JP2010511119A - 弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ - Google Patents

Abstract

本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、スパイラルの長さに沿って増大または減少する曲率をもつラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、かつ可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できるシート（１）を有している。スプリングの態様で互いに重なり合うように巻回できるシートのラミネートまたは組は、その長さ方向に沿って可変の、厚さまたは幅または補強体の少なくとも１つを有し、かつ両端部が保持されている。シートのラミネートまたは組は、ポリマーマトリックスおよび繊維補強体を備えた複合材で作られている。本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、多くの用途のエネルギーアキュムレータまたはレギュレータとして使用できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ、弾性力学的エネルギーアキュムレータの製造方法、および弾性力学的エネルギーアキュムレータの種々の好ましい用途に関する。

本発明は、エネルギーを蓄積（アキュムレート）する機械的装置の技術分野に属するものである。このエネルギーは、製造装置において過剰のエネルギーが生じたとき、製造装置が、エネルギーを発生しない状態でエネルギーを供給できるとき、または用途または使用者が蓄積を必要とするときに蓄積される。

エネルギーは、後でコスト有効性に優れた方法でかつ人が望むときに使用できるように、充分な量でエネルギーを蓄積することに問題があるため、エネルギーに関して常に問題が存在することは良く知られている。

現在存在するエネルギー発生手段のうち、原子力発電所および火力発電所は、種々の国の主エネルギー発生手段としての責を果たしている。これらの設計形態によりおよびより大きいエネルギー発生量を得るため、この種の発電所は、常時作動、すなわち、停止および始動を行うことなく、常時エネルギーを発生しなければならない。これでは、人の活動にしたがって最大エネルギー消費または最小エネルギー消費が生じる国のエネルギー需要に適合できない。かくして、人の活動がかなり低下する夜間のように、エネルギー消費が最小になる谷時間と、例えば産業活動が熱波または冷波に一致する日中（この間はエネルギー消費がかなり上昇する）の最大エネルギー消費時間とが存在する。

リザーバ内に貯えられた水の落下によりエネルギーが発生される水力発電所がある。このエネルギーは、リザーバ内に保持される水の形態で蓄積されるという長所があり、したがって、水量条件が変化する場合には、リザーバは有効なエネルギー調整手段である。また、他の手段により過剰のエネルギーが発生する場合には、水をヘッダリザーバに向けてポンピングでき、これにより、ヘッダリザーバに取り入れられる水の形態でのエネルギー蓄積が達成される。この方法は高い効率を得ることはできないが、需要が少なくかつ他の発電所からのエネルギー発生が大きいときに過剰エネルギーを使用する少なくとも１つの方法である。また、この方法は、川の水の流れの欠乏によりこのような作動を実行できないときには使用できない。

風からのエネルギーが風力発電機を介して電気エネルギーに変換される、風力エネルギー等の他の種類のエネルギーがある。これらの風力発電機のうち、本発明者は、最も普及しているものを水平風力発電機と呼ぶことにする。水平風力発電機はマストを有し、マストの一端には水平シャフトが配置され、水平シャフトの一端には、風力を捉えて回転機械エネルギーに変換するベーンが取付けられている。シャフトの他端には発電機が取付けられ、ベーンおよび発電機の両者が、風力発電機を構成するマストの上端部に配置されている。

垂直風力発電機のうち、本発明者は、ダリアスおよびジロミル（Darrieus and Giromill）のフラットベーン発電機を挙げることができ、この発電機は、いつでも水平風力発電機と同様か、或る場合（特に、風速が低い場合）には水平風力発電機より優れた発電量が得られる。

風力エネルギーの問題点は、風がないときまたは風が非常に強いときには発電できないことである。風が非常に強いときは、発電機のコンポーネンツの損傷を防止しなければならず、これが、風力発電の使用による種々の国の電力網に多くのインバランスをもたらし、風力エネルギーの大規模使用を妨げている。

理解されようが、エネルギー発生手段とエネルギー消費手段との間には現在大きなインバランスがあり、このため、本発明者は、この発電量を調整してエネルギー消費に適合させるべく機能するエネルギー蓄積手段を利用するのが望ましいことを理解している。種々の国の電力網は相互接続されており、局部的解決は非合理的であるので、エネルギー蓄積手段の利用は、地域、国または大陸のエネルギー発生量のより合理的な管理を可能にする。

本発明者が挙げることができるエネルギー蓄積手段のうち、例えば、電気エネルギーを制限された態様で蓄積できる電気機械的アキュムレータまたはバッテリは、これらが大きいスペースを必要とし、バッテリの重量が大きいことが問題である。また、これらの手段のエネルギー発生量は非常に小さく、これらのコンポーネンツのあるものは非常に有害な汚染物質である。

スプリングのような機械的アキュムレータが存在し、このようなアキュムレータでは、エネルギー蓄積量が比較的小さく、かつエネルギーの貯蔵および放出のためのトルクが一定でないため、工業的に使用することはできない。

非常に大きい皿ワッシャ（Belleville washers）の使用も研究されてきた。これらの皿ワッシャのエネルギー蓄積量は非常に限定的である。なぜならば、これらの皿ワッシャは、群をなして配置された円錐状ワッシャの弾性効果に基づいているため、その弾性効果がこれらを使用する理想的な値に到達してしまうからである。

最後に、本発明者はモーメンタムホイールによるエネルギー貯蔵を挙げるが、この方法も、このような装置が占有する所与のスペースでは極く僅かのエネルギーしか蓄積できないという欠点を有している。モーメンタムホイールはかなり大きい質量をもつ大形ホイールを有し、ホイールが運動することによりエネルギーが運動エネルギーとして蓄積される。これらのホイールは、質量の運動によりアキュムレータ自体内に蓄積されたモーメンタム（運動量）を通してエネルギーを供給する。

したがって、本発明の目的は、リーズナブルな最小スペース内で多量のエネルギーを蓄積できる機械的手段を達成することにある。

同様に本発明の目的は、このエネルギー蓄積要素が可変トルクで機械的エネルギーを吸収し、かつ、この機械的エネルギーをその理想的使用ができるように一定トルクで供給できるようにすることにある。

エネルギー供給が一定トルクで行われることについて述べる場合、このことは、トルクが、機械的器官（mechanical organ）の最大限に可能な作動領域内で事実上一定の値に維持されることを意味するものである。

本発明により提案されるこのアキュムレータは、エネルギーレギュレータにもなる。なぜならば、本発明のエネルギーアキュムレータは、エネルギーが過剰のときにエネルギーを蓄積し、エネルギーが不足するときにはエネルギーを供給するからである。

本発明の目的は、スパイラルの長さに沿って増大または減少する曲率をもつラジオイダルスパイラル形態（radioidal spiral）で巻回されまたは巻回でき、かつ可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できるシートを有することを特徴とする弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータに関する。本発明は、エネルギーの入力および出力の完全な独立性を達成し、出力トルクを弾性力学的に調整する。

ラジオイダルスパイラル形態に巻回されたこのシートは、可変トルクでのエネルギー吸収および広い作動領域でのほぼ一定のトルクの供給を達成し、このため、この機械的システムを、エネルギーアキュムレータとして完全に使用できるものとする。一定トルクでエネルギーを供給できる機械的エネルギー蓄積システムは、現在全く知られていない。

ラジオイダルスパイラル形態に巻回されまたは巻回できるシートは、スパイラルの長さに沿ってリニアに増大または減少する曲率を有し、これは、広い作動領域における事実上一定のトルク供給を達成するための重要な特徴である。

スプリングの態様で互いに重なり合うように巻回されるシートまたは巻回できるシートのラミネートまたは組は、その長さ方向に沿って幅または厚さまたは補強体の少なくとも１つが可変であり、その両端部が保持されている。すなわち、これらを任意に変えるか組合せることにより、可変トルクでのエネルギー吸収および一定トルクでのエネルギー供給が可能な弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータが達成され、したがって、同じ機能を達成するのに巻回シートの多くの実施形態を達成できる。

シートのラミネートまたは組は、ポリマーマトリックスおよび繊維補強体に基いた材料で作られ、これらは他の材料に対して高い弾性変形性を達成できる。しかしながら、非常に高度の弾性を達成できるスチール等の現在知られている材料または未来の材料の使用を除外すべきではない。

この用途のために最も理想的であると考えられる材料は、樹脂と繊維との混合物で形成されかつ連続層で形成されかつ材料のより大きい弾性を達成すべく繊維を織り交ぜた複合材である。これらの複合材は硬化されなくてはならず、この硬化は、硬化プロセスで熱を加えることにより達成される。使用される材料を例示するならば、硼素−エポキシ、グラファイト−エポキシ、ガラス繊維−エポキシおよびアラミド−エポキシがあるが、高耐性複合材の条件に合致する他の任意の材料の使用を除外すべきではない。

これらの巻回シートは機械的に連結でき、例えば、巻回された少なくとも２つのシートまたはラジオイダルスパイラル形態に巻回できるシートを機械的に直列に連結できる。この直列連結では、シートに貯蔵および放出される機械的トルクは、両シートのトルクを合計したものである。これらの巻回シートは、同様に、機械的に並列に連結できる。この場合、両シートが吸収するトルクおよび両シートが供給するトルクの両者は、単一シートのトルクと同じであるが、蓄積されるエネルギーは、各アキュムレータに蓄積されるエネルギーの合計に等しい。

蓄積されるエネルギーは各シートに個々に蓄積されるエネルギーの合計に等しいため、後者のオプションが最も賢明であろう。

同様に、遂行すべきことを意図した理想的形態では、用途に基いて幾つかの形態を用意でき、かつ巻回された２つのシートまたは直列および並列に連結されたラジオイダルスパイラル形態に巻回できるシートで形成できる。すなわち、直列または並列の全ての可能な組合せを遂行できる。なぜならば、これらの組合せは、弾性力学的エネルギーを蓄積し（並列）およびピーク吸収（直列）するのに充分な手段だからである。

本発明に示すような巻回シートまたはラジオイダルスパイラル形態に巻回できるシートの製造方法も本発明の目的である。

このシートを充分な形状に製造する方法は、ラジオイダルスプリングの形状に巻回されるシートの外形を形成するラミネート成形（モールド）から出発する。この成形は、例えば約２ｍｍのスチールプレート内で行われるが、ラミネートがこのモールドの形状を採用しているテンプレートを形成する他の任意の充分な手段を除外すべきではない。モールドの内部には、ラミネート自体またはポリマーマトリックスと繊維補強体との複合材で形成されるシートの組が形成される。ラミネートの両端部を形成するシャフトは、ラミネートの最初のターンと予め一体化される。

次に、空気との接触を防止しかつ材料内に空気を含有させることができる真空バッグが配置される。このバッグはまた、巻回されるシートまたは互いに重なり合うように巻回できるシートのラミネートまたは組を保持しかつコンパクトにする機能を有している。

最後に、充填機能および２つの特殊な特徴を有するエラストマーが、ラミネートの製造プロセスに配置される。２つの特殊な特徴のうちの第一の特徴は、ラミネートに接触する表面が加熱されて、シートのラミネートまたは組を形成するポリマーマトリックスと繊維補強体との複合材の硬化プロセスに進むことである。第二の特殊な特徴は、更に、仕上げ時にエラストマーが円形に閉じ、エラストマー自体の上に閉じた円筒体となり、かつあたかも組立体全体を保持する大きいブレースのようにラミネートモールドのスチールプレートの延長部により保持され、硬化サイクルの準備を整えることである

硬化サイクルすなわち重合サイクルは、シートのラミネートまたは組を約１３０℃の温度に加熱することである。好ましい方法は、ラミネートを形成する複合材の硬化温度に到達するように計算された電気抵抗を内部に備えた、同じエラストマーで作られた約５ｍｍ厚のシートからなるパッドを用いることである。

ひとたびラミネートが硬化されると、組立体全体が開かれ、蓄積されたエネルギーがゼロとなる平衡点で、膨張されたラジオイダルスプリングの形状をなすラミネートが取出される。ひとたびこの形状で取出されかつその使用位置に置かれると、巻回されるシートまたは巻回できるシートのラミネートまたは組が特殊形状のスプリングとして巻回され、その使用のために配置されたハウジングまたは機械的トランスミッション内に導入され、これにより、本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータが完成される。

この製造方法は、使用できる多くのプロセスのうちの１つであり、本発明のシートと同様な特徴をもつシートと同じ製造条件を最終的に達成する他の任意のプロセスの使用を除外するものではない。

本明細書での説明を完全なものとしかつ本発明の特徴のより良い理解を補助するため、以下の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図面する。尚、添付図面は本発明の単なる例示であって、本発明を制限するものではない。

簡単な形状のラジオイダルスパイラル形状に巻回され、蓄積されたエネルギーの貯蔵または供給（レギュレーション）の少なくとも一方を行うシャフト上および同じエネルギーの貯蔵および供給の少なくとも一方を行う他のシャフトに巻回されたシート、すなわちエネルギーの流れに関して可逆的なシートを示す概略図である。 得られるラジオイドによる最終的スプリングの種々の形式を示す図面である。 ４つのシートのうちの１つ、２つおよび３つのシートが並列に配置された種々の形式の機械的アキュムレータを示すものである。 ４つのシートのうちの１つ、２つおよび３つのシートが並列に配置された種々の形式の機械的アキュムレータを示すものである。 ４つのシートのうちの１つ、２つおよび３つのシートが並列に配置された種々の形式の機械的アキュムレータを示すものである。 閉じられる前のシート製造モールドの最も重要な要素を示す平面図である。 製造プロセスに取入れられる最も特徴的な要素およびモールド内でのこの要素の配置順序を示す図面である。 製造モールドに入れられる要素を示す概略斜視図である。 エネルギー吸収および水素発生風力発電装置に適用された本発明のシステムを示す基本図である。 本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータを車両に適用した例を示す図面である。 本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータを無停電電源（Uninterruptible Power Supply：ＵＰＳ）に適用した例を示す図面である。

図１には、本発明により提案する弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータが概略的に示されている。この弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータはシート（１）により形成され、シート（１）は、スパイラルの長さ方向に沿って増大または減少する曲率でラジオイダルスパイラル形態に巻回されまたは巻回でき、かつ可変トルクでエネルギーを吸収できかつ広い作動領域内で事実上一定のトルクを供給できる。このシートは互いに重なり合うように巻回され、かつその内端部は、ラジオイダルスプリング（１）自体に蓄積されたエネルギーを少なくとも貯蔵しまたは放出するシャフト（２）に保持されている。

ラジオイダルスパイラルの形状に巻回されたこのシートは、可変トルクでのエネルギー吸収および広い作動領域でのほぼ一定の機械的トルクの供給を達成する。したがってこのシートは、この機械的エネルギー蓄積システムを、エネルギーの吸収または供給のいずれにおいてもトルクが実質的に一定でない現在の他の機械的システムとは異なり、完全に使用可能なものとする。

スパイラル状に巻回されるシートまたはスパイラル状に巻回できるシートは、スパイラルの長さに沿ってリニアに増大または減少する曲率を有している。これは、広い作動領域内で、事実上一定トルクでのこの供給トルクを達成する上で重要な特徴である。図２には、硬化プロセスで得られるラジオイド（radioid）を形成する多くの形態のうちの２つが示されている。

これらの図面（主として図１）には、スプリングの態様で巻回されるシートまたは互いに重なり合うように巻回できるシートのラミネートまたは組が示されている。なぜならば、シートは、両端部上に保持されたこれらの長さに沿って任意に変えることができる幅または厚さまたは補強体の少なくとも１つを採用しているからである。すなわち、これらを全て組合せることにより、可変トルクでエネルギーを吸収できかつこのエネルギーを一定トルクで供給できる弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータを達成でき、したがって、同じ機能を得るべく、巻回されるシートの多数の実施形態を達成できる。

図３．１には、２つのシャフト、すなわちアキュムレータの貯蔵運動または放出運動の少なくとも一方の運動の入力用または出力用の少なくとも一方のインナーシャフト（２）と、スプリングの最終端での出力用または入力用の少なくとも一方のアウターシャフト（３）とを備えた機械的アキュムレータが示されている。

図３．２には、同じシャフト（２）上に配置された２つの平行シートにより形成されたアキュムレータ、したがって２つの出力シャフト（３）を備えたアキュムレータが示されており、この場合、スパイラルはダブルディベロップメントスパイラルである。

図３．３には、単一の入力用または出力用の少なくとも一方のシャフト（２）および４つの出力用または入力用の少なくとも一方のシャフト（３）、（３'）、（３''）、（３'''）に結合された４つのシートからなる構成が示されている。前記シャフト（３）、（３'）、（３''）、（３'''）は、これらを形成するスパイラルとして位相がずれている。

これらのシート構造は、シートの数に比例して、アキュムレータの貯蔵トルクおよび放出トルクの両方の増大を達成する。

図４、図５および図６は、弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータを充分に形成するこのシートの製造方法を達成する上で重要で必要な要素を概略的に示すものである。

これを達成するため、ラジオイダルスプリングの形状に巻回されるシートの外形を形成するラミネートモールド（４）が出発点で使用される。このモールド（４）は、例えば、ラミネートがこのモールドの形状を採用するテンプレートを形成する約２ｍｍのスチールプレートで作られる。

モールドの内部には、ラミネート（５）自体またはポリマーマトリックスおよび繊維補強体からなる複合材で作られた一組のシートを見ることができる。ラミネートの端部を形成するシャフトは、ラミネートの最初のターン自体に予め一体化されている。

次に、空気との接触を防止しかつ材料内に空気を含めることを可能にする真空バッグ（６）が配置される。この真空バッグ（６）はまた、ラミネート、または巻回されるシートまたは互いに重なり合うように巻回できるシートの組を保持しかつコンパクトにする機能を有している。

最後に、充填機能をもつラミネートの製造プロセスでエラストマー（７）が配置され、エラストマー（７）は２つの特殊な特徴を有する。これらのうち第一の特殊な特徴は、ラミネートと接触している表面が加熱され、ラミネートまたはシートの組を形成するポリマーマトリックスおよび繊維補強体を備えた複合材の硬化プロセスに進むことである。第二の特殊な特徴は、その完成時に、シートが図４の平面図に示すように円形に閉じ、シート自体の上に閉じかつラミネートモールドのスチールプレート（４）の延長部により保持され、あたかも組立体全体を保持する大きいブレースのような円筒状になり、したがって硬化サイクルで製造されることである。

硬化サイクルすなわち重合サイクルは、ラミネートまたはシートの組を約１３０℃の温度に加熱することにより行われる。好ましい方法は、約５ｍｍの厚さのシートからなるパッド（図示せず）を用いて行われ、このパッドは、ラミネートを形成する複合材の硬化温度に到達するように計算された電気抵抗を内部に有する同じエラストマーで作られる。硬化温度は、複合製品の製造に使用される製品にしたがって変えられる。

ひとたびラミネートが硬化されると、組立体全体が開かれ、膨張されたラジオイダルスプリングの形状をなすラミネート、すなわち蓄積されたエネルギーがゼロである平衡点でのラミネートを取出す。この形状で引出されかつその使用位置に置かれるとき、巻回されるシートまたは巻回できるシートのラミネートまたは組は、特殊形状のスプリングとして巻回され、これを使用すべく配置されたハウジング内または機械的トランスミッション内に導入される。これにより、本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータが完成される。

図６には、本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータの典型的用例が示されている。この用例では、風力を回転運動に変換するベーン装置（８）が配置されている。この場合には水平シャフト装置が示されているが、本発明は、本明細書で前述したような垂直シャフト発電機に適用することもできる。

この風力発電機の構造は、現在の水平シャフト風力発電機より簡単である。なぜならば、ヘッドが有するのはベースに向かう運動伝達要素だけで、最新技術による現在のシステムの増速要素（multiplier elements）および発電手段は設けられていないからである。

機械的回転運動は、マスト（９）を通して差動要素すなわち差動グルーブ（１０）に伝達され、差動グルーブ（１０）は、その一方の側で、運動を非同期増速機および発電機（１１）に伝達され、差動グルーブの他端では本発明の弾性力学的エネルギー貯蔵システム（１２）に伝達される。

エネルギーは、外部電力網（１３）が必要とするときは、非同期増速機および発電機（１１）から外部電力網（１３）に分配されるか、水素発生電解槽ユニット（１４）に分配される。水素発生電解槽ユニット（１４）では、発生されたエネルギーで、電力網に供給されないエネルギーは廃棄されることなく、電気エネルギーを発生させるため、後で使用できる燃焼可能要素に変形される。

本発明の弾性力学的エネルギー貯蔵システム（１２）は、差動ユニットによりエネルギーを弾性的に貯蔵するか、風力が弱いときにエネルギーを供給できる。したがって、差動ユニットは、弾性力学的エネルギー貯蔵システム（１２）の貯蔵および放出を管理すべく、完全に自動化された態様で常時応答できる。

上記システムはまた、並列に配置される慣性エネルギー貯蔵システムを用いた多くの変更の１つにも適している。電気的に接続されかつ調整されるならば、貯蔵手段として電解槽を考えることができ、或いは外部電力網も考えることができる。また、ホイールマスを加速するアキュムレータを用いて、発電機の前に直接機械的に連結されるモーメンタムホイールも考えられるが、これは推奨できる形態ではない。

このシステムはまた、風力発電所から電力網の距離を隔てるという問題を解決する。なぜならば、風力発電所は考えられる限り遠くに配置され、この場合には、発生エネルギーは水素の発生に消費され、水素は、貯蔵および分配センタに搬送されかつ貯蔵されるからである。

ロータに直列に連結された本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、風力発電機を破壊する虞れがある、極端な突風により発生される急激な応力を吸収するのに適している。なぜならば、これらのエネルギーパルスまたはピークは、弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータに並列に誘導され、これにより、残りの小さいピークが完全に吸収されかつ後で発電機にゆっくりと放出されるため、弾性力学的エネルギーアキュムレータがエネルギーレギュレータとなるからである。

本発明により提案される風力発電機は、
・風からの運動エネルギーを回転運動または風車トルクに変換できる装置（８）と、
・前記回転運動を伝達するための機械的伝達要素、またはコニカルユニットおよび伝達ケーブルおよびプーリ、または半直接形カルダン（semi-directed cardan）（９）と、
・機械的差動要素または差動ユニット（１０）と、
・可変対でエネルギーを吸収しかつ広い作動領域内で事実上一定の対を供給できかつスパイラルの長さに沿って曲率が増大または減少するラジオイダルスパイラルに巻回されまたは巻回できるシート（１）を備えた弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ（１２）と、
・機械的エネルギーを電気エネルギーに変換できる発電機要素とを有している。

風力発電機は、最新技術の現在のシステムより明らかに優れているこの構成により達成される。

機械的差動要素または差動ユニット（１０）は幾つかの作動可能性を有し、これらの作動可能性のうち下記のものを挙げることができる。すなわち、
・２つの出力シャフト（１つは、風力を電力に変換するシャフト、他は、エネルギーを弾性力学的に貯蔵するシャフト）間で、差動入力シャフトのパワーを分けること、
・出力を、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する出力シャフトに向けてサポートすべく、弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータの入力シャフトおよび出力シャフトの出力を合計すること、
・弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータからの出力を、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する出力シャフトに向けて直接伝達すること、および
・弾性力学的アキュムレータ・レギュレータと、貯蔵されたエネルギーで風力発電機の運動を始動させることができる差動入力シャフトとの間にパワーを伝達することである。

図８は、本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータの作動図である。ここには、水素を用いて作動する、燃料タンク（１５）を備えた車両が示されている。水素は燃料電池（１６）に供給され、電気モータ（１７）を駆動する電気エネルギーを発生する。電気モータ（１７）には、本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータが連結されている。アキュムレータの出力は連続可変トランスミッション（１９）に伝達され、かつここから差動ユニット（２０）に伝達され、最終的にホイール（２１）に伝達される。エネルギーの流れは完全に可逆的であり、弾性力学的エネルギーによりまたはアキュムレータにより吸収された機械的トルクにより車両が減速されるときは、エネルギーの伝達および回収の両方を行うことができる。

このシステムは、これに包含されるコンポーネンツが簡単であることによる大きい長所を有し、このため、システムの耐久性およびこれに包含されるコンポーネンツの耐久性に有効である。

図９は、本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータを、例えば、病院、自動化されたビルディング、輸送網等における無停電電源システムに適用した例を示す。

このアキュムレータ・レギュレータは、或る時間フレーム内での連続給電を保証できる。すなわち、主電力網が故障したときおよび補助発電機システムが引継ぐ必要があるときに、停電またはマイクロカットを受けることなく連続給電を保証できる。なぜならば、パワーの入力および出力が、アキュムレータの弾性力学的レギュレーションを介して互いに完全に独立しているからである。

図９は、弾性力学的エネルギーアキュムレータ（２４）に接続されたモータ（２２）に電力網を接続する方法を示している。弾性力学的エネルギーアキュムレータ（２４）に蓄積されたエネルギーは、電力網の接続が故障したときに、一定の態様で供給が続けられる。アキュムレータの出力は、ビルディング用電力を既に発生している発電機（単一または複数）（２５）に向けられる。電力網が故障した場合には、プログラムされた貯蔵レベルにあるアキュムレータが、停電を引起こすことなく、アキュムレータが完全に放出し尽くすまで、ビルディング用電力を供給する発電機（２５）を連続的に駆動する。

このシステムは、燃料電池（２３）に基いた補助給電システムにより補完され、この補助給電システムは、電力網が長期に停電した場合にモータ（２２）を駆動する。本発明の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、ビルディングへの電源に停電を生じさせることがない状況を達成する。

このアキュムレータは、非常に低いエネルギーコストで夜間電気エネルギーを貯蔵でき、また燃焼エンジン等の手段を用いた補助発電システムを設けることもできる。

１ シート
２ シャフト
４ ラミネートモールド（スチールプレート）
５ ラミネート
６ 真空バッグ
７ エラストマー
８ ベーン装置
１０ 差動要素
１１ 発電機
１２ 弾性力学的エネルギー貯蔵システム
１４ 水素発生電解槽ユニット
１５ 燃料タンク
１６、２３ 燃料電池
１７、２２ 電気モータ
１８、２４ 弾性力学的エネルギーアキュムレータ

Claims (34)

1. スパイラルの長さに沿って増大または減少する曲率をもつラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、かつ可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できるシートを有することを特徴とする弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ。
2. ラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回できる前記シートは、スパイラルの長さに沿ってリニアに増大しまたは減少する曲率を有することを特徴とする請求項１記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ。
3. スプリングの態様で互いに重なり合うように巻回できるシートのラミネートまたは組が、その長さ方向に沿って可変の、厚さまたは幅または補強体の少なくとも１つを有し、かつ両端部が保持されていることを特徴とする請求項１および２記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ。
4. 前記シートのラミネートまたは組は、ポリマーマトリックスおよび繊維補強体を備えた複合材で作られていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ。
5. ラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、機械的に直列に連結され、高可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できる少なくとも２つのシートで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ。
6. ラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、機械的に並列に連結され、可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクで多量のエネルギーを供給できる少なくとも２つのシートで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ。
7. ラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、直列または並列に連結され、可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できる３つ以上のシートで形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ。
8. 弾性力学的エネルギー供給またはエネルギー蓄積を自動的に調整する機械的差動装置を介して連結することにより、エネルギー発生装置に組み込むことができることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ。
9. ラジオイダルスプリングとして互いに重なり合うように巻回されまたは巻回できるシートのラミネートまたは組の製造方法において、
   ラミネートのモールドを、ラジオイダルスパイラルの形状に配置する段階と、
   複合材で作られたシートのラミネートまたは組を、モールドの内面に接触するように導入する段階と、
   ラミネートを保持しまたはコンパクトにして空気との接触を防止する真空バッグを設ける段階と、
   組立体の内部に、ラミネートとの接触表面上で加熱される充填エラストマーであって、その端部が閉円内で仕上げられる充填エラストマーを設ける段階とを有することを特徴とする、ラジオイダルスプリングとして互いに重なり合うように巻回されまたは巻回できるシートのラミネートまたは組の製造方法。
10. 前記加熱は、ラミネートに接触して配置される約５ｍｍの厚さのパッドにより行われることを特徴とする請求項９記載のラジオイダルスプリングとして互いに重なり合うように巻回されまたは巻回できるシートのラミネートまたは組の製造方法。
11. 到達する重合温度は約１３０℃であることを特徴とする請求項９記載のラジオイダルスプリングとして互いに重なり合うように巻回されまたは巻回できるシートのラミネートまたは組の製造方法。
12. 請求項１から８のいずれか１項記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータにエネルギーを弾性力学的に蓄積することを特徴とする、過剰のエネルギーを吸収しかつエネルギーが不足するときにエネルギーを供給できるエネルギーレギュレータ。
13. 直列に配置された請求項１から８のいずれか１項記載の少なくとも２つの弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータを有することを特徴とするエネルギーレギュレータ。
14. 並列に配置された請求項１から８のいずれか１項記載の少なくとも２つの弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータを有することを特徴とするエネルギーレギュレータ。
15. 並列に配置された請求項１から８のいずれか１項記載の少なくとも２つの弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータを有することを特徴とするエネルギーレギュレータ。
16. 風からの運動エネルギーを回転運動または風車トルクに変換できる装置と、
    前記回転運動の機械的伝達要素すなわちコニカルユニットと、
    機械的差動要素すなわち差動ユニットと、
    スパイラルの長さに沿って増大または減少する曲率をもつラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、かつ可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できるシートを有する弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータと、
    機械的エネルギーを電気エネルギーに変換できる発電機要素とを有することを特徴とする風力発電機。
17. 前記機械的差動要素は、回転トルクを、発電機要素および弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータの両方に伝達することを特徴とする請求項１６記載の風力発電機。
18. 弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータ内に蓄積された弾性力学的エネルギーにより、運動を、差動ユニットを介して、弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータから発電機に伝達できることを特徴とする請求項１６記載の風力発電機。
19. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、スパイラルの長さに沿って増大または減少する曲率をもつラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、かつ可変トルクでエネルギーを吸収し、かつ、広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できるシートを有することを特徴とする請求項１６記載の風力発電機。
20. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、スパイラルの長さに沿ってリニアに増大または減少する曲率をもつラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、かつ可変トルクでエネルギーを吸収し、かつ、広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できるシートを有することを特徴とする請求項１６記載の風力発電機。
21. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、スプリングの態様で互いに重なり合うように巻回でき、その長さ方向に沿って可変の、厚さまたは幅または補強体の少なくとも１つを有し、両端部が保持されているシートを有していることを特徴とする請求項１６、１９および２０のいずれか１項記載の風力発電機。
22. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータが、ポリマーマトリックスおよび繊維補強体を備えた複合材で作られたラミネートまたは組を有していることを特徴とする請求項１６および１８から２１のいずれか１項記載の風力発電機。
23. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、直列に連結されたラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、高可変トルクでエネルギーを吸収し、かつ、広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できる少なくとも２つのシートで形成されていることを特徴とする請求項１６および１８から２２のいずれか１項記載の風力発電機。
24. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、並列に連結されたラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できる少なくとも２つのシートで形成されており、大きいエネルギー蓄積ができることを特徴とする請求項１６および１８から２２のいずれか１項記載の風力発電機。
25. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータは、直列および並列に連結されたラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、可変トルクでエネルギーを吸収しかつ広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できる３つ以上のシートで形成されており、特殊な形状の設計が可能であることを特徴とする請求項１６および１８から２２のいずれか１項記載の風力発電機。
26. 機械的エネルギー発生装置と、
    前記機械的エネルギーを伝達するための伝達要素と、
    機械的差動要素すなわち差動ユニットと、
    スパイラルの長さに沿って増大または減少する曲率をもつラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、かつ事実上可変トルクを供給しかつ吸収し広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できるシートを有する弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータと、
    機械的エネルギーを電気エネルギーに変換できる発電機要素と、
    水素発生電解槽と、
    を有することを特徴とする水素発生ユニット。
27. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータが、請求項１から８のいずれか１項記載にしたがって形成されていることを特徴とする請求項２６記載の水素発生ユニット。
28. 電気エネルギーを機械的エネルギーに変換できる発電機要素と、
    スパイラルの長さに沿って増大または減少する曲率をもつラジオイダルスパイラル形態で巻回されまたは巻回でき、かつ可変トルクでエネルギーを吸収し、かつ、広い作動領域で事実上一定のトルクを供給できるシートを有する弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータと、
    弾性力学的エネルギーアキュムレータからの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換できる装置との相互連結要素と、
    を有することを特徴とする補助エネルギーユニット。
29. 前記弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータが請求項１から８のいずれか１項記載にしたがって形成されていることを特徴とする請求項２８記載の補助エネルギーユニット。
30. 燃料タンク（１５）が設けられており、水素が燃料電池（１６）を供給しかつ電気モータ（１７）の駆動に応答できる電気エネルギーを発生する、作動に水素を使用できる車両において、前記電気モータは請求項１から８のいずれか１項記載の弾性力学的エネルギーアキュムレータ・レギュレータに接続されており、このアキュムレータの出力は、連続可変トランスミッション（１９）に連結され、更にこのトランスミッション（１９）から差動グルーブ（２０）に連結され、最終的にその駆動力がホイール（２１）に伝達されることを特徴とする車両。
31. エネルギーの流れが完全に可逆的であり、車両が制動されたとき、弾性力学的エネルギーまたはアキュムレータにより吸収される機械的トルクによりエネルギー伝達および回収の両方が可能であることを特徴とする請求項３０記載の車両。
32. 車両は自動車であることを特徴とする請求項３０および３１記載の車両。
33. 車両は鉄道車両であることを特徴とする請求項３１および３２記載の車両。
34. 車両は海洋乗物であることを特徴とする請求項３２および３３記載の車両。

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