JP2016509157A - 海軍技術を用いる発電するための風力タービン - Google Patents

Abstract

本発明は、発電するための水平シャフト／垂直伝動の風力タービンに関し、これは、海岸に、又は沖合に位置することができ、ナセル、塔及び基礎内の材料及び構造物が削減されている、すなわち設備の大部分が塔のベースに移され、それによって資本支出が減少され、タービンの運用及び保守のコストを著しく減少させることができて、風力発電地帯内の設置電力（設置ＭＷ）のコストが低下する。ロータに由来する力学的エネルギーが、塔に沿った垂直シャフト・システムによって伝達され、垂直シャフトは、海軍技術が組みこまれ、そして高調波を無効にするプラットフォーム１に基礎を置き、伝動システムＨ／Ｖｓｔ３及びＶ／Ｈｍｖｓｔ４に接続され、収縮及び伸縮のジョイント２を使用して結合される。これに加えて、伝動システムのトルク制御システムに接続されるロータ配向システム（方位制御システム）２９、ブレーキ制御システム及び翼ピッチ制御システムによって、ロータを適切に位置付けることができるようになる。本発明では、空中インターフェースを介する塔の間で、及び管理センタとの無線通信ができるようになり、それによってシステムの信頼性及び全体の安全性が向上する。

Description

本発明は、電力の生成のための大型風力タービンに関する。本文書の主な目的は、革新的なその構成要素の配列に基づく大型風力発電機の技術的な方策を提示することである。

電力は、人類の生存及び発展のための必須の基本的なインフラであり、風力は、低コストのクリーンで再生可能なエネルギーとして特異的なものである。国連及び国際科学コミュニティによれば、炭酸ガス放出が少ない経済モデルに速やかに移る必要があり、その経済モデルは、その発展下で天然資源の消費がより少なく、温室効果ガスの発生がより低く、それゆえ地球温暖化を回避する。次世代の将来を保証するために、風力など、クリーンで再生可能な電力生成のための技術は、この推移において関連する役割を果たすことができる。これら及び他の理由のため、風力の使用は、この５年間で極めて速い速度で全世界的に成長しており、ブラジル及び全世界的なエネルギー・ミックスにおいて、ますますより高い役割を示している。

（現状技術）
技術の最先端は、タービンを示し、その設備の９０％がタワーの上側部分に位置するナセル内に存在し、それによって質量がこの位置に大げさに集中され、いくつかの場合数百トンに達しており、このナセルは、１２０ｍより高いところで支持しなければならず、そしてさらに、利用できる空気力学的な力を最大に使用するために、風向に従って配向することができなければならない。

現在、電力生成システムがナセル内に集中されているので、電磁場が集中的に発生し、電磁場によって、風力タワーの間における無線を介するデータ通信システムの動作（２地点間及び１対多地点間の無線）が妨げられ、したがって現在の制御システムは、長い地下ケーブルで行われるデータ交換のために、ナセルとタワー自体の下側部分の間だけに無線通信機能を備えることができるが、この無線通信は、このタイプの通信に固有の故障を被りやすいので、特に緊急状態下では望ましくなく、故障緩和システムが迅速に効果的に動作して惨事を避けなければならない。

使用される発電機及び様々な構成要素を１００ｍより高いところに設けることの別の欠点は、この種の設備を良好に機能させるために必要な定期的な保守を実施することの困難さに加えて、関与する作業員に対する追加のリスクを示すことである。

この問題の解決を図るために、文献Ｃ．Ｋ．ＭｏｎｇによるＧＢ２２５６０１０に記載されたような試みが行われ、タワーのベース内に位置決められた発電機に機械的に伝動する風力発電タービンが記載されているが、しかし、それでは、トルク釣合制御が考えられていない。電力生成のための低電力マシンを特徴付ける、ロータの能動的な配向（方位制御）のためのシステムが予期されていないことに加えて、指標（４０）内で識別される空気力学的システムが、ロータを正しく位置付ける制御に力をかけるのに十分でなく、そのため、ロータをメイン・シャフトの回転方向に向かって、又は有利に配向しなければならないが、ロータが正しく位置合わせされていないことによって気流の機械的な力の使用効率の低下に繋がることになり、正しく位置合わせされていないと、機械的な故障、極端な場合、他の問題の中でも特に垂直伝動シャフトのまさに破損を引き起こす恐れがあるような状況が生じる。

同じように、文献Ｇ．Ｂａｕｅｒ及びＧ．ＢｅｒｇｅｒによるＥＰ１２４０４４３及びＪ．Ｍ．ＹｏｏｎによるＷＯ２０１１０８１４０１では、たとえば自動車産業など、他の知識分野で大いに用途を有する差動歯車ボックス・システムによって実施されるトルク制御を用いて運動をタワー・ベースまで機械的に伝動することによって、ナセルの総重量を減少させることが試みられている。

これらの解決策は、伝達すべき最大力に関して制約を示す、というのは回転力の伝達が行われる間、差動システムが運動と反対の力を発生して、効率の損失が生じることになるからである。さらに、プロペラ・ピッチ制御システム又はブレーキ・システムが言及されていない。ロータの適切な配向手段及び歯車冷却システムが提示されていない。そのような構成要素が含まれていないことは、そのような種類の解決策が低電力のタービンに適用されるという結論に繋がる。

３つの提案が考慮していないままの別の関連する事柄は、機械的な作用の範囲であり、構成要素に対する垂直シャフトのねじり、曲げ（曲げねじり）、圧縮及び引張強さ、及び座屈、振動、及び膨張及び熱収縮を被る際のそのような長く細い構造体に関するものである。これらの空気弾性的で機械的な歪みが、誤位置合わせ及び寸法変化を生じさせることになり、それによって、その全体的な効率で、又は構成部分及び構成要素の過度の摩耗により機械的な力伝達システムの正しい機能が損なわれることになり、保守の必要性がより高くなり、システムの耐用年数が低下し、そして修理不可能な損傷の恐れがある。

その上、ワイヤレス通信システムを使用して、設備の制御システム、通信及び安全性を向上させるために、ナセル内に電磁ノイズをなくすことについて検討する可能性に言及されていない。

本発明は、電力の生成のために風力設備において最新の技術革新システムを使用することを狙って開発され、その目的は、風力発電地帯において設置電力の値（設置ＭＷ）を減少させることであり、産業用途で使用される可能性がある風力タービンを提案しており、その風力タービンは、既に知られたプロジェクトと異なり、タワーに沿った垂直伝動が使用され、さらに従来ナセル内に収容された設備の大部分が地上に移動される。

ＧＢ２２５６０１０ ＥＰ１２４０４４３ ＷＯ２０１１０８１４０１

海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン、すなわち本発明の対象は、風力設計において規模による利益を得ることができるようにすることである。

したがって、設備の大部分をタワー・ベースに持って行きナセル内、タワー内及び基礎内の材料を劇的に削減することよって、構造物全体の対応する増加なしに、タービン力の増加を可能にする。したがって、その最適化された設計及びそのより高度な経済的な実現可能性によって、この技術は、設置ＭＷのコストをより低下させて、従来の風力タービン内で獲得された電力より大きい電力を獲得することが可能になる。

添付した図面は、海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン、すなわち本発明の対象の配置を示す。

海軍技術を用いる風力タービンの伝動の細部を有する、より高度な透視図である。 断面図で風力タービンを示す全体図である。 空中インターフェースで「無線遠距離監視コミュニケータ間スパーク（Ｒａｄｉｏ Ｔｅｌｅ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｉｎｔｅｒ−ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｒ Ｓｐａｒｋ）」が機能する風力発電地帯の図である。 「自己ロック式サーボ・ポジショナ・スパーク（Ｓｅｌｆ−Ｌｏｃｋｉｎｇ Ｓｅｒｖｏ−ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ Ｓｐａｒｋ）のための方位駆動システム」の詳細な下側の図である。 「自己ロック式サーボ・ポジショナ・スパークのための方位駆動システム」の基本機能のフローチャートである。 直接駆動発電機を備えるバンカ（ｂｕｎｋｅｒ）の細部を有する、断面図である。 大型船舶の「シャフト・ライン」の図である。 「モータ・シャフト・ライン」技術を用いる大型コンテナ船の伝動の全体図である。

（図の詳細な説明）
図１に示すように、風力タービンの伝動システムは、振動及びノイズを無効にする高調波ポイントの上におけるタワーに沿った垂直シャフト（６）の支持プラットフォーム（１）と、上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）を垂直シャフト（６）に結合し、膨張及び熱収縮の問題及び空気弾性力による構造上の歪みを調節する、収縮及び膨張ジョイント（２）と、トルク・センサ（水平／垂直、結合トルク・センサを有する）を備える上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）と、下側伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）（垂直／水平、速度増速機能及びトルク・センサを有する）と、その油圧制御システムに隣接する上側ブレーキ・ディスク（５）と、海軍技術を使用する、機械的な垂直シャフト伝動システム（６）（シャフト・ライン）と、タワー・ベースで伝動システムに結合され、油圧クランプによって駆動され、その油圧制御システムがこのシステムに接近している、第２のセットのディスク・ブレーキ（７）、すなわち下側ブレーキ・システムと、プロペラ・ピッチ制御システム（８）と、メイン・シャフト（９）と、発電機（１０）とからなる。

図２は、断面図で風力タービンの全体図を示す。そこでは、コンクリート製の基礎又は「モノパイル（ｍｏｎｏｐｉｌｅ）」に接続される地下バンカ（１１）（地上に）、垂直シャフト（１２）を支えるためのスラスト軸受、ディーゼル発電セット（１３）、消火システム（１４）、垂直シャフトの低摩擦カップリング（１５）、ロータ（１６）、方位制御システムを備えるナセル（１７）、風速計タワー（１８）、「遠距離監視無線コミュニケータ間スパーク（Ｔｅｌｅ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｒａｄｉｏ Ｉｎｔｅｒ−ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｏｒ Ｓｐａｒｋ）」のアンテナ（１９）、冷却流体冷却タワー（２０）及び制御キャビネット（２１）を見ることができる。

図３は、空中インターフェースで「遠距離監視無線コミュニケータ間スパーク」が機能している風力発電地帯の図を示す。「遠距離監視無線コミュニケータ間スパーク」の空中インターフェースは、各タービン内に設置された無線アンテナ（１９）からなり、他のタワーの間で互いに通信し、これらのタワーは、情報集中タワー（２８）と通信し、その集中タワーは、管理センタ（２７）と情報を交換し、バンカ内の制御キャビネット（２１）に位置決められ、管理センタ（２７）と直接接続され（２地点間無線）、その上、タービンの無線に等しい無線を使用して１つ又は複数の冗長度を備え、当該風力タービンは、遠隔通信（電話、テレビ、ＡＭ及びＦＭラジオ）（２４）の操作員からの信号の経路を可能にして、風力発電地帯内で無線信号（２５）が横断することを可能にし、データ交換の物理的な手段（データ・ケーブル）は、接続部（２６）からなり、これは、データ交換のこの物理的な手段を無線センタ（２７）に集結させる。タービンの配列は、無線システムを説明するために単に例示的であり、風力発電地帯内にマシンを位置付ける完全な状態を示すものではない。

図４は、「自己ロック式サーボ・ポジショナ・スパーク（Ｓｅｌｆ−Ｌｏｃｋｉｎｇ Ｓｅｒｖｏ−ｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒ Ｓｐａｒｋ）の方位駆動システム」を詳細に表し、これは、方位駆動制御システム（２９）、ロックするための電気機械的及び／又は油圧のシステム（３０）、油圧ブレーキ・システム（３１）及び「収縮及び膨張ジョイント」（２）を包含する。

図５は、システム動作の基本ロジックからなる「自己ロック式サーボ・ポジショナ・スパークのための方位駆動システム」のフローチャートを示す。

図６は、垂直シャフトに直接接続された多極発電機からなる「直接駆動」発電機（３２）を備えるバンカの細部を表す。

図７に、大型船舶の「シャフト・ライン」の実例が示されている。

図８は、大型コンテナ船（３３）の「モータ・シャフト・ライン」伝動の図を示す。この船舶は、１２０ｍより長い垂直シャフト及び垂直シャフトに直列に接続された８０ＭＷのディーゼル・モータ及び２つの９ＭＷ電気モータからなる９８ＭＷの電力を備える。

水平シャフト及び垂直伝動を有する風力タービン、すなわち本発明の対象は、風の力を使用して能動的な軸方向多翼ロータ（１６）を駆動し、そのプロペラのピッチを変化させ（能動的なプロペラ・ピッチ制御を用いるハブ）、そして風をより良く、その上ブレーキを使用するために、ロータ近くの測候所と通信し、それによって、迎え角をゼロ度（プロペラ・フェザリング）に取る、又は負角度に取ってタービンにブレーキをかける（力、回転方向に反対）。このロータは、メイン・シャフト（９）に固定され、これは、全体のロータを支える強化されたスキッド（ｓｋｉｄ）（メイン・フレーム）によって支持されて、そしてマシンのこの領域内に存在する軸方向力を無効にし、そしてロータ組立体全体を適切に支える特別な軸受を有する軸受ハウジングを備える。これら軸受は、潤滑油ポンプ送りシステムを備える。

メイン・シャフトに結合されるのは、その上側油圧制御システムがスキッド（メイン・フレーム）に固定される油圧クランプによって駆動される、ブレーキ・ディスク（５）（上側ブレーキ・システム）である。当該スキッドは、風の入射方向に対して垂直にロータを位置付けるような方法で、上側構造体全体の位置付けの制御に関与する歯車モータ（方位駆動システム）を備える（マシン上のプロペラに対して風の前方入射方向が存在する（向かい風））。このスキッドは、特別の、大きいサイズの軸受に固定され（この軸受はリング歯車を備え、それよって、歯車モータ及びそれらの歯車ピニオンが上側組立体全体を機械的に回転させることができるようになる）、次いで、上側組立体全体を風力タービン支えタワーに結合する。ロータとタワーの間のこの上側組立体の通常の名称は、本明細書の始め部分で言及したように、ナセル（１７）と呼ばれ、これは、上記に述べたアイテムすべてを収納する。

マシンの構成部分でもある他のアイテムは、接地システム（ブラシ、ワイヤ・ロープ、ケーブルなど）、制御ケーブル、電気供給ケーブル、一般センサ、エンコーダ（位置センサ）、ロータ・ハウジング及びナセル・ハウジング・フェアリング（１７）、バッテリ、コンデンサ、適切な消火システム（１４）、「遠距離監視無線コミュニケータ間スパーク」（本明細書の以下でより良く説明する、風力発電地帯内のタービンの間の通信のための無線）、保護灯、一般照明、上側管理センタ及び風速観測所（１８）である。上記で言及したアイテムの一部は、構造上より軽量であるにもかかわらず、既に現況技術の構成部分であり、それらを述べることは重要である、というのはこれらのアイテムのそれぞれが、当該特許の水平シャフト及び垂直伝動、及び差別化する細部すべてを備える風力タービンの一部であるからであり、そして発明の特性があるアイテムは、以下に提示することにする。

前に述べたように、ロータ（１６）は、メイン・シャフト（９）に接続され、そしてこのシャフトは、トルク・センサ（水平／垂直、結合トルク・センサを有する）を備える上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）に接続される。この伝動システムによって、より高い回転トルクを水平方向から垂直方向にすることができるようになる。この伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）は、ナセル・スキッド（１７）（メイン・フレーム）内に、タワーの上側中心に（ナセル（１７）とタワーの間の接続部の中心に）正確に位置付けられる。このＨ／Ｖｓｔ伝動システムは、３ｍ／ｓからの風でロータ・トルクを垂直シャフト（トルク・チューブ又はシャフト・ライン）に伝達し、そして後者は、ロータ力をタワーの下側部分に、そして下側伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）（水平／垂直、速度増速機能及びトルク・センサを備える）に機械的に伝達し、その下側伝動システムは、次いで、伝動ＲＰＭを電力生成のために完全な状態にさせ、そして１つ又は複数の発電機（３２）に結合され、その発電機は、タワーの下側部分内に、又は地下バンカ（１１）の内部（地上に）に設置されたマシン（複数可）のトルク・カーブに適切なモデルの発電機であり、そのバンカは、コンクリート製の基礎又は「モノパイル」に接続され、それらは、さらにより良く説明することにする。

また、垂直シャフト（６）は、直接駆動システムに接続することができ、これは、タワー・ベース内の多極発電機（３２）に接続する。垂直シャフト（６）は、「モータ・シャフト・ライン」として知られる海軍技術が備わっている。

そのようなシャフトは、１２０ｍより遠い距離で１００ＭＷより大きい力を伝達することができる。本発明は、海軍エンジニアリングを使用して、風力タービン・タワー内のこの垂直シャフトを開発し、実際、このような垂直シャフトは、この産業ではまだ見られていない。

支持プラットフォーム（１）は、タワーに沿って使用される、というのは、すべてのダイナミックな装置のように、この垂直シャフト（６）（シャフト・ライン）が振動を引き起こし、したがって高調波が生じ、これは、このサイズの構造体を完全に機能させるために無効にしなければならないからである。

タワーに沿ったこれらの支持プラットフォーム（１）は、垂直シャフト（６）（シャフト・ライン）の高調波ポイントに戦略的に配置される、というのは、タワーは、静的な状態にあるのではないからである、すなわち大型船舶の場合のように、タワーは、様々な力、たとえば、とりわけ空気弾性、座屈及び曲げ及びねじりなどを被る。これは、タワー自体に対する、及びロータに対する風の負荷によるものであり、それゆえこれらのプラットフォームには、垂直シャフト上の振動及びノイズを無効にすることが必須であり、その現象は、その制御を欠くと、設計を実行不可能にする。

当該支持プラットフォーム（１）は、互いに遠く離れて対称的には必ずしも設置されない、というのは、それらは、高調波ポイント、ＲＰＭ及びタービン力に従って変化することになるからである。プラットフォーム（１）と垂直シャフト（６）の間には、これらの支持による損失を減少させる低摩擦カップリングが存在し、これは、迅速で容易な保守のために、ヒンジ式のものである。

温度が変動すると、金属は、膨張する、又は収縮する傾向がある。タワーの膨張及び収縮は、垂直シャフト（６）の膨張及び収縮と同じでない。そのような問題を解決するために、「膨張及び収縮ジョイント」（２）が開発され、これは、上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）を垂直シャフト（６）に結合し、そして構造体の熱膨張問題を調節して、この自然現象によって引き起こされる損傷をなくす。

また、このジョイント（２）は、構造体に対する空気弾性的な作用によって引き起こされる構造上の変化に有用である。垂直シャフト（６）は、自立する、というのは、この構造体の全重量がタワー・ベースでスラスト軸受によって支えられるからであり、これは、また、電磁気斥力カップリングとすることができ、それゆえ重量負荷がナセル（１７）及びタワー構造体の他のポイントで無効にされると考えられる。このポイントは、タワー・ベースで音響学的に分離されることになる。

風によって生成された力の伝達は、本発明の対象の風力タービンの構成要素すべての通常の機能に依存し、風力タービンは、メイン・シャフト（９）と、上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）（水平／垂直、トルク・センサを有する）からなり、これらの構成要素の間に油圧ブレーキ・ディスク（５）を有し、この伝動システムは、調節可能なカップリング・システム「膨張及び収縮ジョイント」（２）に接続し、これは、膨張、熱収縮及び考えられる構造上の運動（空気弾性作用による）に従って働き、垂直シャフト（６）に接続され、これは、高調波振動を無効にする支持プラットフォーム（１）を備え、そして自立して構造体に対する負荷をなくし、音響学的に分離された場所内にあるスラスト軸受によって支持され、下側伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）（水平／垂直、速度増速機能及びトルク・センサを有する）に結合され、これは、発電機（３２）を最善の可能な収益条件下に保つために、システムの回転速度を増加させる

第２のセットのディスク・ブレーキ（下側ブレーキ・システム）が、タワー・ベースで伝動システムに結合され、油圧クランプによって駆動され、その油圧制御システムは、このシステムの近く位置する。

この伝動システムは、一吹きの風（タービンに対する突然の衝撃）、暴風（非常に強い風、雨及び稲妻）、常風及び方向が変化する風など、風力タービンのすべての条件に耐えるように開発された。

この伝動システムのブレーキ電子管理センタが、情報（信号）をブレーキ・クランプ制御油圧システムに送って、ブレーキ強さの条件を知らせ、そして当該風力タービンにブレーキをかける必要があるいずれもの条件下で、伝動システム全体の減速傾斜を完全に安全に制御する。

上側及び下側の伝動システム（上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）及び下側伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４））に結合された位置及びトルクのセンサは、信号をブレーキ制御システムに送り、これは、伝動システム全体のブレーキングを安全に制御して、垂直シャフト（６）に対する、及び上側伝動システム（３）及び下側伝動システム（４）に対する過度な衝撃を防ぐ。また、プロペラ・ピッチ制御システムは、システム全体を完全に釣り合わせるために、このシステムと通信する。

水平シャフト及び軸方向シャフト・ライン伝動を有する風力タービンでは、１つの重大な問題があり、それは、ロータが上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）で回転しているとき、ナセル（１７）に伝達されるねじりの強さの問題であり、その回転は、次いで、垂直シャフト（６）を回転させる。

この回転力は、垂直シャフト（６）の運動と反対の方向にナセル（１７）全体を回転させる傾向がある。前に述べたように、当該ナセル（１７）は、風の入射方向に対して垂直にロータ（１６）を位置付けるために、スキッド（メイン・フレーム）に固定され、上側構造体全体の位置付けの制御に関与する（方位駆動）歯車モータを備えており、ロータが回転している間、そのような運動が起きる可能性があることに留意されたい。

この問題を解決するために、「自己ロック式サーボ・ポジショナ・スパークのための方位駆動システム」が開発された。このシステムは、垂直シャフト（６）がナセル（１７）の運動に対して反対に、又は好都合に力を加えている間、ロータが風の入射方向に対して正しく位置付けられるように、アジマス角度制御をできるようにする（ロータが、風に対して垂直に向かって行くようにナセル（１７）を位置付ける（方位駆動システム））。

風に関してロータを位置付けることは、次のように例示することができる、すなわち、垂直シャフトが時計回りに回され、ナセルが右側に回転する必要がある場合、「自己ロック式サーボ・ポジショナ・スパークのための方位駆動システム」は、垂直シャフトの運動に都合の良いようにナセルを位置付けることになり、そしてナセルが左側に回転する必要がある場合、「自己ロック式サーボ・ポジショナ・スパークのための方位駆動システム」は、垂直シャフトの運動と反対の方向にナセルを位置付けることになる。

１つ又は複数のエンコーダ（角度位置センサ）が、このタスクの実行に役に立つことになる。ここに提案するシステムの差別化するものは、図４及び５に見ることができるように、方位制御システムの電気機械的な、又は油圧のロック、及びこれらの構成要素の動作のロジックである。

本発明は、従来ナセル（１）に収容された設備の大部分を地上に移動させ（陸上のマシンの場合、しかし、また、タービンは、岸から離れることができ、マシン・ハウジングは、水面近くに位置することができる）、マシン・ハウジングを構築し、それによって電力生成に必要なすべての設備を収納することを提案するものであり、その設備は、とりわけ、
音響学的に分離された、１つのサイズが大きいスラスト軸受が存在する、垂直シャフト（シャフト・ライン・ハウジング）の収容のためのハウジングと、
電磁気誘導発電機で電力の生成のために正しいＲＰＭに回転を増速させる伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔと、
軸受の潤滑油ポンプ送りシステムと、
弾性的又は堅固なカップリングと、
油圧ブレーキ・システム及びその油圧制御システムと、
１つ又は複数の誘導発電機（また、それは、多極直接駆動発電機（垂直シャフトに直接接続される）とすることができる）と、
構成要素を固定するためのスキッド（ベース）と、
発電機制御システムのキャビネット（それは、極を活性化し、非活性化して、風の強さに従って電力生成を向上させる）と、
マシンの全体制御（メカトロニック制御）のためのシステムのキャビネットと、
ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；プログラマブル・ロジック制御器）と、
風速観測所の制御システム（データ・ロガー、遠隔解析インターフェース、及びマシン・センサのすべての制御システム及びレシーバ）と、
「遠距離監視無線コミュニケータ間スパーク」の管理センタと、
バッテリ・バンク（中断なし）と、
ディーゼル発電セット（エネルギー不足の場合起動される）と、
すべての必要なセンサを備える、このタイプのマシン・ハウジングに適切な消火システム（多くの風力タービンは、一連の理由のため、火事になり、タワーの上部では、これらの事故を抑制する方法がない）と、
遠隔管理システム（総合風力発電地帯管理、基本的にプログラミング・ユニットであるＣＭＳ（Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ；容量管理システム））と、
接地システムと、
緊急ボタンと、
電気ダクトと、
警報器と、
照明と、
監視カメラと、
１つ又は複数の冷却流体冷却タワー（たとえば、発電機及び伝動システムなど、いずれもの熱くなる構成要素の冷却のための冷却器）と、
トランス（１つ又は複数）と、
電気及びデータのケーブルと、
ＰＤＰ（ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐａｎｅｌ；電力分電盤）と、
ＧＤＰ（ｇｅｎｅｒａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐａｎｅｌ；一般分電盤）とを含む。

上記に提示したマシン・ハウジングの構造体全体は、タワー・ベースに隣接して、又は「地下バンカ」（１１）内に位置することができ、これは、コンクリート製の基礎又は「モノパイル」に接続される。このコンクリート製のバンカは、地表面の下にあり、すべての設備は、熱的に制御され、音響学的に分離された環境下で、都合良く隔置され、分散されて（構成要素の間で正しく分けられる）配列される（ルーム分割は、考えることができる）。

このバンカは、透水を許さない排水システム、換気システム、対かび塗装及び作業員に極めてより都合の良い条件を備える。

このバンカの別の利点は、それが、風力発電地帯内に大気乱流を引き起こすことがなく、当該風力タービンの空気力学的な特性を保存して解析ソフトウェアの使用を可能にすることであり、解析ソフトウェアは、風力発電地帯内のタービンの位置付けを定める、すなわち、これは、大変な経済的利点である、というのは、既存の従来のソフトウェアを使用することができることになるからである。

マシン・ハウジング内のいずれかの構成要素を交換することが必要な場合、それは地上で行われることになり、大きなクレーンを使用する必要性がないことになる。また、この解決策によれば、より安全に夜間作業を行うことができる。既に述べたように、大きい運用及び保守の利点がもたされる。

ナセル（１７）を地上に持って行くことの別の恩恵は、直接駆動技術（多極発電機、増速ボックスの必要がない）を使用することができ、いくつかの水力発電所の条件と同様の条件下に位置付けることができることである。

発電機がタワーの上部のナセル（１７）上に設置されたとき（現在の風力タービンの場合のように）、発電機は、強い電磁場を発生して、無線通信システムが横断して働くことが妨げられる。本発明が提案する利点（磁場がない）のおかげで、風力タービンは、「遠距離監視無線コミュニケータ間システム・スパーク」を備えることができる。これは、通信無線であって、発電地帯内のタービンのそれぞれの中に、又は遠隔で制御されるセンタ内に設置することができる。

この無線システムによって、上記に述べたように、すべてのタービンが、空中インターフェース中でＲＦ信号を介してそれらの間で通信し、人の行為と独立に決定することができることになる、たとえば、タービンがその方位を変え（アジマス角度を変える）、他のいずれもがそうしなかった場合、このタービンは、そのような行動を取った理由について質問されることになり、それが許容できる理由で応答しない場合、警報がそれに対して起動されることになり、直ちに操作員に通信が送られることになるなどである。

安全ＲＰＭ限界を超える、翼端速度限界を超える、又はマシンを損なう恐れがあるいずれもの行動がある場合のような、タービンが取る行動に依存して、人員が存在しなくとも、まさにタービンを停止させることができ、安全ブレーキが起動して、そのプロペラがフェザリング状態に置かれる（他のマシンが、データベースをチェックしてこの行動を取ることになる）。このシステムは「迷える羊システム」と呼ばれる。

また、タービンは、取るべき最善の決定について操作員に質問し、能動的な、又は予測の行動を求めてデータベースをアクセスしなければならないのかどうかをチェックすることができる。たとえば、マシンが、直ちに、又は遅れて、各マシン上に設置された風速観測所によって示された作用に応答したとき、能動的な行動が行われる。マシンの行動が所定のデータベースと基本的に関連付けられたとき、予測の行動が行われる。

また、これらのシステムすべては、物理的なデータ通信システム内に含まれる。「遠距離監視無線コミュニケータ間システム・スパーク」が、また、データ・システム内に何らかの故障が生じた場合、冗長度として働くことができる。

タワーの上部に発電機が存在しないことの別の利点は、放電が起こらないということであり、放電は、軸受を損傷させる（電流アークによる溶接）。現在、高価なセラミック軸受（Ｓｉ３Ｎ４）が使用され（従来の軸受より２〜５倍高い）、これは、これらの軸受のコアを電気的に絶縁して、電流アークの発生による損傷を防ぐ。

伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）は、前に述べたように、ロータから垂直シャフト（６）に強い力を伝達する機能を有する。このシステムは、耐用年数が長くなるように設計され、そして密閉された伝動ボックス内に並べられて油中に沈められた精密歯車のシステムとして提供することができ、油は、循環及び濾過のポンプによって定常運動の状態にある。また、このタービンが非常に熱い領域内にある場合、冷却流体が通るラジエータを設置することができる。同じ条件は、伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）に適用される。また、これらの伝動システムは、位置、トルク及び温度のセンサを備え、ブレーキ・システム及びプロペラ・ピッチ制御システムの管理センタなど、管理センタと情報を交換することに留意されたい。

（好ましい実施例）
本発明によれば、水平シャフト及び垂直伝動を有する開発した風力タービンは、次の特性を有する。
ａ）垂直シャフトを備える１つの風力タービンは、陸上又は沖合に存在することができ、ナセル（１７）内、タワー内及び基礎内における材料の劇的な削減による、全体的な構造上の削減に注目すると、資本支出が減少され、タービンの運用及び保守に革新的な著しいコスト削減がもたらされ、それによって風力発電地帯内の設置電力（設置ＭＷ）の値が減少される。本発明は、前の特許出願（ＧＢ２２５６０１０；ＥＰ１２４０４４３及びＷＯ２０１１０８１４０１）と比較して、発明性及び産業における完全に運用可能な概念を提示し、また、垂直シャフトによる機械的な伝動を使用して、ナセル（１７）の構成要素を地上に持って来ている。ナセル（１７）がより軽量になったので、圧縮強さがより低くなったことによって、より低い周波数スペクトル中にマシンがはめ込まれ、この驚くべきことが、構造上のインピーダンス条件のプラスになる。この技術の中心的で非常に重要な核心は、風設計における規模による利益を得ることが可能になり、それゆえタービン力の増加が、構造体全体の対応する増加なしに、可能になることである。それゆえ、この技術を用いると、風力タービンでは前に達成されなかった電力を獲得することが可能になり、値段に対する設置ＭＷのコストが、前には想像もされなかったコストになる。
ｂ）垂直シャフト（６）は、１２０ｍより遠い距離に１００ＭＷより大きい力を伝達することができる海軍技術を含む。風力タービン設計には、タワーに沿った支持プラットフォーム（１）が、振動及びノイズを無効にする高調波ポイントにおいて予期された。ナセル（１７）内部には、トルク・センサが「収縮及び膨張ジョイント」（２）に結合された精緻な上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）が存在し、そのジョイントは、構造体の空気弾性による機械的及び熱的な膨張及び収縮による変形の問題を調節して、水平状態から垂直状態へのロータ力（１６）の伝達を可能にする。この垂直シャフト（６）は、ナセル（１７）に対する、及びタワーに対する負荷を無効にするように、タワー・ベースでスラスト軸受によって支えられる。同じ垂直シャフト（６）が下側伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）（垂直／水平、速度増速機能及びトルク・センサを有する）に接続し、これは、ロータ（１６）から地上（又はバンカ）にある１つ又は複数の誘導発電機（３２）に力を伝達し、また、その発電機は、「直接駆動」（多極発電機、増速ボックスの必要がない）として知られるように、垂直シャフト（６）に直接接続され、いくつかの水力発電所の条件と同様の条件下に位置付けられる発電機（３２）とすることができる。この伝動システムは、全体として、精緻なブレーキ・システムを、１つはナセル（１７）内部に、及び他は地上近く備える。これらのブレーキ・システムの管理センタは、異なるポイント（とりわけ、トルク・センサ、ＲＰＭ、位置、プロペラ・ピッチのセンサ）から信号を受け取って、いずれもの条件下で安全に所定の減速傾斜でブレーキ強さを完全に制御し、それには、風力タービンのブレーキングが必要であり、垂直シャフト（６）に対する、上側伝動システム（３）及び下側伝動システム（４）に対する過度の衝撃が防止される。
ｃ）ナセル（１７）上の風速計タワー（１８）の近くには、「遠距離監視無線コミュニケータ間スパーク」のアンテナ（１９）が存在し、そのスパークは、すべてのタービンが、空中インターフェース中で無線周波数によって、それらの間で通信し、人工知能システムとして機能することを可能にし、そして制御システムの冗長度として働き、安全システムを備え、安全システムの１つは、「迷える羊システム」と呼ばれる。ナセル（１７）内に電磁場が存在しないことになるので、無線信号が風力発電地帯を横断することが可能である。また、放電が起きないので、セラミック軸受を使用しない、それゆえ従来の低コスト軸受を使用することができる。消火システム（１４）が、タワー上に、及び地上に近いマシン・ハウジング内に設置される。ナセル（１７）とタワーの間には、「自己ロック式サーボ・ポジショナ・スパークのための方位駆動システム」が存在し、これは、垂直シャフトが方位制御の位置付けに対して引き起こす重大な問題を解決し、それについては、図４及び５で見ることができる。
ｄ）マシン・ハウジングは、タワー・ベース内に、又は「地下バンカ」（１１）内に存在することができ、このコンクリート製のバンカは、地表面の下にあり、すべての設備は、より最適化された方法で配列される。このバンカの別の利点は、それが発電地帯内に大気乱流を引き起こさず、現在の解析ソフトウェアの使用ができるようになるということであり、このソフトウェアは、風力発電地帯内におけるタービンの位置付けを定める。この新しい条件ではスペースがより広くなるので、とりわけ、より大きいバッテリ・バンク（中断なし）、ディーゼル発電セット、消火システム、警報器、照明、監視カメラ、冷却流体冷却タワーを備える、より良く装備された風力発電機を設けることができる。

現在の大型風力タービンは、異なるエンジニアリング領域の多機能概念によって開発されており、本発明の革新性の１つは、海軍エンジニアリングを当該タービンの設計に加えていることであり（図７及び８）、それによって海軍のシャフト、「モータ・シャフト・ライン」によって強い力を伝達することができるようになる。

Claims (7)

1. タワーの上側部分内で垂直シャフト（６）に接続されたナセル（１７）で構築され、前記垂直シャフトは、前記タワーの下側端部まで内部を下降し、その下側端部内において、地上のコンクリート製の基礎（１１）内に位置する少なくとも１つの発電機（３２）に接続する、海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービンにおいて、
   ａ）前記タワーの上側部分で接続される、１つのナセル（１７）であって、
   ｉ 風の入射方向に対して垂直に配置されて風の力によって動かされる１つの多翼軸方向ロータ（１６）であって、風の入射方向の角度に従ってプロペラ・ピッチを変化させるトルク・センサ及び能動的制御システム（２９）を備える上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）によって前記タワーの内部で前記垂直シャフト（６）に接続され、組立体が、強化されたプラットフォーム（スキッド）上で支持されることが考慮される、１つの多翼軸方向ロータ（１６）、
   ｉｉ 前記ナセル（１７）と前記タワーの上側部分の間の接続部の中心でメイン・シャフト（９）に結合され、前記スキッド上に固定され、前記軸方向ロータ（１６）から前記メイン・シャフト（９）に、そして前記タワーの下側部分に力を機械的に伝達する、上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）、及び
   ｉｉｉ 前記メイン・シャフト（９）に結合され、その油圧制御システム（５）が前記スキッド上に固定される油圧クランプによって駆動される、上側ブレーキ・システム（３０）の要素を含む、１つのナセル（１７）と、
   ｂ）海軍技術のタイプ「モータ・シャフト・ライン」を用い、前記タワーに沿って伸びて、その下側端部で前記発電機（３２）に接続する、１つの垂直シャフト（６）であって、前記メイン・シャフトは、
   ｉ たとえば前記プロペラの回転速度、モータ力、タワー高さ、温度など、動作条件に従って決定される前記垂直シャフトの振動の「高調波」ポイントに位置付けられる低摩擦弾性カップリング及び収縮／膨張ジョイント（２）を備える、支持プラットフォーム（１）、及び
   ｉｉ タワー・ベース内に位置し、自立する前記シャフトの構造体の重量を支持する支え軸受（１２）を備える、１つの垂直シャフト（６）と、
   ｃ）前記回転速度を増加させて電力を生成する増速機能を有する、１つの下側伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）であって、トルク・センサ及び油圧クランプによって駆動される下側ブレーキ・システムを備え、前記タワーの下側部分に、地上又は地下にある前記コンクリート製の基礎（１１）内に設置された前記少なくとも１つの発電機（３２）に接続される、１つの下側伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）と、
   ｄ）前記タワー・ベースに位置し、前記能動的な電子制御システム（２９）から情報を受け取る、１つの管理センタ（２１）であって、前記電子制御システムは、専用のソフトウェアを備え、前記タワーの上側部分に設置され、トルク及び風の方向を測定し、必要なら、前記上側ブレーキ・システム、前記下側ブレーキ・システム及び前記油圧制御システムを駆動する、１つの管理センタ（２１）との構成要素から形成される構成を特徴とする、海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン。
2. 前記力伝動組立体は、
   前記タイプ「モータ・シャフト・ライン」の前記垂直シャフト（６）と、
   トルク及び風向センサ、及び油圧クランプによって駆動される油圧ディスク・ブレーキを備える前記上側伝動システムＨ／Ｖｓｔ（３）と、
   前記収縮／膨張ジョイント（２）を備える前記調節可能なカップリング・システムと、
   前記高調波ポイントに位置する前記支持プラットフォーム（１）と、
   回転速度増速器及びトルク・センサを備える前記下側伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）と、
   前記タワー・ベースで前記伝動システムに結合され、油圧クランプによって駆動される前記下側ブレーキ・システムと
   ブレーキ電子管理センタとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン。
3. 前記管理センタによって実施される電子制御は、基本的に、
   前記上側伝動システム（３）及び前記下側伝動システム（４）に結合される前記位置及びトルク・センサから送られた信号をチェックし、
   情報を比較し、風の速度及び方向に従って前記ブレーキ・システムを起動させる必要性を識別し、
   前記プロペラ・ピッチを制御し調節し、
   前記ブレーキ・クランプを制御する前記油圧システムに情報を送り、
   前記メイン・シャフトに対して過度の衝撃を引き起こさないような減速傾斜によって前記伝動システム全体のブレーキングを安全に制御することを特徴とする、請求項１に記載の海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン。
4. ロータ位置付けシステムが、前記垂直シャフの回転方向及び前記ロータの意図する位置付けに従う差別化する方法で動作することができることを特徴とする、請求項１及び３に記載の海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン。
5. 前記上側伝動システムは、３ｍ／ｓほどの風で前記ロータのトルクを伝達することを特徴とする、請求項１に記載の海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン。
6. 海軍技術に基づく前記メイン・シャフト（６）は、前記ナセル（１７）内の前記構造物を削減し、前記大型風力タービンの前記ベース内に前記設備の大部分を集中させることによって、１２０ｍより遠い距離に１００ＭＷを超える力を伝達することができることを特徴とする、請求項１に記載の海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン。
7. 前記タワー・ベースに位置するマシン・ハウジングが、
   音響学的に分離された１つのサイズが大きいスラスト軸受（１２）が存在する、前記垂直シャフト（シャフト・ライン・ハウジング）を収容するためのハウジングと、
   電磁気誘導発電セット内における電力の生成のために正しいＲＰＭに回転を増速させる前記伝動システムＶ／Ｈｍｖｓｔ（４）と、
   前記軸受の潤滑油ポンプ送りシステムと、
   弾性又は堅固なカップリングと、
   前記油圧ブレーキ・システム及びその油圧制御システムと、
   １つ又は複数の誘導発電セット（また、これは、前記垂直シャフトに直接接続される多極直接駆動発電機とすることができる）と、
   前記構成要素を固定するための前記スキッド（ベース）と、
   前記極を活性化し、非活性化して、風の強さに従って電力生成を向上させることができる発電機制御システムのキャビネットと、
   前記マシンの全体制御（メカトロニック制御）のためのシステムのキャビネットと、
   ＰＬＣ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｌｏｇｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；プログラマブル・ロジック制御器）と、
   風速観測所の制御システム（データ・ロガー、遠隔解析インターフェース）、及び前記マシン・センサのすべての制御システム及びレシーバと、
   「遠距離監視無線コミュニケータ間スパーク」の管理センタと、
   バッテリ・バンク（中断なし）と、
   エネルギーが不足の場合起動されるディーゼル発電セット（１３）と、
   すべての必要なセンサを備える、このタイプのマシン・ハウジングに適切な消火システム（１４）と、
   遠隔管理システム（総合風力発電地帯管理、ＣＭＳ（Ｃｏｎｔｅｎｔ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ；容量管理システム））と、
   接地システムと、
   緊急ボタンと、
   電気ダクトと、
   警報器と、
   照明と、
   監視カメラと、
   １つ又は複数の冷却流体冷却タワー（２０）と、
   少なくとも１つのトランスと、
   電気及びデータのケーブルと、
   ＰＤＰ（ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐａｎｅｌ；電力分電盤）と、
   ＧＤＰ（ｇｅｎｅｒａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐａｎｅｌ；一般分電盤）との設備を少なくとも含むことを特徴とする、請求項１に記載の海軍技術を用いる電力の生成のための風力タービン。