の外側案内レールは、少なくとも上方外側案内レールおよび下方外側案内レールにグループ分けされ、互いから空間的にずれている。上方外側案内レールは、支持構造体22の第1の端部38に向かって配置されている複数の外側案内レールのうちの少なくとも1つを備える一方、下方外側案内レールは、支持構造体22の第2の端部40に向かって配置されている複数の内側案内レールのうちの少なくとも1つを備える。追加のグループの複数の外側案内レールを使用して上方外側案内レールと下方外側案内レールとの間に配置してもよい。 Each of the plurality of outer guide rails is preferably formed from one or more longitudinal tubular segments shaped to form an endless circular loop. To reduce play and torsional distortion between the support structure 22 and the articulated guide vane assembly 26, the plurality of outer guide rails are grouped into at least upper and lower outer guide rails, which are spatially offset from one another. The upper outer guide rail comprises at least one of the plurality of outer guide rails disposed toward the first end 38 of the support structure 22, while the lower outer guide rail comprises at least one of the plurality of inner guide rails disposed toward the second end 40 of the support structure 22. Additional groups of the plurality of outer guide rails may be used and positioned between the upper and lower outer guide rails.

関節案内翼アセンブリ26は、上方外側案内レールおよび下方外側案内レールのうち隣接する1つの弓状物に沿って延びる外側ラック、ならびに外側アクチュエータを備える。外側ラックは、ピニオン、かさ歯車、およびウォーム歯車のうち外側アクチュエータによって駆動される1つと係合可能であることで、第1の軸線28周りに関節案内翼アセンブリ26の角度位置決めを行うための外側アクチュエータによる制御を可能にする。あるいは、第1の軸線28周りに関節案内翼アセンブリ26の角度位置決めを行うために、外側アクチュエータによって駆動される線形変位段を使用してもよい。 The articulation guide vane assembly 26 includes an outer rack extending along an arc of an adjacent one of the upper and lower outer guide rails, and an outer actuator. The outer rack is engageable with one of a pinion, a bevel gear, and a worm gear driven by the outer actuator, thereby enabling control by the outer actuator for angular positioning of the articulation guide vane assembly 26 about the first axis 28. Alternatively, a linear displacement stage driven by the outer actuator may be used to angularly position the articulation guide vane assembly 26 about the first axis 28.

関節案内翼アセンブリ26は、複数の外側案内レールを相互連結して上方外側案内レールを下方外側案内レールから空間的にずらす外側フレーム94をさらに備える。外側フレーム94は、外側構造体の少なくとも一部を内側に囲うように構成される複数の相互連結された構造セグメントから形成されることが好ましい。複数の関節案内翼26は、外側フレーム94に回転可能に連結され、第1の軸線28周りに空間的に分散されている。ラックおよびピニオンのアセンブリは、第1の軸線28周りに関節案内翼アセンブリ26の角度位置決めを行うために外側フレーム94に連結されてもよい。 The articulation guide vane assembly 26 further includes an outer frame 94 interconnecting the outer guide rails and spatially offsetting the upper outer guide rail from the lower outer guide rail. The outer frame 94 is preferably formed from a plurality of interconnected structural segments configured to internally enclose at least a portion of the outer structure. The articulation guide vanes 26 are rotatably coupled to the outer frame 94 and spatially distributed about the first axis 28. A rack and pinion assembly may be coupled to the outer frame 94 to angularly position the articulation guide vane assembly 26 about the first axis 28.

(リグ構造体)
複数の関節案内翼36のそれぞれは、ロータアセンブリ24および羽根128を用いて構成可能なリグ構造体126を備える。リグ構造体26は、自身の両端を形成する内側部分130および外側部分132を有する。リグ構造体126の内側部分130は、リグ構造体126の外側部分132よりもロータアセンブリ24の近くに配置される。リグ構造体126は、リグ平面134および翼軸線135を画定する。リグ平面134がロータアセンブリ24とともに確立する角度は、翼軸線135周りに変更可能である。羽根128は、リグ構造体126に連結されることで、衝突流体の流れに溝136を提供する形状になっている。衝突流体は、風、水、または任意の種類の流体のうちの1つまたは組み合わせであってもよい。この例示的な実装形態では、流体は空気、より具体的には風と解釈される。
(Rig structure)
Each of the plurality of articulated guide vanes 36 includes a rig structure 126 that can be configured with a rotor assembly 24 and a vane 128. The rig structure 26 has an inner portion 130 and an outer portion 132 that form opposite ends of the rig structure 26. The inner portion 130 of the rig structure 126 is positioned closer to the rotor assembly 24 than the outer portion 132 of the rig structure 126. The rig structure 126 defines a rig plane 134 and a vane axis 135. The angle that the rig plane 134 establishes with the rotor assembly 24 is variable about the vane axis 135. The vane 128 is shaped to couple to the rig structure 126 to provide a channel 136 for the flow of impingement fluid. The impingement fluid may be one or a combination of wind, water, or any type of fluid. In this exemplary implementation, the fluid is interpreted as air, or more specifically, wind.

羽根128は、可撓性材料から形成されて、衝突流体による溝136の変位をリグ平面134全体にわたって可能にする。溝136は、リグ平面134から画定される深さ140を有する。羽根128は、リグ構造体126の外側部分132から内側部分130に向かって延び、排出口144が画定される内縁142で終端する。羽根128に衝突する流体は、溝136に集められ、排出口144からロータアセンブリ24に向かうように方向転換される。 The vanes 128 are formed from a flexible material to allow the impinging fluid to displace the grooves 136 across the rig plane 134. The grooves 136 have a depth 140 defined from the rig plane 134. The vanes 128 extend from the outer portion 132 toward the inner portion 130 of the rig structure 126 and terminate at an inner edge 142 that defines an outlet 144. Fluid impinging on the vanes 128 is collected in the grooves 136 and redirected from the outlet 144 toward the rotor assembly 24.

リグ構造体126は、リグ構造体126の内側部分130に構成される一対のリグ継ぎ手148、ならびに一対のリグ継ぎ手148から延びる一対の柱、具体的には第1の柱150および第2の柱152を備える。一対のリグ継ぎ手148は、リグ構造体126を支持構造体22、好ましくは支持構造体22の外側フレーム94に回転連結して、翼軸線135周りにかつ支持構造体22に対して関節案内翼を枢支することを可能にするためのものである。 The rig structure 126 includes a pair of rig joints 148 configured on the inner portion 130 of the rig structure 126, and a pair of columns extending from the pair of rig joints 148, specifically a first column 150 and a second column 152. The pair of rig joints 148 rotationally connect the rig structure 126 to the support structure 22, preferably the outer frame 94 of the support structure 22, to enable pivoting of the articulated guide vane about the wing axis 135 and relative to the support structure 22.

棒43c、第1の柱150、および第2の柱152のそれぞれは、トラス構造体から形成されることが好ましい。しかし、中実芯、中空芯、またはフレームベースの構造を有する他の種類の細長い構造体の使用も、棒43c、第1の柱150、および第2の柱152を形成または組み立てる際に使用することを妨げられない。例えば、第1の柱150および第2の柱152のそれぞれは、三角形の断面形状を有する管状シャフトまたはトラス構造体から形成される。 Each of the rod 43c, the first column 150, and the second column 152 is preferably formed from a truss structure. However, other types of elongated structures having solid cores, hollow cores, or frame-based structures are not precluded from being used in forming or assembling the rod 43c, the first column 150, and the second column 152. For example, each of the first column 150 and the second column 152 may be formed from a tubular shaft or truss structure having a triangular cross-sectional shape.

羽根128は、第1の柱150および第2の柱152にそれぞれ連結された上縁156および下縁158を有する。羽根128は、第1の柱150および第2の柱152に摺動可能に連結されることが好ましい。これにより、リグ構造体126の外側部分132に向かう伸張状態から格納状態に羽根128を折り畳むことが可能になる。第1の柱150および第2の柱152のそれぞれは、屈曲を可能にするように組み立てられることが好ましい。したがって、トラス構造体の代替形態として、第1の柱150および第2の柱152は、第1の柱150および第2の柱152の揺動を可能にするため、H形/I形鋼梁、細長複合材料、または類似の構造体で組み立て可能である。 The vane 128 has an upper edge 156 and a lower edge 158 connected to the first and second pillars 150 and 152, respectively. The vane 128 is preferably slidably connected to the first and second pillars 150 and 152, allowing the vane 128 to fold from an extended state toward the outer portion 132 of the rig structure 126 to a retracted state. Each of the first and second pillars 150 and 152 is preferably constructed to allow bending. Thus, as an alternative to a truss structure, the first and second pillars 150 and 152 can be constructed of H-beams/I-beams, elongated composite materials, or similar structures to allow the first and second pillars 150 and 152 to swing.

第1の柱150および第2の柱152のそれぞれは、プーリーラインアセンブリを備え、プーリーラインアセンブリを使用して、伸張状態と折り畳み状態との間で羽根128の展開を制御できる。プーリーラインアセンブリは、それぞれのプーリーラインアセンブリに動きを伝えるように動作可能な独立した上方クランクおよび下方クランクまたは共通クランクに連結することができる。クランクは、手動であってもよく、またはモータに連結して動作させることもできる。 Each of the first and second columns 150 and 152 includes a pulley line assembly that can be used to control the deployment of the vanes 128 between an extended state and a folded state. The pulley line assemblies can be connected to separate upper and lower cranks or a common crank operable to impart motion to the respective pulley line assemblies. The cranks can be manual or can be connected to a motor for operation.

(マンドレルによる畳み込み)
リグ構造体126は、リグ構造体126の外側部分132に向かって畳み込まれる際に羽根128を受容するため、リグ構造体126の外側部分132に沿って形成された締め具構造体160およびマンドレル162をさらに備える。マンドレル162は、第1の柱150および第2の柱に沿って羽根128を摺動させてマンドレル162に格納する間、複数の関節案内翼36のそれぞれが動作を停止することを可能にする。締め具構造体160は、実質的にC字チャネルであり、C字チャネルの開口部がリグ構造体126の内側部分130に向くように配置されることが好ましい。さらに、C字チャネルは、内部に格納された羽根128を流体に関連する脅威から遮蔽するために内部にマンドレル162を収容する形状および大きさになっている。締め具構造体160は、リグ構造体126の外側部分132における第1の柱150と第2の柱152との間の距離を画定する。これにより、第1の柱150および第2の柱152がリグ構造体126の内側部分130から外側部分132に向かって空間的に分岐すること、または外側に末広になることが、可能になる。その結果として、リグ構造体126の外側部分132における第1の柱150と第2の柱152との間の距離は、リグ構造体126の内側部分130における第1の柱150と第2の柱152との間の距離より大きい。羽根128は、可撓性材料、例えば織物、デニム生地、ポリマーメッシュ、セルロースメッシュ、金属メッシュ、またはこれらの任意の組み合わせから形成される。羽根128が伸張状態にあるとき、リグ構造体126の内側部分130に近いほど溝136の深さ140は増大する。
(Folding with a mandrel)
The rig structure 126 further includes a fastener structure 160 and a mandrel 162 formed along the outer portion 132 of the rig structure 126 to receive the vanes 128 as they are folded toward the outer portion 132 of the rig structure 126. The mandrel 162 allows each of the plurality of articulated guide vanes 36 to stop moving while the vanes 128 slide along the first and second posts 150 and are stored in the mandrel 162. The fastener structure 160 is preferably substantially a C-channel and is positioned such that an opening of the C-channel faces toward the inner portion 130 of the rig structure 126. Furthermore, the C-channel is shaped and sized to receive the mandrel 162 therein to shield the vanes 128 stored therein from fluid-related threats. The fastener structure 160 defines a distance between the first and second posts 150, 152 at the outer portion 132 of the rig structure 126. This allows the first and second posts 150, 152 to spatially diverge or diverge outward from the inner portion 130 toward the outer portion 132 of the rig structure 126. As a result, the distance between the first and second posts 150, 152 at the outer portion 132 of the rig structure 126 is greater than the distance between the first and second posts 150, 152 at the inner portion 130 of the rig structure 126. The vanes 128 are formed from a flexible material, such as a woven fabric, denim fabric, polymer mesh, cellulose mesh, metal mesh, or any combination thereof. When the vanes 128 are in an extended state, the depth 140 of the grooves 136 increases closer to the inner portion 130 of the rig structure 126.

(羽根)
羽根128は、リグ構造体126の内側部分130と外側部分132との間に延びる本体セグメント164、ならびに、一対の柱150/152のそれぞれに連結するために羽根128の本体セグメント164の対向する辺167から延びる2つの側面セグメント166を備える。好ましくは、羽根128の本体セグメント164は、実質的に平面で実質的に硬く、羽根128に衝突する流体は、溝136に集められ、そこから放出するための排出口144からロータアセンブリ24に向かうように方向転換される。ロータアセンブリ24に向けられる流体の質量流量および流れ方向のうちの少なくとも1つは、角度、具体的には翼軸線135周りのリグ平面134とロータアセンブリ24との間の翼角174によって決定される。本体セグメント164および2つの側面セグメント166のそれぞれは、実質的に直線的な形状であることが好ましい。羽根128は、マンドレル162に畳み込まれて格納される際に羽根128が崩れるのを最小限にするために、実質的に矩形または四角形の形状を有することが好ましい。リグ構造体126の外側部分132および内側部分130で第1の柱150と第2の柱152との間の距離に差があることにより、本体セグメント164と両方の側面セグメント166との間をつなぐ領域に羽根128が形作られ折り畳まれて、排出口144を形成して形作ることが可能になる。
(feather)
The blade 128 includes a body segment 164 extending between the inner portion 130 and the outer portion 132 of the rig structure 126, and two side segments 166 extending from opposite sides 167 of the body segment 164 of the blade 128 for connection to each of the pair of posts 150/152. Preferably, the body segment 164 of the blade 128 is substantially planar and substantially rigid, such that fluid impinging on the blade 128 is collected in the groove 136 and redirected from the outlet 144 for discharge toward the rotor assembly 24. At least one of the mass flow rate and flow direction of the fluid directed toward the rotor assembly 24 is determined by an angle, specifically a blade angle 174, between the rig plane 134 and the rotor assembly 24 about the blade axis 135. Preferably, the body segment 164 and each of the two side segments 166 are substantially linear in shape. The vanes 128 preferably have a substantially rectangular or square shape to minimize collapse of the vanes 128 when folded and stored on the mandrel 162. The difference in distance between the first posts 150 and second posts 152 in the outer and inner portions 132, 130 of the rig structure 126 allows the vanes 128 to shape and fold in the transition areas between the main body segment 164 and both side segments 166 to form and shape the outlet 144.

リグ構造体126は、溝136を形成するために羽根128とともに形成された複数の補強材をさらに備える。本体セグメント164および2つの側面セグメント166を実質的に直線的に形成すること、ならびに複数の補強材を用いること、の少なくとも一方により、使用時に本体セグメント164を実質的に剛直かつ平面に保持することが可能になる。複数の補強材のそれぞれは細長く、羽根128の中間セグメント170に沿ってリグ構造体126の外側部分132から内側部分130に向かって空間的に相互にずれている。複数の補強材のそれぞれは、リグ構造体126の外側部分132と内側部分130との間に延びている。複数の補強材のそれぞれは、羽根128の中間セグメント170を収納し屈曲させるため、弾性的に付勢されるように形作られ形成される。さらに、複数の補強材が配置されて自身に平行な折り畳み線を画定し、その上に衝突する流体に提供されると、羽根128が折り畳み線に沿って実質的に捻じれ、羽根128の溝140をさらに形成することを可能にする。 The rig structure 126 further includes a plurality of stiffeners formed with the vane 128 to define the groove 136. Forming the body segment 164 and the two side segments 166 substantially linearly and/or using a plurality of stiffeners allows the body segment 164 to remain substantially rigid and planar during use. Each of the plurality of stiffeners is elongated and spatially offset from one another along the intermediate segment 170 of the vane 128 from the outer portion 132 toward the inner portion 130 of the rig structure 126. Each of the plurality of stiffeners extends between the outer portion 132 and the inner portion 130 of the rig structure 126. Each of the plurality of stiffeners is shaped and formed to be resiliently biased to accommodate and flex the intermediate segment 170 of the vane 128. Additionally, the plurality of stiffeners are arranged to define parallel fold lines thereon, allowing the vanes 128 to substantially twist along the fold lines when subjected to fluid impinging thereon, further forming grooves 140 in the vanes 128.

第1の柱150および第2の柱152のそれぞれは、第1の柱150および第2の柱152のそれぞれから外側に延びてリグ平面134に対して傾いた羽根128の一部に張り出す一対の片持ち梁化通路172を備える。第1の柱150および第2の柱152のそれぞれにおける一対の片持ち梁化通路172は、一対の柱150/152全体にわたって羽根からの流体漏出を低減するようになっている。 Each of the first and second pillars 150 and 152 includes a pair of cantilevered passages 172 that extend outward from the first and second pillars 150 and 152, respectively, and overhang a portion of the vane 128 that is angled relative to the rig plane 134. The pair of cantilevered passages 172 in each of the first and second pillars 150 and 152 is designed to reduce fluid leakage from the vane across the entire pair of pillars 150/152.

第1の柱150および第2の柱152が一対のリグ継ぎ手で外側フレーム94に回転可能に連結されることで、ロータアセンブリ24を基準にして翼軸線135周りのリグ平面34の翼角174を変更することが可能になる。翼軸線135は、一対のリグ継ぎ手148に実質的に隣接して、または同一空間内に、画定される。具体的には、翼角174は、ロータアセンブリ24の外周に外接する基準円の正接を基準とする。リグ構造体126は、一対のクロスバー176、アクチュエータ、例えばリニアモータおよび回転モータ、ならびに連結アセンブリを備え、翼軸線135周りで第1の柱150および第2の柱152に変位を伝える。クロスバー176のそれぞれは、一対の柱の一方に実質的に直交して配置されるように構成され、一対の柱の両端は、翼軸線135周りで一対の柱の角度位置決めをアクチュエータによって制御するために連結アセンブリによってアクチュエータに連結される。連結アセンブリは、一対のクロスバー176を介してアクチュエータならびに第1の柱150および第2の柱152の間に介在するプーリーアセンブリ、並進リンク機構、および複数の歯車のうちの少なくも1つである。また、クロスバー176は、自身のそれぞれの両端を外側フレーム94または外側フレーム94の境接面と境接させる大きさおよび配置とされて、翼軸線135周りのリグ構造体126の角変位を制限し、ひいては使用時において隣接する関節案内翼36間の衝突を防止する。 The first and second pillars 150, 152 are rotatably coupled to the outer frame 94 by a pair of rig joints, enabling the blade angle 174 of the rig plane 34 about the blade axis 135 relative to the rotor assembly 24 to be varied. The blade axis 135 is defined substantially adjacent to or within the same space as the pair of rig joints 148. Specifically, the blade angle 174 is referenced to the tangent of a reference circle circumscribing the outer periphery of the rotor assembly 24. The rig structure 126 includes a pair of crossbars 176, actuators, e.g., linear and rotary motors, and linkage assemblies, which transmit displacement to the first and second pillars 150, 152 about the blade axis 135. Each of the crossbars 176 is configured to be positioned substantially perpendicular to one of the pair of pillars, and both ends of the pair of pillars are coupled to actuators by the linkage assemblies for controlling the angular positioning of the pair of pillars about the blade axis 135 by the actuators. The linkage assembly is at least one of a pulley assembly, a translation linkage, and a plurality of gears that are interposed between the actuator and the first and second pillars 150, 152 via a pair of crossbars 176. The crossbars 176 are sized and positioned so that their respective ends abut the outer frame 94 or an abutting surface of the outer frame 94, thereby limiting angular displacement of the rig structure 126 about the wing axis 135 and thereby preventing collision between adjacent articulated guide vanes 36 during use.

(フィンアセンブリ)
リグ構造体は、リグ構造体26の外側部分32に隣接する一対の柱150/152の間に延びるフィンアセンブリ182をさらに備えることが好ましい。フィンアセンブリ182は、リグ構造体126の内側部分130の外側に向く外面184と、羽根への流体の案内およびフィンアセンブリ182全体にわたる羽根128からの流体の漏出低減のうちの少なくとも一方のためにリグ平面134との勾配をそれぞれが形成する2つの内面186と、を有することが好ましい。フィンアセンブリ182の内面186は、平面状および湾曲状の一方であることが好ましい。フィンアセンブリ182は、締め具構造体160のC字チャネルと一体に形成されることが好ましい。
(Fin assembly)
The rig structure preferably further includes a fin assembly 182 extending between a pair of posts 150/152 adjacent the outer portion 32 of the rig structure 26. The fin assembly 182 preferably has an outer surface 184 facing outward from the inner portion 130 of the rig structure 126 and two inner surfaces 186, each of which forms a slope with the rig plane 134 for at least one of directing fluid to the vanes and reducing fluid leakage from the vanes 128 across the fin assembly 182. The inner surfaces 186 of the fin assembly 182 are preferably one of planar and curved. The fin assembly 182 is preferably formed integrally with the C-channel of the fastener structure 160.

一実装形態では、関節案内翼アセンブリ26は、支持構造体22に対して第1の軸線28周りに回転変位可能ではない。他の実装形態では、関節案内翼アセンブリ26は、支持構造体22に対して第1の軸線28周りに回転変位可能になるように適合させることができる。 In one implementation, the articulation guide vane assembly 26 is not rotationally displaceable about the first axis 28 relative to the support structure 22. In another implementation, the articulation guide vane assembly 26 may be adapted to be rotationally displaceable about the first axis 28 relative to the support structure 22.

(例示的な実装形態)
本発明の例示的な一実装形態では、基本的な関節案内翼アセンブリ26は、上部および底部に水平構造部材を備え、一対の水平案内翼を第1の柱150および第2の柱152から適合させる。一式の水平案内翼は、垂直中心軸、具体的には第1の軸線28周りに回転するロータブレード58のアセンブリを収容する支持構造体22に枢支される。関節案内翼アセンブリ28の枢支端には、業界標準の装置、例えば油圧ドラムもしくはウィンチが設けられ、関節案内翼アセンブリ28を関節接合し、または左から右にヨーイングさせて、最善の迎え角を達成する。
Illustrative Implementation
In one exemplary implementation of the present invention, the basic articulated guide vane assembly 26 includes horizontal structural members at the top and bottom, with a pair of horizontal guide vanes fitting from a first column 150 and a second column 152. The set of horizontal guide vanes is pivotally mounted to a support structure 22 that houses an assembly of rotor blades 58 that rotates about a vertical central axis, specifically a first axis 28. The pivoted ends of the articulated guide vane assembly 28 are provided with industry-standard devices, such as a hydraulic drum or winch, to articulate or yaw the articulated guide vane assembly 28 from left to right to achieve the best angle of attack.

上部および底部の一対の水平案内翼の間には、羽根128が吊るされる。羽根128は、UV抵抗性の羽根128布で構成されることが好ましいが、羽根128布に限定されない。変形例には、金属性材料または複合材料が含まれ得る。羽根128は、シャベル(scoop)のような形状に設計され、外端はタイトで、ロータアセンブリ24に近い開口部には排出口を備える。羽根128は、展開または格納できる。必要であれば、所望に応じてロータアセンブリ24の近くに羽根128を引き寄せてもよい。必要でなければ、羽根128を引き抜くか、筐体内に畳み込み、回転マンドレルで羽根128布を巻き取って締め具構造体160のC字チャネルから適合された羽根ブーム筐体に収納する。 A vane 128 is suspended between a pair of horizontal guide vanes at the top and bottom. The vane 128 is preferably constructed of a UV-resistant vane 128 fabric, but is not limited to such fabric. Alternative materials may include metallic or composite materials. The vane 128 is designed in a scoop-like shape, with a tight outer end and a discharge opening at the opening near the rotor assembly 24. The vane 128 can be deployed or retracted. If necessary, the vane 128 can be retracted closer to the rotor assembly 24 as desired. If not needed, the vane 128 can be withdrawn or folded into a housing, and the vane 128 fabric is wound on a rotating mandrel and stored in an adapted vane boom housing through a C-channel in the fastener structure 160.

羽根128は、真っすぐな背面外形を有し、羽根128から流れて排出口を出る空気の塊の運動量を最大限にする滑り効果を創出するように設計される。というのも、これによってロータアセンブリ24への気流の速度が増大するからである。 The vanes 128 have a straight rear profile and are designed to create a slip effect that maximizes the momentum of the air parcels flowing from the vanes 128 and exiting the exhaust, as this increases the velocity of the airflow into the rotor assembly 24.

風の取り込みを最大限にするために、それぞれの関節案内翼アセンブリ28は、水平案内翼に沿って両側で水平に延びる片持ち梁化通路を使用し、水平案内翼全体にわたって流れる空気に対する抵抗を提供する。片持ち梁化通路は、本質的に、風の取り込みを効果的に向上させる深さを羽根128に加える。風取り込み面積が大きいほど気流の塊と運動量は大きくなり、ロータアセンブリ24に向かう空気の速度が高くなる。ロータブレードに向かう空気の速度が高くなるほど生成される揚力は大きくなり、したがって、たとえ風の速さが低くても、より多くの電力がもたらされる。 To maximize wind capture, each articulated guide vane assembly 28 uses cantilevered passages that extend horizontally on both sides along the horizontal guide vane, providing resistance to the air flowing across the horizontal guide vane. The cantilevered passages essentially add depth to the vanes 128, effectively improving wind capture. The greater the wind capture area, the greater the mass and momentum of the airflow, resulting in a higher air velocity toward the rotor assembly 24. The higher the air velocity toward the rotor blades, the greater the lift generated, and therefore, more power, even in low wind speeds.

別の実施形態は、上部水平案内翼の外端から底部水平案内翼の外端までの全長に延びている案内翼外側フィンアセンブリ182である。フィンアセンブリ内には「C字」の区域があり、上部外側案内翼および底部外側案内翼の両方を接続している。フィンアセンブリは、最も外側の端部に平らにされた背部を有し、平らにされた背板の両側から外側案内翼へと放射形状のフィンが延びている。「C字」セグメント内には羽根128を畳み込むマンドレルがあり、展開されていないときに羽根128に直射日光が当たらないように保護する。 Another embodiment is a guide vane outer fin assembly 182 that extends the entire length from the outer end of the top horizontal guide vane to the outer end of the bottom horizontal guide vane. There is a "C" section within the fin assembly, connecting both the top outer guide vane and the bottom outer guide vane. The fin assembly has a flattened back at its outermost end, with radial fins extending from either side of the flattened back to the outer guide vane. Within the "C" segment is a mandrel that folds the vanes 128, protecting them from direct sunlight when not deployed.

(関節案内翼の実装形態)
関節案内翼アセンブリ26は、好ましくは第1の軸線28周りに等しい角度間隔で配置された6つ~8つの関節案内翼36を備えることができる。入ってくる風の方向に基づいて、複数の関節案内翼36のそれぞれがタービンの風上側で受け止めた空気を案内して成形し、複数のロータアセンブリ24に向けて排出して、複数のロータアセンブリ24を変位させるように機能してもよい。用いられない関節案内翼36は、自身の羽根128を崩して畳み込むことによって「動作を停止」する。
(Implementation of articulated guide vanes)
The articulated guide vane assembly 26 may preferably include six to eight articulated guide vanes 36 spaced at equal angular intervals about the first axis 28. Based on the incoming wind direction, each of the plurality of articulated guide vanes 36 may function to guide and shape air received on the upwind side of the turbine and eject it toward and displace the plurality of rotor assemblies 24. Unused articulated guide vanes 36 are "deactivated" by collapsing and folding their blades 128.

また、溝136により、その内部の空気圧を蓄積して、排出口144から排出される空気の質量流量を増加させることが可能になる。さらなる支援が第1の柱150および第2の柱152のそれぞれにおける一対の片持ち梁化通路172によって提供され、羽根128の上縁156および下縁158からの空気の漏出が低減され、ひいては溝136からの圧力損失が軽減される。ロータブレード58のそれぞれは、翼弦に沿ってロータブレード58の前縁から後縁に延びる低圧面および高圧面を有するように形成される。風または流体がロータブレード58に向けられると、低圧面に沿って低圧ゾーンが創出され、これがロータブレード58に揚力を提供する。 The grooves 136 also allow air pressure to build up therein, increasing the mass flow rate of air discharged through the outlet 144. Further assistance is provided by a pair of cantilevered passages 172 in each of the first and second columns 150, 152, which reduce air leakage from the upper and lower edges 156, 158 of the vanes 128, thereby mitigating pressure loss through the grooves 136. Each of the rotor blades 58 is formed with a low-pressure side and a high-pressure side that extend from the leading edge to the trailing edge of the rotor blade 58 along the chord. When wind or fluid is directed at the rotor blade 58, a low-pressure zone is created along the low-pressure side, which provides lift to the rotor blade 58.

ロータブレード58は、周囲の風の状況に曝されるだけではない。関節案内翼36の表面形状、例えば翼角を操作して、風の速さ、具体的には関節案内翼36から排出された空気の質量流量を増加させ、排出される風/空気がロータブレード58にぶつかる角度を最適化することにより、排出された風のロータブレードに対する迎え角を制御することができる。これらにより、ロータブレード58は、周囲の風の速さよりも高い速さで変位することが可能になる。さらに、これによってロータブレード58の周囲の風のみへの依存度が低減され、周囲の風によって創出される予期しない力も低減される。また、伸張された、または展開された羽根128を備える関節案内翼36によって提供される風取り込み面積は、ロータアセンブリ24の風取り込み面積よりもはるかに大きく、したがってブレードアセンブリを回転させるはるかに大きな力を提供する。 The rotor blades 58 are not only exposed to ambient wind conditions. The surface geometry of the articulated guide vanes 36, e.g., the blade angle, can be manipulated to increase the wind speed, specifically the mass flow rate of the air discharged from the articulated guide vanes 36, and to optimize the angle at which the discharged wind/air strikes the rotor blades 58, thereby controlling the angle of attack of the discharged wind on the rotor blades. This allows the rotor blades 58 to displace at a higher speed than the ambient wind speed. This also reduces the rotor blades 58's dependence solely on the ambient wind, thereby reducing unexpected forces created by the ambient wind. Furthermore, the wind intake area provided by the articulated guide vanes 36 with extended or deployed vanes 128 is much larger than the wind intake area of the rotor assembly 24, thus providing a much greater force to rotate the blade assembly.

また、関節案内翼は、拡張装置、例えば「通路」、具体的には片持ち梁化通路172を有して風を取り込むことにより、羽根筐体が取り付けられている関節案内翼の外端での著しい損失も低減する。羽根128は、平らな背面、具体的には羽根128の本体セグメント164を有する形状になっていることにより、運動量が増大した状態で羽根から空気を滑り落とすことができ、これによって速度が増大する。羽根排出口を出る速度の増大は、ロータブレード58に作用させることを目的としている。 The articulated guide vanes also have expansion devices, such as "passages," specifically cantilevered passages 172, to capture air, thereby reducing significant losses at the outer ends of the articulated guide vanes where the vane housing is attached. The vanes 128 are shaped with a flat back surface, specifically the main body segment 164 of the vanes 128, allowing air to slide off the vanes with increased momentum, thereby increasing velocity. The increased velocity exiting the vane outlet is intended to act on the rotor blades 58.

ロータアセンブリ24は、複数の空気力学的に形成された垂直ブレードを備える。それぞれのロータブレード58は、ロータアセンブリ58の構成要素であって、複数のレールまたはモノレールアセンブリを用いて形成できる一式のレールによって支持されるコネクタハブを備える。これらのレールは、レールガイドアセンブリによって定位置に保持され、支持される。レールガイドアセンブリは、例えば機械的車輪で支持されてもよく、または磁気によって空中浮揚してもよい。 The rotor assembly 24 comprises a plurality of aerodynamically shaped vertical blades. Each rotor blade 58 comprises a connector hub supported by a set of rails, which may be formed using a multiple rail or monorail assembly, that are components of the rotor assembly 58. The rails are held in place and supported by rail guide assemblies, which may be supported by mechanical wheels, for example, or may be magnetically levitated.

この発明では、拡張垂直軸風車20は6つの関節案内翼36を有してもよい。この構成では、6つの関節案内翼36のうちの2つが、ロータアセンブリ58を回転させる一次駆動力を形成する。3つ以上の関節案内翼36の使用が、複雑な風の状況では想定される。 In this invention, the extended vertical axis wind turbine 20 may have six articulated guide vanes 36. In this configuration, two of the six articulated guide vanes 36 form the primary driving force that rotates the rotor assembly 58. The use of three or more articulated guide vanes 36 is envisioned in complex wind conditions.

6つの関節案内翼36の構成では、6つの棒148の構成が好ましく、8つの関節案内翼36の構成では、8つの棒148の構成が好ましい。垂直軸風ロータアセンブリの円周方向の同心リングに配置された好ましい関節案内翼36が全体として回転する場合は、必要とされる棒148はより少ない。 In a six-articulated guide vane 36 configuration, a six-rod 148 configuration is preferred, and in an eight-articulated guide vane 36 configuration, an eight-rod 148 configuration is preferred. Fewer rods 148 are required when the preferred articulated guide vanes 36 are arranged in circumferential concentric rings of the vertical axis rotor assembly and rotate as a whole.

この発明では、羽根を出てロータアセンブリに作用する空気の増大した容積および速さが、ロータアセンブリ58の高い回転の速さの駆動力となる。この発明において、それぞれのロータブレードの高い速さは、羽根によって創出される空気の増大した速さおよび体積によって生成される力によるものである。 In this invention, the increased volume and velocity of air exiting the blades and acting on the rotor assembly is the driving force behind the high rotational speed of the rotor assembly 58. In this invention, the high speed of each rotor blade is due to the force generated by the increased velocity and volume of air created by the blades.

回転の速さのこの増大が、周囲の風の速度への依存の代わりとなる。第1の軸線281周りに回転するより高速のロータブレード58によって生成される揚力は、ロータアセンブリが周囲の風の速さに依存する場合の揚力よりもかなり大きい。6つの羽根/関節案内翼36の構成のこの具体的な例では、周囲の速度が3m.s.であるときに、それぞれ200m2の面積で排出口を出る空気の速度は5m.s.である。この増大した空気の速度は、20m.s.の速度でロータブレードアセンブリを動かすのに十分な力を有する。周囲の空気の速さに依存する場合よりもはるかに高速である。 This increased rotational speed replaces the reliance on ambient wind speed. The lift generated by the faster rotor blades 58 rotating about the first axis 281 is significantly greater than if the rotor assembly were reliant on ambient wind speed. In this specific example of a six-vane/articulated guide vane 36 configuration, the air velocity exiting the exhaust for each 200 m2 area is 5 m/s when the ambient speed is 3 m/s. This increased air velocity has enough force to move the rotor blade assembly at a speed of 20 m/s, much faster than if it were reliant on ambient air speed.

回転の速さにおけるこの増大により、ロータブレード58のより高いブレードの速度によるより大きな揚力、および周囲の風にあまり影響されない迎え角によるより予測可能な揚力が提供される。相対的な周囲の強風は、周囲の風によって生じる正接力によってロータアセンブリ58全体の効率性を損なう可能性がある。これらの正接風力は、ロータアセンブリの速度が周囲の風の速度よりもはるかに高ければ、低減される。これは、超音速戦闘機に作用する風に類似し、第1次世界大戦の遅い複葉機に作用する風と比較すれば、実質的に取るに足りない。この発明は、典型的な垂直空気風車における非効率性を低減する。 This increase in rotational speed provides greater lift due to the higher blade speed of the rotor blades 58, and more predictable lift due to an angle of attack that is less affected by ambient winds. Relatively strong ambient winds can impair the efficiency of the entire rotor assembly 58 due to tangential forces generated by the ambient wind. These tangential wind forces are reduced if the rotor assembly speed is much higher than the ambient wind speed. This is similar to the winds acting on a supersonic fighter plane and is virtually negligible compared to the winds acting on a slow World War I biplane. This invention reduces the inefficiencies in typical vertical air turbines.

(全体配置)
図16に示す拡張垂直軸風車20の全体配置「A」では、関節案内翼アセンブリ26は、風上側の圧力を増大させる空気を取り込んでVAWTへの気流および対気速度を増大させるように、伸張されている。
(Overall layout)
In the general configuration "A" of the extended vertical axis wind turbine 20 shown in Figure 16, the articulated guide vane assemblies 26 are extended to take in air which increases the pressure on the windward side, increasing the airflow and airspeed to the VAWT.

図17に示す全体配置「B」では、関節案内翼アセンブリ26は、風の方向に対して後方の位置に伸張され、風をそらしてVAWTの風下側に低い圧力を形成させる。低い圧力が生じるとVAWTは電気掃除機のように機能し、空気を吹き出すのではなく空気を吸い上げることになる。これにより、VAWTへの、そしてVAWTを通る、風上側からの気流が増大する。これの繰り返しによって、構造体にかかる応力は全体配置「A」におけるよりも低くなり、拡張垂直軸風車20の設計の限界を超える条件にはより好適となるであろう。 In general configuration "B" shown in Figure 17, the articulated guide vane assemblies 26 are extended to a rearward position relative to the wind direction, deflecting the wind and creating a low pressure on the downwind side of the VAWT. This low pressure causes the VAWT to act like a vacuum cleaner, sucking air up rather than blowing it out. This increases the airflow from the upwind side into and through the VAWT. This cycle results in lower stresses on the structure than in general configuration "A," making the extended vertical axis wind turbine 20 more suitable for conditions beyond its design limits.

全体配置「A」は2m/s~18m/sの風速に適しており、全体配置「B」は18m/s~30m/sの風速に適していると想定される。選択肢は、全体配置「A」および全体配置「B」に限定されない。というのも、風速および変化する気象条件に応じて多数の他の選択肢があるからである。他の配置では、全体配置は、図18に示すように、ロータアセンブリ24に対する圧力条件を調和するように実装されてもよい。 It is envisioned that general arrangement "A" is suitable for wind speeds between 2 m/s and 18 m/s, and general arrangement "B" is suitable for wind speeds between 18 m/s and 30 m/s. The options are not limited to general arrangement "A" and general arrangement "B" as there are numerous other options depending on wind speeds and changing weather conditions. In other configurations, the general arrangement may be implemented to balance the pressure conditions on the rotor assembly 24, as shown in FIG. 18.

本開示の具体的な実施形態の態様は、既存の垂直軸風車に関連する少なくとも1つの態様、問題、限界、および/または欠点に対処する。特定の実施形態に関連する特徴、態様、および/または利点を本開示で説明したが、他の実施形態も同様の特徴、態様、および/または利点を示す可能性があり、本開示の範囲に包含されるためにすべての実施形態が同様の特徴、態様、および/または利点を必ずしも示す必要はない。当業者は、上記で開示した構造、構成要素、またはそれらの代替物のいくつかを所望のように組み合わせて代替的な構造、構成要素、および/または用途とできることを、理解するであろう。さらに、当業者は、以下の特許請求の範囲のみによって限定される本開示の範囲内で、開示されたさまざまな実施形態のさまざまな変形、変更、および/または改良を行うことができる。

Aspects of specific embodiments of the present disclosure address at least one aspect, problem, limitation, and/or shortcoming associated with existing vertical axis wind turbines. While features, aspects, and/or advantages associated with particular embodiments have been described in this disclosure, other embodiments may exhibit similar features, aspects, and/or advantages, and not all embodiments necessarily exhibit similar features, aspects, and/or advantages, to be encompassed within the scope of the present disclosure. Those skilled in the art will appreciate that some of the above-disclosed structures, components, or alternatives thereof may be combined as desired to produce alternative structures, components, and/or applications. Furthermore, those skilled in the art may make various variations, modifications, and/or improvements to the various disclosed embodiments within the scope of the present disclosure, which is limited only by the following claims.

Claims (10)

拡張垂直軸風車であって、
第1の軸線を画定する支持構造体であって、前記第1の軸線を取り囲む外側部分を有する、支持構造体と、
前記支持構造体に可動連結されるロータアセンブリであって、前記第1の軸線周りの当該ロータアセンブリの回転変位が可能となるよう前記支持構造体に支持されるように構成される、ロータアセンブリと、
前記支持構造体を取り囲むように前記支持構造体に連結される関節案内翼アセンブリであって、複数の関節案内翼を備え、前記複数の関節案内翼は、当該複数の関節案内翼に衝突する流体を前記ロータアセンブリに向けて案内することによって前記ロータアセンブリを前記第1の軸線周りに回転変位させるように配置可能である、関節案内翼アセンブリと、
を備え、
前記関節案内翼アセンブリは、
内側部分および外側部分を有するリグ構造体であって、前記内側部分および前記外側部分は、前記リグ構造体の両端を形成し、前記リグ構造体は、リグ平面、および前記リグ構造体の前記内側部分に隣接する翼軸線を画定し、前記リグ平面と前記ロータアセンブリとの角度は、前記翼軸線周りに変更可能であり、前記内側部分は、前記外側部分よりも前記ロータアセンブリの近くに配置され、前記リグ構造体は、前記支持構造体に回転連結するために前記リグ構造体の前記内側部分に構成される一対のリグ継ぎ手、および前記一対のリグ継ぎ手から延びる一対の柱を備える、リグ構造体と、
前記リグ構造体に連結され、溝を衝突流体の流れに提供する形状になっている羽根であって、前記溝は、前記リグ平面から画定される深さを有し、前記羽根は、前記リグ構造体の前記外側部分から前記内側部分に向かって延びて排出口を画定する内縁で終端し、前記羽根は、前記リグ構造体の前記内側部分と前記外側部分との間に延びる本体セグメント、および前記羽根の前記本体セグメントの対向する辺から延びて前記一対の柱のそれぞれに連結される2つの側面セグメントを有する、羽根と、
を備え、
前記羽根の前記本体セグメントは、実質的に平面で実質的に硬く、前記羽根に衝突する前記流体は、前記溝に集められ、そこから放出するための前記排出口から前記ロータアセンブリに向かうように方向転換され、前記ロータアセンブリに向けられる前記流体の質量流量および流れ方向のうちの少なくとも一方は、前記翼軸線周りの前記リグ平面と前記ロータアセンブリとの間の前記角度によって決定され、
前記リグ構造体は、前記リグ構造体の前記外側部分に隣接する前記一対の柱の間に延びるフィンアセンブリをさらに備え、前記フィンアセンブリは、前記リグ構造体の前記内側部分の外側に向く外面、および前記羽根に前記流体を案内するとともに前記フィンアセンブリ全体にわたる前記羽根からの前記流体の漏出を低減するために前記リグ平面との勾配を形成する内面と、を有
前記羽根の本体構造体は、前記羽根とともに形成される複数の補強材であって、前記溝を形成し、前記本体セグメントの形状を画定して前記本体セグメントを実質的に平面に保持する、複数の補強材を備え、
前記羽根は、前記一対の柱のそれぞれに摺動可能に連結され、折り畳むために前記リグ構造体の前記外側部分に向かって摺動変位可能であり、
前記リグ構造体は、前記リグ構造体の前記外側部分に沿って形成された締め具構造体およびマンドレルをさらに備え、
前記締め具構造体は、前記マンドレルを内部に収容するC字チャネルの形状を有して開口部が前記リグ構造体の前記内側部分に向くように配置され、前記マンドレルは、前記複数の関節案内翼のそれぞれが動作を停止している間に前記羽根を摺動させて格納するように構成されている、拡張垂直軸風車。
An extended vertical axis wind turbine,
a support structure defining a first axis, the support structure having an outer portion surrounding the first axis;
a rotor assembly movably connected to the support structure, the rotor assembly configured to be supported by the support structure to allow rotational displacement of the rotor assembly about the first axis;
an articulation guide vane assembly coupled to the support structure so as to surround the support structure, the articulation guide vane assembly comprising a plurality of articulation guide vanes, the plurality of articulation guide vanes being positionable to guide fluid impinging against the plurality of articulation guide vanes towards the rotor assembly, thereby rotationally displacing the rotor assembly about the first axis; and
Equipped with
The articulated guide vane assembly comprises:
a rig structure having an inner portion and an outer portion, the inner portion and the outer portion forming opposite ends of the rig structure, the rig structure defining a rig plane and a wing axis adjacent the inner portion of the rig structure, an angle between the rig plane and the rotor assembly being variable about the wing axis, the inner portion being located closer to the rotor assembly than the outer portion, the rig structure comprising: a pair of rig joints configured on the inner portion of the rig structure for rotational connection to the support structure; and a pair of columns extending from the pair of rig joints;
a vane coupled to the rig structure and shaped to provide a channel for a flow of impingement fluid, the channel having a depth defined from the rig plane, the vane extending from the outer portion toward the inner portion of the rig structure and terminating at an inner edge defining an outlet, the vane having a body segment extending between the inner and outer portions of the rig structure, and two side segments extending from opposite sides of the body segment of the vane and coupled to each of the pair of posts;
Equipped with
the body segment of the blade is substantially planar and substantially rigid, the fluid impinging on the blade is collected in the groove and redirected from the outlet toward the rotor assembly for discharge therefrom, and at least one of a mass flow rate and a flow direction of the fluid directed toward the rotor assembly is determined by the angle between the rig plane and the rotor assembly about the blade axis;
the rig structure further comprises a fin assembly extending between the pair of posts adjacent the outer portion of the rig structure, the fin assembly having an outer surface facing outward from the inner portion of the rig structure and an inner surface that forms a slope with the rig plane to guide the fluid to the vanes and reduce leakage of the fluid from the vanes across the fin assembly;
the blade body structure comprises a plurality of stiffeners formed with the blade, the stiffeners forming the grooves and defining the shape of the body segments to hold the body segments substantially planar;
the wings are slidably coupled to each of the pair of posts and are slidably displaceable toward the outer portion of the rig structure for folding;
the rig structure further comprising a fastener structure and a mandrel formed along the outer portion of the rig structure;
the clamping structure has a shape of a C-channel that receives the mandrel therein and is arranged with an opening facing the inner portion of the rig structure, and the mandrel is configured to slide and store the blade while each of the plurality of articulated guide vanes is stopped in operation .
前記一対の柱のそれぞれは、前記一対の柱のそれぞれから延びる少なくとも1つの片持ち梁化通路であって、前記リグ平面に実質的に直交して前記一対の柱全体にわたって前記羽根からの前記流体の漏出を低減する、少なくとも1つの片持ち梁化通路を有する、請求項に記載の拡張垂直軸風車。 2. The extended vertical axis wind turbine of claim 1, wherein each of the pair of pillars has at least one cantilevered passage extending from each of the pair of pillars substantially perpendicular to the rig plane to reduce leakage of the fluid from the blades across the pair of pillars. 前記フィンアセンブリの前記内面は、平面状および湾曲状の一方である、請求項1に記載の拡張垂直軸風車。 The extended vertical axis wind turbine of claim 1, wherein the inner surface of the fin assembly is one of flat and curved. 前記リグ構造体は、プーリーシステムおよび一対のクロスバーを備え、
前記クロスバーのそれぞれは、前記一対の柱の一方に実質的に直交して構成され、前記一対の柱の両端は、前記翼軸線周りで前記一対の柱の角度位置決めをアクチュエータによって制御するために前記プーリーシステムを介して前記アクチュエータに連結され、その結果として前記羽根と前記ロータアセンブリとの間の空間的構成を制御する、請求項1に記載の拡張垂直軸風車。
the rig structure includes a pulley system and a pair of crossbars;
2. The extended vertical axis wind turbine according to claim 1, wherein each of the crossbars is configured substantially perpendicular to one of the pair of pillars, and both ends of the pair of pillars are connected to the actuators via the pulley system for controlling the angular positioning of the pair of pillars about the blade axes by the actuators, thereby controlling the spatial configuration between the blades and the rotor assembly.
前記ロータアセンブリは、上方内側案内レールと下方内側案内レールとの間に延びる複数のロータブレードを備え、
前記複数のロータブレードのそれぞれは、前記複数のロータブレードの長さに沿ってロータ軸線を画定し、前記複数のロータブレードのそれぞれの前記ロータ軸線は、前記第1の軸線と実質的に平行であり、前記複数のロータブレードのそれぞれは、前記ロータ軸線周りに配置され、前記羽根の前記排出口から排出される流体および周囲の空気のうちの少なくとも一方に対する最適な角度を提供することによって揚力を生成する、請求項1に記載の拡張垂直軸風車。
the rotor assembly includes a plurality of rotor blades extending between upper and lower inner guide rails;
2. The extended vertical axis wind turbine of claim 1, wherein each of the plurality of rotor blades defines a rotor axis along a length of the plurality of rotor blades, the rotor axis of each of the plurality of rotor blades being substantially parallel to the first axis, and each of the plurality of rotor blades is arranged about the rotor axis to generate lift by providing an optimal angle relative to at least one of a fluid discharged from the outlet of the blade and surrounding air.
生成された前記揚力は、前記第1の軸線周りの前記ロータアセンブリの変位および変位への寄与のうちの一方のためであり、それによって前記ロータアセンブリに連結される少なくとも1つの発電機を動作させて前記少なくとも1つの発電機から電気エネルギーを生成する、請求項に記載の拡張垂直軸風車。 6. The extended vertical axis wind turbine of claim 5, wherein the generated lift is due to one of displacing and contributing to a displacement of the rotor assembly about the first axis, thereby operating at least one generator coupled to the rotor assembly to produce electrical energy from the at least one generator. 前記支持構造体および前記ロータアセンブリのそれぞれは、前記第1の軸線に沿って第1の端部と第2の端部との間に延びる管状形状を有し、前記ロータアセンブリは、前記支持構造体と同心に構成される、請求項1に記載の拡張垂直軸風車。 The extended vertical axis wind turbine of claim 1, wherein the support structure and the rotor assembly each have a tubular shape extending along the first axis between a first end and a second end, and the rotor assembly is configured concentrically with the support structure. 前記支持構造体は、前記支持構造体の前記第1の端部にある上方環状構造体および前記支持構造体の前記第2の端部にある下方環状構造体、ならびに前記上方環状構造体および前記下方環状構造体を空間的に相互にずらすための複数の棒を備え、前記上方環状構造体および前記下方環状構造体は、トラス構造体から形成されている、請求項に記載の拡張垂直軸風車。 8. The extended vertical axis wind turbine according to claim 7, wherein the support structure comprises an upper annular structure at the first end of the support structure and a lower annular structure at the second end of the support structure, and a plurality of rods for spatially offsetting the upper and lower annular structures with respect to each other, the upper and lower annular structures being formed from a truss structure. 前記関節案内翼アセンブリは、複数の外側案内レールを備え、前記支持構造体は、それぞれが前記複数の外側案内レールのうちの1つに対応する複数の外側経路を画定するように配置される複数の外側回転要素を備え、
前記複数の外側案内レールは、前記複数の外側回転要素と係合することによって前記関節案内翼アセンブリを前記支持構造体に可動連結し、前記複数の外側案内レールのそれぞれが前記複数の外側経路のうちの前記対応する1つに沿って進むことを可能にする、請求項に記載の拡張垂直軸風車。
the articulated guide vane assembly includes a plurality of outer guide rails, and the support structure includes a plurality of outer rotating elements arranged to define a plurality of outer paths, each of the outer rotating elements corresponding to one of the plurality of outer guide rails;
8. The extended vertical axis wind turbine according to claim 7, wherein the plurality of outer guide rails movably connect the articulated guide vane assembly to the support structure by engaging with the plurality of outer rotating elements, and enable each of the plurality of outer guide rails to travel along the corresponding one of the plurality of outer paths.
前記関節案内翼アセンブリは、
前記支持構造体と同心に構成される外側フレームと、
前記第1の軸線周りに前記関節案内翼アセンブリの角度位置決めを行うために前記外側フレームに連結されるラックおよびピニオンのアセンブリと、
をさらに備える、請求項に記載の拡張垂直軸風車。
The articulated guide vane assembly comprises:
an outer frame configured concentrically with the support structure;
a rack and pinion assembly coupled to the outer frame for angular positioning of the articulated guide vane assembly about the first axis;
10. The extended vertical axis wind turbine of claim 9 , further comprising:
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