風力発電装置のローターブレード
【課題】所定の輪郭深さを有するローターブレード、および従来よりよい効率を持つ風力発電装置を提供する。
【解決手段】風力発電装置のローターブレードは、翼弦長において、最先端から約15%〜40%の間の範囲内、好ましくは約23%〜28%の範囲内の位置でローターブレードの横断面の厚さは増大となり、その最大の厚さは、約20%と45%の間に、好ましくは、約32%と36%の間にある。
【解決手段】風力発電装置のローターブレードは、翼弦長において、最先端から約15%〜40%の間の範囲内、好ましくは約23%〜28%の範囲内の位置でローターブレードの横断面の厚さは増大となり、その最大の厚さは、約20%と45%の間に、好ましくは、約32%と36%の間にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置のローターブレードおよび風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この点の注目での最先端技術として、Ｅｒｉｃｈ Ｈａｕによる「Ｗｉｎｄｋｒａｆｔａｎｌａｇｅｎ」（１９９６年）の書物に一般に向けられるべきである。その書物は、風力発電装置を含み、そのような風力発電装置のロータープレードおよびそのローターブレードの横断面が最先技術として述べられている。１０２ページの図５．３４は、ＮＡＣＡに基づく航空力学のローターブレードの幾何学的なローターブレードパラメーターを例証している。ローターブレードは、翼弦長に対応するローターブレードの深さ、翼弦上に平均ラインの最大上昇である最大の反り（又は反りの比率）、反りの増加（つまり、最大の反りが、ローターブレードの横断内に提供される箇所での横断面の深さに対する位置）、中央ライン上の中心ポイントで記される円の最大直径としての最大ローターブレード厚さ、および厚さの増加（ローターブレードの横断面がその最大ローターブレード厚さとなる箇所での、輪郭深さに対する位置）、によって記述されていることに理解されるべきである。さらに、ローターブレードの横断面について述べるために、最先端の半径および、下側およびトップの調和した形状が考察される。Ｅｒｉｃｈ Ｈａｕの書物からの既知の用語は、この出願のローターの断面の別の記述のために、保持されなくてはならない。
【０００３】
ローターブレードは多くの態様に関して最適化されることになっている。一方では、それらは静かであるべきであり、他方では、最大の動的パワーを供給もすべきであり、そのため、ほんの少しの風であっても、風力発電装置は始動し、公称の風速（風力発電装置の公称パワーに初めて到達する速度）、はできるだけ低い力の風で到達する。
【０００４】
風速がその後、さらに上昇すれば、ピッチが調整される今日の風力発電装置を考慮した時、ローターブレードは、公称パワーが更に維持され、風に対してローターブレードの作用する作用表面エリアは減少して、風力発電装置の全体あるいは一部を機械的な損害から保護する。しかしながら、風力発電装置のローターブレードの翼形の航空力学の特性に大きな重要性が起因することは重大である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、ローターブレードの翼形を有するローターブレード、および、従来より良い効率の風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によれば、前記目的は、独立クレームのうちの１つで述べられるような特徴を備えたローターブレードの縦断面があるローターブレードにより達成される。有利な発展は付帯的なクレームに記述される。この発明によるローターブレードの翼形における特定のものが表１の中で述べられる。この発明は、多くの図面によって以下、例証される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明による風力発電装置の正面からの斜視図を示す。
【図２】この発明による風力発電装置の背後および側部からの斜視図を示す。
【図３】この発明による風力発電装置の側部から見た図を示す。
【図４】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図５】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図６】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図７】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図８】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図９】この発明による風力発電装置の拡大したスケールでの図を示す。
【図１０】この発明によるローターブレードの図を示す。
【図１１】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１２】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１３】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１４】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１５】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１６】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１７】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１８】この発明によるローターブレードのハブ近傍での横断面図を示す。
【図１９】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
この出願に基づき記述されるローターブレードの翼形は、特に、（ハブへの接続のために）ローターブレード接続を行う、ローターブレードの箇所で規定される。好ましくは、この明細書に記述されたローターブレード１は、ローターブレード１の全長に対し、最初の１／３で規定される。この点で、ローターブレード１の全長は、風力発電装置が含まれるべき公称パワーに依存して、１０ ｍから７０ｍの間にある。したがって、例えば、Ｅｎｅｒｃｏｎ社のタイプＥ−３０からの風力発電装置の公称パワーが３００ｋＷである一方、Ｅｎｅｒｃｏｎ社のタイプＥ−１１２（直径、約１１２ｍ）からの風力発電装置の公称パワーは４．５ＭＷである。
【０００９】
この発明によるローターブレードの翼形で特に特徴的であることは、その翼形の最大厚さが、ローターブレードの翼弦長の約２５％から４０％の間に、好ましくは、ローターブレードの翼弦長３２％から３６％の間にあるということである。図１８では、ローターブレードの最大厚さは、ローターブレードの翼弦長の約３４．６％である。ローターブレード後縁３の中心２からローターブレード前縁５の主要なポイント４に及ぶ翼弦が図１で示される。厚さの増大（つまり、ブレード長にわたって最大の翼形の厚さが生じるところの部位）は、翼弦長において、前縁から約２０％から３０％の間であり、好ましくは、２３％から２８％の間であり、図示した例では２５．９％である。最大厚さは、翼弦に垂直になっていることが確認され、また、その増大は、ローターブレードの前縁５と関係がある。
【００１０】
さらに、図１８は、中間の反りライン７が何であるかを示す。その反りライン７は、ローターブレード８の各ポイントでのそれぞれの厚さの半分に起因する。従って、その反りラインは、まっすぐには延在せずに、ローターブレード１の加圧側面１１上と、ローターブレード１の減圧側面１０とに対向して配置されたポイントの間で常に正確に延在する。その反りラインは、ローターブレードの後縁およびローターブレードの前縁で翼弦と交差する。
【００１１】
この発明によるローターブレードの横断面中の反りの増大の位置は、翼弦長の約５５％から７０％の間に、好ましくは約５９％から６３％の間にある。図示した例では、反りラインの増大の位置は翼弦長の約６１．９％である。この場合、最大の反りの値は、翼弦長の約４％から８％の間に、好ましくは約５％から７％の間にある。図示した例において、反りは、翼弦長の約５．８７％である。
【００１２】
この発明によるローターブレードの翼形の点で特に著しいことは、加圧側面のローターブレードが翼弦を２回カットすることであり、つまり、その箇所では、加圧側面が凹面形状であるのに対し、翼形の前面では加圧側面が凸面の形状であることである。加圧側面が凹面の形状である領域では、反対側に配置された減圧側面は、ほぼ直線ラインにより境界が設定される。
【００１３】
加圧側面１１に、凹面の屈曲を備えること、あるいは減圧側面１０に、直線状の境界を備えることは確かに公知である。しかしながら、それらの２つの手段の結合は、この発明によるローターブレードの翼形に対しては大きな意義があり、そして、この発明によるローターブレード１に関して特有である。さらに、図示したローターブレード１の翼形の後縁３は顕著に厚い。しかしながら、図示した翼形は、ローター円の内側の１／３にあり、軌道の速度があまり高くので、そのことは、ローターブレードの後縁３で音の発生に関する問題を引き起こさない。
【００１４】
図の中で示された形状のｘ−ｙ−座標は、表１に再掲される。また、したがって、この発明によるローターブレードの横断面はそこに正確に記載される。
〔表１〕
【００１５】
ローターブレードの航空力学の形を改善するために、ローターブレードは根本の領域では最大の幅（すなわち翼弦長）をもち、従って、最適の航空力学の形に多かれ少なかれ近似される形（平面図では）である。
【００１６】
好ましくは、ローターブレードの根本の領域では、ローターブレードは、ローターブレードの根本の下端（それは風力発電装置のポッドの方に向いている）が、ローターブレードが少なくとも１つの角位置にあるときには、ポッドの外部輪郭に適応されるような構造である。例えば、ポッドと、ローターブレードの根本の下端（これは、ローターブレードが公称の風位置の中に位置する場合、ポッドの方へ向いている）との間に、非常に小さな間隔、例えば約５ｍｍから１００ｍｍの間の間隔が存在する。
【００１７】
上記の示された特性を備えたローターブレードは、部分的に１０％まで、パワーの顕著なより高い増大の余裕がある。予測できなかったパワーの増加によって、この発明による風力発電装置は、公称の風速以下の与えられた風速で、より高いパワー出力を達成する。さらに、それは、その公称パワー出力に従来より早く到達する。従って、そのローターブレード１もより早く回転でき（ピッチが早まり）、これは、一方では音放射のレベルが、他方、設置上の機械的な負荷が低下することを提供する。
【００１８】
その観点では、この発明は、最近一般的なローターブレードの輪郭が、明白に異なる風速を用いて、しかし常に一定の気流で、風洞の中で調査されるという認識に基づく。自然界において、しかしながら、風が表面のエリアで一様に吹くことは極めてまれな場合であり、むしろ確率的な法則にゆだねられ、既知のローターブレードは、突風の結果として、ローターハブの近くのブレードの内部領域でフローの剥離を必ず含み、そのブレードは、事実、空気力学的に最適の配置にもはや存在しない。フローの剥離現象は、それの（ローターブレード先端の）外側領域の方向のローターブレードに沿った距離に伝わる。その結果、そのフローは、ローターブレードから分離されるようになり、その結果、対応するパワーロスに帰着する。この発明および上記の記述された基本的な状況にしたがって注意を払う場合には、新規なローターブレードでかつ、ローターブレードの内部領域に置いても新規な、ローターブレードのために、パワー出力の相当な増加を達成することが可能である。
【００１９】
今、既知の標準のローターブレードが、この出願で提案した経験的に確認されたローターブレードの代わりに使用された場合、ローターブレードのための空気力学に新規な配置を与えるために、本願の場合に比べてほぼ２倍の最大輪郭深さ（これはローターブレードの翼弦長に相当）が、より低いローターブレードの領域（ハブの近くの領域）で要求されるであろう。前縁領域では、大きな翼形厚さが、負荷を安全にかつ信頼して伝えるために要求される。また２を越えるリフト値が要求される。
【００２０】
この従来の状況からわかるように、最近、一般的に構築されたローターブレードは、内部の領域で最大限の程度まで資源の節約に大きく貢献する。それに関する典型的な例は、既に上に引用したＥｒｉｃｈ Ｈａｕによる１９９６年の「Ｗｉｎｄｋｒａｆｔａｎｌａｇｅｎ」の１１４ページから１１５ページ内に分野の状況が示される。ローターブレードの接続部からある距離の領域、つまり、ローターブレードの接続部に近い領域（そこでは、従来の状況に基づきローターブレードの材料が節約される）で、常に輪郭深さが最大となることが理解できるであろう。しかしながら、最適の形が設計で使用される場合、ローターブレードの最も大きな最大輪郭深さは、例えば、ローターブレードの接続部から離れておらず、ローターブレードの接続部自身の領域にある。したがって、その構造は、ローターブレードの内部の領域で可能な限り大きな量の材料を節約しない。
【００２１】
従来実行されていた、材料の節約の理由は、ローターブレードの計算／開発に関して、（前に記述したように）フロー条件を考慮することに存在する。ローターブレードのための現在の計算プログラムがローターブレードを個々の間隔に分割し、全体のローターブレードのための評価をそこから引き出すために、各ローターブレード自身を計算するという事実がそれに加えられる。
【００２２】
しかしながら、現実には多少異なっているように見えることに気づくであろう。一方では、風は、与えられた表面エリア領域内に一様に、かつ静的に吹くことはなく、著しく確率的な挙動を示す。他方、内側の領域（それはローターハブの近くの領域）のローターブレードの低い周囲速度によって、風速の影響は相当であり、従って、入射角は、前記領域にて、瞬間風速に依存した高いレベルで変化する。それの結果として、ローターブレードからのフローの分離は、ローターブレードの内側の領域で頻繁に生じる。
【００２３】
そのような状況ではヒステリシス効果が作用する。すなわち、突風が過ぎた後、前の風速が再び生じた場合、ローターブレードでの流れは前と同じではないという効果である。もっと正確に言えば、同じ流れがローターブレードの表面に対して再び接するまで、風速はさらに落ちなければならない（したがって入射角はさらに変更されるに違いない）。しかしながら、風速がさらに落ちない場合、同じ流れがローターブレード表面に再び接していないので、ローターブレードへの風の流入にもかかわらず、力がローターブレードに及ぼされないことが、長い期間、起こるかもしれない。
【００２４】
フロー剥離の危険は、ローターブレードのこの発明による構成によって著しく低減される。その剥離の危険も比較的厚い輪郭によって低減される。パワーの相当な増加も次の事実によってうまく説明することができる。その事実とは、ヒステリシスの影響により、一旦、フローの剥離が生じると、（最先端技術に基づくローターブレードでは）パワーロスは相当な期間に維持されるということである。
【００２５】
パワーの増加の別の部分は、風が最小の抵抗の経路を利用するという事実によって説明することができる。したがって、ローターブレードがハブ近くの内側領域で非常に薄い場合（材料を大きく節約）、この内側領域はローター円の作動エリア内の「スリップ穴」と等価であり、そのスリップ穴を通って、空気が優先的に流れる。これは、ローター円エリア一帯の一様な分布に常に基づく共通の計算プログラムにおいては短所となることは確かである。
【００２６】
もし「スリップ穴」が、ハブ近くの領域のローターブレードの形態のために「閉じ」られれば、全体の円形表面エリアに気流の改善された分布を生じさせ、したがって、ローターブレードの外側領域に対する効果も多少増加される。従って、その「スリップ穴」を「閉じる」ステップは、この発明によるローターブレードのより高いパワー出力に貢献する。
【００２７】
「スリップ穴」に直接隣接するローターブレード部分を、全体のローターブレード部分と仮定していることは、従来の計算プログラムの別の短所である。特別のフロー条件（意図したフロー条件の頻繁なフロー・ブレークダウンおよびその後の回復）のため、そのように仮定できない。
【００２８】
図１１〜１７は、正面からの、あるいは側部からのこの発明による風力発電装置の斜視図を示す。ハブ近くのブレード領域において、３枚のローターブレードがどのようにして、ほとんどシームレスでポッドの外部配置へ推移するかに関して見ることができる。しかしながら、それらが公称上の風位置にある限りでは、これは、ローターブレードの位置に関してのみ当てはまる。
【００２９】
その後、風が公称の風をさらに上回る風が生じるなら、通常のように、ローターブレードは、ピッチ・コントロール（ピッチ調整）によって風からゆっくり移動させられる。図１５は、その場合では、より大きな間隔が、ローターブレードの内側領域の下端と、ポッドとの間に確かにあることを示す。しかしながら、図１５は、さらに構造がポッドの外部上に備えられていることを示している。その構造の横断面は、極めて本質的に、ハブ近くの領域のローターブレードの翼形の横断面に一致する。ローターブレードが公称速度にて入射角に向く場合、その構造は、ローターブレードの直下にあり、そのため、その構造と、ハブ近くの領域内のローターブレードとの間に小さなギャップだけが存在する。
【００３０】
従って、ポッドは、さらにローターブレード（それはローターブレードの一体的な構成部分でない）の一部を含む。
【００３１】
図１８の中で示されたローターブレードの翼形の場合は、前縁５の半径は、翼弦長のおよそ０．１４６倍である。
【００３２】
図１８から理解されるように、減圧側面の周長さは、より長く、ほとんど直線状の領域である。それは例えば以下のように記述することができる：輪郭深さが最大輪郭深さすなわち翼弦長の３８％〜１００％の間の領域では、輪郭半径は、輪郭深さの１．１９倍である。輪郭深さが最大輪郭深さの４０％〜８５％の間の領域では、輪郭半径は、輪郭深さのおよそ２．４４倍である（図１８を参照）。輪郭深さが最大輪郭深さの４２％〜４５％の間の領域では、その半径は、輪郭深さの５．５６倍である。
【００３３】
輪郭深さが最大輪郭深さの３６％〜１００％の間の領域では、理想的直線からの最大の偏差は輪郭長さの約０．０１２倍である。その値は、臨界的な値であり、曲率半径が変化するとき、最も大きな曲率半径はそれぞれの領域で既に特定している。
【００３４】
図示した例では、加圧側面の周長さは、輪郭深さの１．１１２倍である一方、減圧側面の周長さは輪郭深さの約１．１２４倍である。これは、減圧側面が、加圧側面より、単にわずかに些細に長いことを意味する。加圧側面に対する減圧側面の周長さの比率が、１．２未満である場合、好ましくは１．１未満、または、１から１．０３の値の範囲内なら、それはしたがって極めて有利である。
【００３５】
示された図面から理解されるように、ローターブレードは、スピナーで（つまり、風力発電装置のポッドの外側で）最大の輪郭深さすなわち翼弦長を直接持つ。したがって例えば、３０ｍのローター径を備えた風力発電装置の場合には、スピナーでの最大輪郭深さは、約１．８ｍと１．９ｍの間に、好ましくは１．８４ｍである。従ってもし、スピナーがほぼ３．２ｍの直径であれば、スピナーでのローターブレードの輪郭に対する、スピナーの径との比は約０．５７５である。最大輪郭深さとスピナーとの比率が０．４以上、あるいは０．５〜１の値の範囲内であれば、それはしたがってかなり有利である。その点では、各値は、上記の示された範囲にあると仮定することができる。上記の特定した例においては、最大輪郭深さとローター径の比率は約０．０６１である。従って、最大輪郭深さとローター径の比率が０．０５〜０．０１の間の値より大きな場合、その「スリップ穴」はできる限り小さくなり、それに関しては、例として与えられた値は、ローターブレードの効率については、非常に適切であると証明されている。なお、ローターブレードの表面は、根元部分で主ブレード面から、ローターブレードがねじれる方向に傾いている。
【００３６】
別の例は、図１８の中で示されたローターブレードの横切りを備えたローターブレードであり、ローターハブに近い側の１／３では、スピナーでの最大輪郭深さは約４．３５ｍ、スピナー径は５．４ｍ、およびローター径は、全長７１ｍである。また、スピナー径に対する最大輪郭深さの比は０．８０６であり、最大輪郭深さとローター径の比率も０．０６１である。上記の示された値は、ピッチ調整を備えたトリプルブレードに関する。
【００３７】
記述されたように、この発明によるローターブレードの場合には、ローターブレードの最も広い位置（最も大きな翼弦長を有する位置）は、まさしくローターブレードの接続領域であり得る。そのローターブレード１の接続は、風力発電装置のハブにローターブレードが接続（結合、ねじ止めなど）される箇所である。さらに、ローターブレードの下端１６（つまり風力発電装置のポッドの方に面する端）は、ポッドの外周部に極めて実質的に適合されるか、あるいは縦の方角に一致する。従って、ローターブレードがフェザー位置（もはや、風の方へ面する表面エリアが皆無）にある場合、この場合、そのローターブレードは、ポッドに向かう、下端と平行であり、下端とポッドの外周部との間の間隔は、最小、好ましくは５０ｃｍ未満あるいは、または２０ｃｍ未満である。
【００３８】
さて、そのローターブレードが風の方向にセットされる場合、ローターブレードに極めて近い領域（スリップ穴が極めて小さい）であっても、そのローターブレードは最大サイズの表面積を含む。前述の参照したＥｒｉｃｈ Ｈａｕ は、従来のローターブレードは、ハブに近づくにつれ規則的に減少することを示し（そのローターブレードは、そこでは幅すなわち翼弦長が最も広い部位に比べて幅がより狭い）、反対に、この発明によるローターブレードの場合には、そこで、最良の可能な程度まで風を有効的に利用することができるように、幅が最も広い位置は、まさしくハブ近傍の領域にある。
【００３９】
周知なように、非常に大きなローターブレード１を扱う場合、ローターブレードの非常に大きな幅すなわち翼弦長は、ハブ１７近傍に含まれる。今までどおりそのようなローターブレード１を輸送することができるように（大きなローターブレードの場合には、つまり、ローターブレードが３０ｍより長い場合、ハブ近くの領域のローターブレードの幅は、確実に５ｍから８ｍの間にあり得る）、ローターブレードは２つの部品で構成することが出来、その場合には、２つの部品は輸送の間に分離され、輸送後に合体される。その目的のために、その２つの部分は、風力発電装置に装着される前に、例えばねじ接続および取り外し不可の接続（接着剤）で一体に結合される。大きなローターブレードを扱う場合、それらのサイズのため、ローターブレードが合体されるため内部からアクセス可能なので、それは特に問題ではなく、そのため、合体された時、ローターブレードに、部品間で外観および分離ラインに、ほとんど目に見えないか、全く見えない、単一の外観を与える。
【００４０】
初期の測定が示すように、この発明によるローターブレードの設計は、公知のローターブレードと比較して著しく効率を増加させることができる。この発明による風力発電装置１の場合には図４〜８から理解できるように、そのローターブレードは、ハブの近くの領域で最も大きな最大輪郭深さすなわち翼弦長を持ち、更に、ローターブレードは、それらの全体の輪郭に沿って、ハブの近くの領域で移動させられ、風力発電装置の機械ハウジングのポッドのクラッド（スピナー）に極めて接近する。従って、ローターブレードの位置が、公称の風の範囲までの風速で採用される角度であることは、ローターブレードとポッドのクラッドとの間に非常に小さな間隔があることを意味する。他方、図１、２および３の中で例えば示されるような場合は、ローターブレードはそれらの輪郭の後部部分と共に、ポッドの外部のクラッドに極めて接近して移動される。例えば図１１〜１７の中で示される代替の実施例では、ポッドの外部のクラッドすなわちハブクラッドはローターブレードの一部であるがローターブレードとは一体ではない構造３０を備えている。したがって、ポッドの外側に備えられたローターブレードの一部である構造が、ポッドの外部のクラッドに固定され、公称の風速までのローターブレードの角度位置に対応する角度位置に配置されることは、特に図１５および１７から明確に見られる。その結果、少なくとも公称の風までの風速では、後部領域におけるローターブレードの下端とポッドの間に最小のギャップがある。
【００４１】
ローターブレードのこの発明による形態では、ローターの中心に、風のための全く小さな「スリップ穴」のみが存在することは、さらに図１９から明確に見ることができる。
【００４２】
図１８は、図１７の中でラインＡ−Ａに沿って得られるようなこの発明によるローターブレードの横断面を示し、つまり、ハブの近くの領域でのローターブレードのローターブレードである。
【００４３】
図１７は、さらにスピナーの直径Ｄをいかに理解されるかを示すことを含む。
【００４４】
ローターの直径は、回転する場合、ローターによってカバーされる円エリアの直径によって示される。
【００４５】
図１５および他のものから理解できるように、回転可能なローターブレードの一体化された構成部分でないローターブレードの一部３０は、ポッドの外部のクラッドの一体化された構成する部分である。それぞれの部分は、ポッドにねじで留めることができるか、あるいは、ポッドに対して一片に接着されるか結合される。
【００４６】
以下、本発明の好ましい実施形態を示す。
（実施形態１）
風力発電装置のローターブレードであり、そのローターブレードは、ほぼ15%〜40%の範囲、好ましくは約23%〜28%の範囲の厚さ地点を有し、そして、最大輪郭厚さは、約20%〜45%であり、好ましくは約32%〜36%であるローターブレード。
（実施形態２）
ローターブレードの横断面は、平均反りラインによって記述され、その最大の反りは、50°と70°の間の範囲にあり、好ましくはほぼ60°と65°の間の範囲にある実施形態１に係るローターブレード。
（実施形態３）
最大の反りは、約3%と10%の間にあり、好ましくは約4%と7%の間にある実施形態２に係るローターブレード。
（実施形態４）
前記横断面は、好ましくは、ローターブレードの接続部に隣接する、ローターブレードの下１／３に設けられる実施形態１〜３のいずれかに係るローターブレード。
（実施形態５）
ローターブレードは加圧側および減圧側面を有し、前記加圧側面は、凹面の湾曲を備えた部分を有し、そして、減圧側面には、ほとんど直線の部分が設けられる実施形態１〜４のいずれかに係るローターブレード。
（実施形態６）
ローターハブに装着される少なくとも１つのローターブレードおよびハブ・クラッド材を備え、前記ハブ・クラッド材の外側にローターブレードの一部が設けられ、前記ローターブレードの一部は、ハブ・クラッド材に固定的に結合されるが、風力発電装置のローターブレードの一体の構成部分でないことを特徴とする風力発電装置。
（実施形態７）
ハブ・クラッド材上に設けられるローターブレードの一部の輪郭面は実質的に、ハブ近傍領域でのローターブレードの輪郭に対応する実施形態６に係る風力発電装置。
（実施形態８）
ハブ・クラッド材上に設けられるローターブレードの一部は固定され、かつ、公称の風速以下の公称上の風速でのローターブレードの位置では、前記一部が、風力発電装置のローターブレードのハブ近傍領域の直下に位置するように、実質的に方位設定される実施形態７に係る風力発電装置。
（実施形態９）
実施形態１〜５のいずれかに係る少なくとも１つのローターブレードを備える風力発電装置。
（実施形態１０）
風力発電装置は、ローターブレードのハブ領域で最大の輪郭深さを有する少なくとも１つのローターブレードを設けたローターを有し、ローター直径に対する輪郭深さの比率は、約0.04と0.1の間の範囲にある値、好ましくは約0.055とO.7の間の値、例えば0.061を取る実施形態９に係る風力発電装置。
（実施形態１１）
発電機およびその発電機に接続されたローターを収容する機械ハウジングを備え、前記ローターは少なくとも２つのローターブレードを含み、前記ローターは、クラッド材(スピナー)を備えるハブを有し、前記スピナーの直径に対するローターブレードの輪郭深さの比率は、0.4以上の値であり、好ましくは、0.5〜1の範囲の値である実施形態９または１０に係る風力発電装置。
（実施形態１２）
好ましくは２つ以上のローターブレードを有するローターを備え、そのローターブレードは、最適の航空力学の形に幾分近似させた台形の形を有し、そのローターブレードは、ローターブレードの根本の領域でその最大幅を有し、又、風力発電装置のポッドに面する、ローターブレード根本は、そのエッジの形状が実質的に、ポッドの外部輪郭に(縦方向で)一致するよう形成された実施形態６〜１１のいずれかに係る風力発電装置。
（実施形態１３）
ポッドの方へ面する、ローターブレードの下側のエッジは、根本領域で、フェザー位置へのローターブレードの回転後には、ポッドの外部輪郭とほとんど平行である実施形態１２に係る風力発電装置。
（実施形態１４）
ポッドの方へ面するローターブレードの下側のエッジとポッドの外部輪郭との間隔は、フェザー位置で、50cm未満で好ましくは20cm未満である実施形態１３に係る風力発電装置。
（実施形態１５）
ローターブレードは、根本領域で主ブレード面から傾斜している実施形態６〜１４のいずれかに係る風力発電装置。
（実施形態１６）
ローターブレードは、根本領域で２個の部品で構成され、ローターブレードの縦方向に向かう分離ラインがある実施形態６〜１５のいずれかに係る風力発電装置。
（実施形態１７）
ローターブレードの両方の部品は、ローターブレードの風力発電装置への設置直前に合体される実施形態１６に係る風力発電装置。
（実施形態１８）
ローターブレードの部品はローターブレードの輸送の間は分離される実施形態１６または１７に係る風力発電装置。
（実施形態１９）
風力発電装置は、減圧側面および加圧側面によって特徴づけられる少なくとも１つのローターブレードを持ち、加圧側面の長さに対する減圧側面の長さの比率は、1.2の値未満で好ましくは1.1の未満で、特に1〜1.03の間の値の範囲内にある実施形態６〜１８のいずれかに係る風力発電装置。
【符号の説明】
【００４７】
１ ローターブレード
２ ローターブレードの中心
３ ローターブレード後縁
５ ローターブレード前縁
３０ ローターブレードの一端
【技術分野】
【０００１】
この発明は、風力発電装置のローターブレードおよび風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この点の注目での最先端技術として、Ｅｒｉｃｈ Ｈａｕによる「Ｗｉｎｄｋｒａｆｔａｎｌａｇｅｎ」（１９９６年）の書物に一般に向けられるべきである。その書物は、風力発電装置を含み、そのような風力発電装置のロータープレードおよびそのローターブレードの横断面が最先技術として述べられている。１０２ページの図５．３４は、ＮＡＣＡに基づく航空力学のローターブレードの幾何学的なローターブレードパラメーターを例証している。ローターブレードは、翼弦長に対応するローターブレードの深さ、翼弦上に平均ラインの最大上昇である最大の反り（又は反りの比率）、反りの増加（つまり、最大の反りが、ローターブレードの横断内に提供される箇所での横断面の深さに対する位置）、中央ライン上の中心ポイントで記される円の最大直径としての最大ローターブレード厚さ、および厚さの増加（ローターブレードの横断面がその最大ローターブレード厚さとなる箇所での、輪郭深さに対する位置）、によって記述されていることに理解されるべきである。さらに、ローターブレードの横断面について述べるために、最先端の半径および、下側およびトップの調和した形状が考察される。Ｅｒｉｃｈ Ｈａｕの書物からの既知の用語は、この出願のローターの断面の別の記述のために、保持されなくてはならない。
【０００３】
ローターブレードは多くの態様に関して最適化されることになっている。一方では、それらは静かであるべきであり、他方では、最大の動的パワーを供給もすべきであり、そのため、ほんの少しの風であっても、風力発電装置は始動し、公称の風速（風力発電装置の公称パワーに初めて到達する速度）、はできるだけ低い力の風で到達する。
【０００４】
風速がその後、さらに上昇すれば、ピッチが調整される今日の風力発電装置を考慮した時、ローターブレードは、公称パワーが更に維持され、風に対してローターブレードの作用する作用表面エリアは減少して、風力発電装置の全体あるいは一部を機械的な損害から保護する。しかしながら、風力発電装置のローターブレードの翼形の航空力学の特性に大きな重要性が起因することは重大である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の目的は、ローターブレードの翼形を有するローターブレード、および、従来より良い効率の風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によれば、前記目的は、独立クレームのうちの１つで述べられるような特徴を備えたローターブレードの縦断面があるローターブレードにより達成される。有利な発展は付帯的なクレームに記述される。この発明によるローターブレードの翼形における特定のものが表１の中で述べられる。この発明は、多くの図面によって以下、例証される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】この発明による風力発電装置の正面からの斜視図を示す。
【図２】この発明による風力発電装置の背後および側部からの斜視図を示す。
【図３】この発明による風力発電装置の側部から見た図を示す。
【図４】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図５】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図６】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図７】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図８】この発明による風力発電装置の様々な方向から見た図を示す。
【図９】この発明による風力発電装置の拡大したスケールでの図を示す。
【図１０】この発明によるローターブレードの図を示す。
【図１１】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１２】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１３】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１４】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１５】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１６】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１７】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【図１８】この発明によるローターブレードのハブ近傍での横断面図を示す。
【図１９】この発明による風力発電装置の様々な図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
この出願に基づき記述されるローターブレードの翼形は、特に、（ハブへの接続のために）ローターブレード接続を行う、ローターブレードの箇所で規定される。好ましくは、この明細書に記述されたローターブレード１は、ローターブレード１の全長に対し、最初の１／３で規定される。この点で、ローターブレード１の全長は、風力発電装置が含まれるべき公称パワーに依存して、１０ ｍから７０ｍの間にある。したがって、例えば、Ｅｎｅｒｃｏｎ社のタイプＥ−３０からの風力発電装置の公称パワーが３００ｋＷである一方、Ｅｎｅｒｃｏｎ社のタイプＥ−１１２（直径、約１１２ｍ）からの風力発電装置の公称パワーは４．５ＭＷである。
【０００９】
この発明によるローターブレードの翼形で特に特徴的であることは、その翼形の最大厚さが、ローターブレードの翼弦長の約２５％から４０％の間に、好ましくは、ローターブレードの翼弦長３２％から３６％の間にあるということである。図１８では、ローターブレードの最大厚さは、ローターブレードの翼弦長の約３４．６％である。ローターブレード後縁３の中心２からローターブレード前縁５の主要なポイント４に及ぶ翼弦が図１で示される。厚さの増大（つまり、ブレード長にわたって最大の翼形の厚さが生じるところの部位）は、翼弦長において、前縁から約２０％から３０％の間であり、好ましくは、２３％から２８％の間であり、図示した例では２５．９％である。最大厚さは、翼弦に垂直になっていることが確認され、また、その増大は、ローターブレードの前縁５と関係がある。
【００１０】
さらに、図１８は、中間の反りライン７が何であるかを示す。その反りライン７は、ローターブレード８の各ポイントでのそれぞれの厚さの半分に起因する。従って、その反りラインは、まっすぐには延在せずに、ローターブレード１の加圧側面１１上と、ローターブレード１の減圧側面１０とに対向して配置されたポイントの間で常に正確に延在する。その反りラインは、ローターブレードの後縁およびローターブレードの前縁で翼弦と交差する。
【００１１】
この発明によるローターブレードの横断面中の反りの増大の位置は、翼弦長の約５５％から７０％の間に、好ましくは約５９％から６３％の間にある。図示した例では、反りラインの増大の位置は翼弦長の約６１．９％である。この場合、最大の反りの値は、翼弦長の約４％から８％の間に、好ましくは約５％から７％の間にある。図示した例において、反りは、翼弦長の約５．８７％である。
【００１２】
この発明によるローターブレードの翼形の点で特に著しいことは、加圧側面のローターブレードが翼弦を２回カットすることであり、つまり、その箇所では、加圧側面が凹面形状であるのに対し、翼形の前面では加圧側面が凸面の形状であることである。加圧側面が凹面の形状である領域では、反対側に配置された減圧側面は、ほぼ直線ラインにより境界が設定される。
【００１３】
加圧側面１１に、凹面の屈曲を備えること、あるいは減圧側面１０に、直線状の境界を備えることは確かに公知である。しかしながら、それらの２つの手段の結合は、この発明によるローターブレードの翼形に対しては大きな意義があり、そして、この発明によるローターブレード１に関して特有である。さらに、図示したローターブレード１の翼形の後縁３は顕著に厚い。しかしながら、図示した翼形は、ローター円の内側の１／３にあり、軌道の速度があまり高くので、そのことは、ローターブレードの後縁３で音の発生に関する問題を引き起こさない。
【００１４】
図の中で示された形状のｘ−ｙ−座標は、表１に再掲される。また、したがって、この発明によるローターブレードの横断面はそこに正確に記載される。
〔表１〕
【００１５】
ローターブレードの航空力学の形を改善するために、ローターブレードは根本の領域では最大の幅（すなわち翼弦長）をもち、従って、最適の航空力学の形に多かれ少なかれ近似される形（平面図では）である。
【００１６】
好ましくは、ローターブレードの根本の領域では、ローターブレードは、ローターブレードの根本の下端（それは風力発電装置のポッドの方に向いている）が、ローターブレードが少なくとも１つの角位置にあるときには、ポッドの外部輪郭に適応されるような構造である。例えば、ポッドと、ローターブレードの根本の下端（これは、ローターブレードが公称の風位置の中に位置する場合、ポッドの方へ向いている）との間に、非常に小さな間隔、例えば約５ｍｍから１００ｍｍの間の間隔が存在する。
【００１７】
上記の示された特性を備えたローターブレードは、部分的に１０％まで、パワーの顕著なより高い増大の余裕がある。予測できなかったパワーの増加によって、この発明による風力発電装置は、公称の風速以下の与えられた風速で、より高いパワー出力を達成する。さらに、それは、その公称パワー出力に従来より早く到達する。従って、そのローターブレード１もより早く回転でき（ピッチが早まり）、これは、一方では音放射のレベルが、他方、設置上の機械的な負荷が低下することを提供する。
【００１８】
その観点では、この発明は、最近一般的なローターブレードの輪郭が、明白に異なる風速を用いて、しかし常に一定の気流で、風洞の中で調査されるという認識に基づく。自然界において、しかしながら、風が表面のエリアで一様に吹くことは極めてまれな場合であり、むしろ確率的な法則にゆだねられ、既知のローターブレードは、突風の結果として、ローターハブの近くのブレードの内部領域でフローの剥離を必ず含み、そのブレードは、事実、空気力学的に最適の配置にもはや存在しない。フローの剥離現象は、それの（ローターブレード先端の）外側領域の方向のローターブレードに沿った距離に伝わる。その結果、そのフローは、ローターブレードから分離されるようになり、その結果、対応するパワーロスに帰着する。この発明および上記の記述された基本的な状況にしたがって注意を払う場合には、新規なローターブレードでかつ、ローターブレードの内部領域に置いても新規な、ローターブレードのために、パワー出力の相当な増加を達成することが可能である。
【００１９】
今、既知の標準のローターブレードが、この出願で提案した経験的に確認されたローターブレードの代わりに使用された場合、ローターブレードのための空気力学に新規な配置を与えるために、本願の場合に比べてほぼ２倍の最大輪郭深さ（これはローターブレードの翼弦長に相当）が、より低いローターブレードの領域（ハブの近くの領域）で要求されるであろう。前縁領域では、大きな翼形厚さが、負荷を安全にかつ信頼して伝えるために要求される。また２を越えるリフト値が要求される。
【００２０】
この従来の状況からわかるように、最近、一般的に構築されたローターブレードは、内部の領域で最大限の程度まで資源の節約に大きく貢献する。それに関する典型的な例は、既に上に引用したＥｒｉｃｈ Ｈａｕによる１９９６年の「Ｗｉｎｄｋｒａｆｔａｎｌａｇｅｎ」の１１４ページから１１５ページ内に分野の状況が示される。ローターブレードの接続部からある距離の領域、つまり、ローターブレードの接続部に近い領域（そこでは、従来の状況に基づきローターブレードの材料が節約される）で、常に輪郭深さが最大となることが理解できるであろう。しかしながら、最適の形が設計で使用される場合、ローターブレードの最も大きな最大輪郭深さは、例えば、ローターブレードの接続部から離れておらず、ローターブレードの接続部自身の領域にある。したがって、その構造は、ローターブレードの内部の領域で可能な限り大きな量の材料を節約しない。
【００２１】
従来実行されていた、材料の節約の理由は、ローターブレードの計算／開発に関して、（前に記述したように）フロー条件を考慮することに存在する。ローターブレードのための現在の計算プログラムがローターブレードを個々の間隔に分割し、全体のローターブレードのための評価をそこから引き出すために、各ローターブレード自身を計算するという事実がそれに加えられる。
【００２２】
しかしながら、現実には多少異なっているように見えることに気づくであろう。一方では、風は、与えられた表面エリア領域内に一様に、かつ静的に吹くことはなく、著しく確率的な挙動を示す。他方、内側の領域（それはローターハブの近くの領域）のローターブレードの低い周囲速度によって、風速の影響は相当であり、従って、入射角は、前記領域にて、瞬間風速に依存した高いレベルで変化する。それの結果として、ローターブレードからのフローの分離は、ローターブレードの内側の領域で頻繁に生じる。
【００２３】
そのような状況ではヒステリシス効果が作用する。すなわち、突風が過ぎた後、前の風速が再び生じた場合、ローターブレードでの流れは前と同じではないという効果である。もっと正確に言えば、同じ流れがローターブレードの表面に対して再び接するまで、風速はさらに落ちなければならない（したがって入射角はさらに変更されるに違いない）。しかしながら、風速がさらに落ちない場合、同じ流れがローターブレード表面に再び接していないので、ローターブレードへの風の流入にもかかわらず、力がローターブレードに及ぼされないことが、長い期間、起こるかもしれない。
【００２４】
フロー剥離の危険は、ローターブレードのこの発明による構成によって著しく低減される。その剥離の危険も比較的厚い輪郭によって低減される。パワーの相当な増加も次の事実によってうまく説明することができる。その事実とは、ヒステリシスの影響により、一旦、フローの剥離が生じると、（最先端技術に基づくローターブレードでは）パワーロスは相当な期間に維持されるということである。
【００２５】
パワーの増加の別の部分は、風が最小の抵抗の経路を利用するという事実によって説明することができる。したがって、ローターブレードがハブ近くの内側領域で非常に薄い場合（材料を大きく節約）、この内側領域はローター円の作動エリア内の「スリップ穴」と等価であり、そのスリップ穴を通って、空気が優先的に流れる。これは、ローター円エリア一帯の一様な分布に常に基づく共通の計算プログラムにおいては短所となることは確かである。
【００２６】
もし「スリップ穴」が、ハブ近くの領域のローターブレードの形態のために「閉じ」られれば、全体の円形表面エリアに気流の改善された分布を生じさせ、したがって、ローターブレードの外側領域に対する効果も多少増加される。従って、その「スリップ穴」を「閉じる」ステップは、この発明によるローターブレードのより高いパワー出力に貢献する。
【００２７】
「スリップ穴」に直接隣接するローターブレード部分を、全体のローターブレード部分と仮定していることは、従来の計算プログラムの別の短所である。特別のフロー条件（意図したフロー条件の頻繁なフロー・ブレークダウンおよびその後の回復）のため、そのように仮定できない。
【００２８】
図１１〜１７は、正面からの、あるいは側部からのこの発明による風力発電装置の斜視図を示す。ハブ近くのブレード領域において、３枚のローターブレードがどのようにして、ほとんどシームレスでポッドの外部配置へ推移するかに関して見ることができる。しかしながら、それらが公称上の風位置にある限りでは、これは、ローターブレードの位置に関してのみ当てはまる。
【００２９】
その後、風が公称の風をさらに上回る風が生じるなら、通常のように、ローターブレードは、ピッチ・コントロール（ピッチ調整）によって風からゆっくり移動させられる。図１５は、その場合では、より大きな間隔が、ローターブレードの内側領域の下端と、ポッドとの間に確かにあることを示す。しかしながら、図１５は、さらに構造がポッドの外部上に備えられていることを示している。その構造の横断面は、極めて本質的に、ハブ近くの領域のローターブレードの翼形の横断面に一致する。ローターブレードが公称速度にて入射角に向く場合、その構造は、ローターブレードの直下にあり、そのため、その構造と、ハブ近くの領域内のローターブレードとの間に小さなギャップだけが存在する。
【００３０】
従って、ポッドは、さらにローターブレード（それはローターブレードの一体的な構成部分でない）の一部を含む。
【００３１】
図１８の中で示されたローターブレードの翼形の場合は、前縁５の半径は、翼弦長のおよそ０．１４６倍である。
【００３２】
図１８から理解されるように、減圧側面の周長さは、より長く、ほとんど直線状の領域である。それは例えば以下のように記述することができる：輪郭深さが最大輪郭深さすなわち翼弦長の３８％〜１００％の間の領域では、輪郭半径は、輪郭深さの１．１９倍である。輪郭深さが最大輪郭深さの４０％〜８５％の間の領域では、輪郭半径は、輪郭深さのおよそ２．４４倍である（図１８を参照）。輪郭深さが最大輪郭深さの４２％〜４５％の間の領域では、その半径は、輪郭深さの５．５６倍である。
【００３３】
輪郭深さが最大輪郭深さの３６％〜１００％の間の領域では、理想的直線からの最大の偏差は輪郭長さの約０．０１２倍である。その値は、臨界的な値であり、曲率半径が変化するとき、最も大きな曲率半径はそれぞれの領域で既に特定している。
【００３４】
図示した例では、加圧側面の周長さは、輪郭深さの１．１１２倍である一方、減圧側面の周長さは輪郭深さの約１．１２４倍である。これは、減圧側面が、加圧側面より、単にわずかに些細に長いことを意味する。加圧側面に対する減圧側面の周長さの比率が、１．２未満である場合、好ましくは１．１未満、または、１から１．０３の値の範囲内なら、それはしたがって極めて有利である。
【００３５】
示された図面から理解されるように、ローターブレードは、スピナーで（つまり、風力発電装置のポッドの外側で）最大の輪郭深さすなわち翼弦長を直接持つ。したがって例えば、３０ｍのローター径を備えた風力発電装置の場合には、スピナーでの最大輪郭深さは、約１．８ｍと１．９ｍの間に、好ましくは１．８４ｍである。従ってもし、スピナーがほぼ３．２ｍの直径であれば、スピナーでのローターブレードの輪郭に対する、スピナーの径との比は約０．５７５である。最大輪郭深さとスピナーとの比率が０．４以上、あるいは０．５〜１の値の範囲内であれば、それはしたがってかなり有利である。その点では、各値は、上記の示された範囲にあると仮定することができる。上記の特定した例においては、最大輪郭深さとローター径の比率は約０．０６１である。従って、最大輪郭深さとローター径の比率が０．０５〜０．０１の間の値より大きな場合、その「スリップ穴」はできる限り小さくなり、それに関しては、例として与えられた値は、ローターブレードの効率については、非常に適切であると証明されている。なお、ローターブレードの表面は、根元部分で主ブレード面から、ローターブレードがねじれる方向に傾いている。
【００３６】
別の例は、図１８の中で示されたローターブレードの横切りを備えたローターブレードであり、ローターハブに近い側の１／３では、スピナーでの最大輪郭深さは約４．３５ｍ、スピナー径は５．４ｍ、およびローター径は、全長７１ｍである。また、スピナー径に対する最大輪郭深さの比は０．８０６であり、最大輪郭深さとローター径の比率も０．０６１である。上記の示された値は、ピッチ調整を備えたトリプルブレードに関する。
【００３７】
記述されたように、この発明によるローターブレードの場合には、ローターブレードの最も広い位置（最も大きな翼弦長を有する位置）は、まさしくローターブレードの接続領域であり得る。そのローターブレード１の接続は、風力発電装置のハブにローターブレードが接続（結合、ねじ止めなど）される箇所である。さらに、ローターブレードの下端１６（つまり風力発電装置のポッドの方に面する端）は、ポッドの外周部に極めて実質的に適合されるか、あるいは縦の方角に一致する。従って、ローターブレードがフェザー位置（もはや、風の方へ面する表面エリアが皆無）にある場合、この場合、そのローターブレードは、ポッドに向かう、下端と平行であり、下端とポッドの外周部との間の間隔は、最小、好ましくは５０ｃｍ未満あるいは、または２０ｃｍ未満である。
【００３８】
さて、そのローターブレードが風の方向にセットされる場合、ローターブレードに極めて近い領域（スリップ穴が極めて小さい）であっても、そのローターブレードは最大サイズの表面積を含む。前述の参照したＥｒｉｃｈ Ｈａｕ は、従来のローターブレードは、ハブに近づくにつれ規則的に減少することを示し（そのローターブレードは、そこでは幅すなわち翼弦長が最も広い部位に比べて幅がより狭い）、反対に、この発明によるローターブレードの場合には、そこで、最良の可能な程度まで風を有効的に利用することができるように、幅が最も広い位置は、まさしくハブ近傍の領域にある。
【００３９】
周知なように、非常に大きなローターブレード１を扱う場合、ローターブレードの非常に大きな幅すなわち翼弦長は、ハブ１７近傍に含まれる。今までどおりそのようなローターブレード１を輸送することができるように（大きなローターブレードの場合には、つまり、ローターブレードが３０ｍより長い場合、ハブ近くの領域のローターブレードの幅は、確実に５ｍから８ｍの間にあり得る）、ローターブレードは２つの部品で構成することが出来、その場合には、２つの部品は輸送の間に分離され、輸送後に合体される。その目的のために、その２つの部分は、風力発電装置に装着される前に、例えばねじ接続および取り外し不可の接続（接着剤）で一体に結合される。大きなローターブレードを扱う場合、それらのサイズのため、ローターブレードが合体されるため内部からアクセス可能なので、それは特に問題ではなく、そのため、合体された時、ローターブレードに、部品間で外観および分離ラインに、ほとんど目に見えないか、全く見えない、単一の外観を与える。
【００４０】
初期の測定が示すように、この発明によるローターブレードの設計は、公知のローターブレードと比較して著しく効率を増加させることができる。この発明による風力発電装置１の場合には図４〜８から理解できるように、そのローターブレードは、ハブの近くの領域で最も大きな最大輪郭深さすなわち翼弦長を持ち、更に、ローターブレードは、それらの全体の輪郭に沿って、ハブの近くの領域で移動させられ、風力発電装置の機械ハウジングのポッドのクラッド（スピナー）に極めて接近する。従って、ローターブレードの位置が、公称の風の範囲までの風速で採用される角度であることは、ローターブレードとポッドのクラッドとの間に非常に小さな間隔があることを意味する。他方、図１、２および３の中で例えば示されるような場合は、ローターブレードはそれらの輪郭の後部部分と共に、ポッドの外部のクラッドに極めて接近して移動される。例えば図１１〜１７の中で示される代替の実施例では、ポッドの外部のクラッドすなわちハブクラッドはローターブレードの一部であるがローターブレードとは一体ではない構造３０を備えている。したがって、ポッドの外側に備えられたローターブレードの一部である構造が、ポッドの外部のクラッドに固定され、公称の風速までのローターブレードの角度位置に対応する角度位置に配置されることは、特に図１５および１７から明確に見られる。その結果、少なくとも公称の風までの風速では、後部領域におけるローターブレードの下端とポッドの間に最小のギャップがある。
【００４１】
ローターブレードのこの発明による形態では、ローターの中心に、風のための全く小さな「スリップ穴」のみが存在することは、さらに図１９から明確に見ることができる。
【００４２】
図１８は、図１７の中でラインＡ−Ａに沿って得られるようなこの発明によるローターブレードの横断面を示し、つまり、ハブの近くの領域でのローターブレードのローターブレードである。
【００４３】
図１７は、さらにスピナーの直径Ｄをいかに理解されるかを示すことを含む。
【００４４】
ローターの直径は、回転する場合、ローターによってカバーされる円エリアの直径によって示される。
【００４５】
図１５および他のものから理解できるように、回転可能なローターブレードの一体化された構成部分でないローターブレードの一部３０は、ポッドの外部のクラッドの一体化された構成する部分である。それぞれの部分は、ポッドにねじで留めることができるか、あるいは、ポッドに対して一片に接着されるか結合される。
【００４６】
以下、本発明の好ましい実施形態を示す。
（実施形態１）
風力発電装置のローターブレードであり、そのローターブレードは、ほぼ15%〜40%の範囲、好ましくは約23%〜28%の範囲の厚さ地点を有し、そして、最大輪郭厚さは、約20%〜45%であり、好ましくは約32%〜36%であるローターブレード。
（実施形態２）
ローターブレードの横断面は、平均反りラインによって記述され、その最大の反りは、50°と70°の間の範囲にあり、好ましくはほぼ60°と65°の間の範囲にある実施形態１に係るローターブレード。
（実施形態３）
最大の反りは、約3%と10%の間にあり、好ましくは約4%と7%の間にある実施形態２に係るローターブレード。
（実施形態４）
前記横断面は、好ましくは、ローターブレードの接続部に隣接する、ローターブレードの下１／３に設けられる実施形態１〜３のいずれかに係るローターブレード。
（実施形態５）
ローターブレードは加圧側および減圧側面を有し、前記加圧側面は、凹面の湾曲を備えた部分を有し、そして、減圧側面には、ほとんど直線の部分が設けられる実施形態１〜４のいずれかに係るローターブレード。
（実施形態６）
ローターハブに装着される少なくとも１つのローターブレードおよびハブ・クラッド材を備え、前記ハブ・クラッド材の外側にローターブレードの一部が設けられ、前記ローターブレードの一部は、ハブ・クラッド材に固定的に結合されるが、風力発電装置のローターブレードの一体の構成部分でないことを特徴とする風力発電装置。
（実施形態７）
ハブ・クラッド材上に設けられるローターブレードの一部の輪郭面は実質的に、ハブ近傍領域でのローターブレードの輪郭に対応する実施形態６に係る風力発電装置。
（実施形態８）
ハブ・クラッド材上に設けられるローターブレードの一部は固定され、かつ、公称の風速以下の公称上の風速でのローターブレードの位置では、前記一部が、風力発電装置のローターブレードのハブ近傍領域の直下に位置するように、実質的に方位設定される実施形態７に係る風力発電装置。
（実施形態９）
実施形態１〜５のいずれかに係る少なくとも１つのローターブレードを備える風力発電装置。
（実施形態１０）
風力発電装置は、ローターブレードのハブ領域で最大の輪郭深さを有する少なくとも１つのローターブレードを設けたローターを有し、ローター直径に対する輪郭深さの比率は、約0.04と0.1の間の範囲にある値、好ましくは約0.055とO.7の間の値、例えば0.061を取る実施形態９に係る風力発電装置。
（実施形態１１）
発電機およびその発電機に接続されたローターを収容する機械ハウジングを備え、前記ローターは少なくとも２つのローターブレードを含み、前記ローターは、クラッド材(スピナー)を備えるハブを有し、前記スピナーの直径に対するローターブレードの輪郭深さの比率は、0.4以上の値であり、好ましくは、0.5〜1の範囲の値である実施形態９または１０に係る風力発電装置。
（実施形態１２）
好ましくは２つ以上のローターブレードを有するローターを備え、そのローターブレードは、最適の航空力学の形に幾分近似させた台形の形を有し、そのローターブレードは、ローターブレードの根本の領域でその最大幅を有し、又、風力発電装置のポッドに面する、ローターブレード根本は、そのエッジの形状が実質的に、ポッドの外部輪郭に(縦方向で)一致するよう形成された実施形態６〜１１のいずれかに係る風力発電装置。
（実施形態１３）
ポッドの方へ面する、ローターブレードの下側のエッジは、根本領域で、フェザー位置へのローターブレードの回転後には、ポッドの外部輪郭とほとんど平行である実施形態１２に係る風力発電装置。
（実施形態１４）
ポッドの方へ面するローターブレードの下側のエッジとポッドの外部輪郭との間隔は、フェザー位置で、50cm未満で好ましくは20cm未満である実施形態１３に係る風力発電装置。
（実施形態１５）
ローターブレードは、根本領域で主ブレード面から傾斜している実施形態６〜１４のいずれかに係る風力発電装置。
（実施形態１６）
ローターブレードは、根本領域で２個の部品で構成され、ローターブレードの縦方向に向かう分離ラインがある実施形態６〜１５のいずれかに係る風力発電装置。
（実施形態１７）
ローターブレードの両方の部品は、ローターブレードの風力発電装置への設置直前に合体される実施形態１６に係る風力発電装置。
（実施形態１８）
ローターブレードの部品はローターブレードの輸送の間は分離される実施形態１６または１７に係る風力発電装置。
（実施形態１９）
風力発電装置は、減圧側面および加圧側面によって特徴づけられる少なくとも１つのローターブレードを持ち、加圧側面の長さに対する減圧側面の長さの比率は、1.2の値未満で好ましくは1.1の未満で、特に1〜1.03の間の値の範囲内にある実施形態６〜１８のいずれかに係る風力発電装置。
【符号の説明】
【００４７】
１ ローターブレード
２ ローターブレードの中心
３ ローターブレード後縁
５ ローターブレード前縁
３０ ローターブレードの一端
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローターハブに取り付けられ翼形を有する少なくとも１つのローターブレードと、ハブクラッドとを備える風力発電装置であり、
ハブクラッドの外側に構造が備えられ、その構造の横断面はローターハブの近傍の領域でのローターブレードの翼形の横断面に対応し、前記構造はハブクラッドに固定して接続され、
ハブクラッド上に備えられた前記構造は、ローターハブに対して静止し、かつ、公称の風速での入射角にローターブレードが設定された時にローターブレードの直下にあるようにハブクラッド上に配置され、その結果、ローターブレードのローターハブの近傍の領域で、前記構造とローターブレードとの間に小さい間隔のみが存在する、風力発電装置。
【請求項２】
ローターブレードの翼弦長において、最先端から２０％から３０％の範囲の位置で、ローターブレードの横断面の厚さは最大となり、その最大厚さの大きさは、翼弦長の２５％から４０％の範囲内の値である請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
ローターブレードの翼形は、中間の反りラインによって記述され、その反り量が最大の位置は、ローターブレードの翼弦長において、最先端から５５％から７０％の間の範囲にある請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記最大の反り量は、ローターブレードの翼弦長の約４％から８％の間にある請求項１〜３のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項５】
ローターブレードの全長のローターハブに近い側の１／３内に、前記ローターブレードの翼形が与えられる請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
ローターブレードは加圧側面および減圧側面を有し、前記加圧側面は、凹面の湾曲を備えた部分を有し、そして、減圧側面には、直線の部分が設けられる請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項７】
ハブクラッド上に装着される構造の形状は、実質的に、ローターハブ近くの領域におけるローターブレードの翼形の形状に対応する請求項６記載の風力発電装置。
【請求項８】
少なくとも１つのローターブレードに適応するローターを持ち、前記ローターブレードは、ローターブレードのローターハブ近くの領域で最大の翼弦長であり、ローター径に対する翼弦長比は０．０５から０．１の範囲内での値である請求項１〜７のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項９】
発電機および発電機に接続されるローターを収納するマシンハウジングを備え、
ローターは少なくとも２つのローターブレードを含み、ローターは、前記ハブクラッドとしてスピナーを備え、スピナーの直径に対するローターブレードの翼弦長の比は０．５〜１の範囲の値である請求項１〜８のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１０】
ローターブレードの表面は、根元部分で主ブレード面から、ローターブレードがねじれる方向に傾いている請求項１〜９のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１１】
ローターブレードは根元領域で２つの部品からなる構成を備え、ローターブレードの縦方向に向いた分離ラインが存在する請求項１〜１０のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１２】
ローターブレードの２つの部品は、風力発電装置にローターブレードの組み込み前に合体されている請求項１１に記載の風力発電装置。
【請求項１３】
ローターブレードの２つの部品は、ローターブレードの輸送時には分離されている請求項１１または１２に記載の風力発電装置。
【請求項１４】
減圧側面および加圧側面を備える少なくとも１つのローターブレードを持ち、ローターブレードの横断面における加圧側面の周長さに対する減圧側面の周長さの比は、１．２未満である請求項１〜１３のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１】
ローターハブに取り付けられ翼形を有する少なくとも１つのローターブレードと、ハブクラッドとを備える風力発電装置であり、
ハブクラッドの外側に構造が備えられ、その構造の横断面はローターハブの近傍の領域でのローターブレードの翼形の横断面に対応し、前記構造はハブクラッドに固定して接続され、
ハブクラッド上に備えられた前記構造は、ローターハブに対して静止し、かつ、公称の風速での入射角にローターブレードが設定された時にローターブレードの直下にあるようにハブクラッド上に配置され、その結果、ローターブレードのローターハブの近傍の領域で、前記構造とローターブレードとの間に小さい間隔のみが存在する、風力発電装置。
【請求項２】
ローターブレードの翼弦長において、最先端から２０％から３０％の範囲の位置で、ローターブレードの横断面の厚さは最大となり、その最大厚さの大きさは、翼弦長の２５％から４０％の範囲内の値である請求項１記載の風力発電装置。
【請求項３】
ローターブレードの翼形は、中間の反りラインによって記述され、その反り量が最大の位置は、ローターブレードの翼弦長において、最先端から５５％から７０％の間の範囲にある請求項１または２に記載の風力発電装置。
【請求項４】
前記最大の反り量は、ローターブレードの翼弦長の約４％から８％の間にある請求項１〜３のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項５】
ローターブレードの全長のローターハブに近い側の１／３内に、前記ローターブレードの翼形が与えられる請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項６】
ローターブレードは加圧側面および減圧側面を有し、前記加圧側面は、凹面の湾曲を備えた部分を有し、そして、減圧側面には、直線の部分が設けられる請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項７】
ハブクラッド上に装着される構造の形状は、実質的に、ローターハブ近くの領域におけるローターブレードの翼形の形状に対応する請求項６記載の風力発電装置。
【請求項８】
少なくとも１つのローターブレードに適応するローターを持ち、前記ローターブレードは、ローターブレードのローターハブ近くの領域で最大の翼弦長であり、ローター径に対する翼弦長比は０．０５から０．１の範囲内での値である請求項１〜７のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項９】
発電機および発電機に接続されるローターを収納するマシンハウジングを備え、
ローターは少なくとも２つのローターブレードを含み、ローターは、前記ハブクラッドとしてスピナーを備え、スピナーの直径に対するローターブレードの翼弦長の比は０．５〜１の範囲の値である請求項１〜８のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１０】
ローターブレードの表面は、根元部分で主ブレード面から、ローターブレードがねじれる方向に傾いている請求項１〜９のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１１】
ローターブレードは根元領域で２つの部品からなる構成を備え、ローターブレードの縦方向に向いた分離ラインが存在する請求項１〜１０のいずれかに記載の風力発電装置。
【請求項１２】
ローターブレードの２つの部品は、風力発電装置にローターブレードの組み込み前に合体されている請求項１１に記載の風力発電装置。
【請求項１３】
ローターブレードの２つの部品は、ローターブレードの輸送時には分離されている請求項１１または１２に記載の風力発電装置。
【請求項１４】
減圧側面および加圧側面を備える少なくとも１つのローターブレードを持ち、ローターブレードの横断面における加圧側面の周長さに対する減圧側面の周長さの比は、１．２未満である請求項１〜１３のいずれかに記載の風力発電装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−２９３６２２（Ｐ２００９−２９３６２２Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８３４７３（Ｐ２００９−１８３４７３）
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【分割の表示】特願２００４−５１１６９１（Ｐ２００４−５１１６９１）の分割
【原出願日】平成１５年５月２８日（２００３．５．２８）
【出願人】（５０００１７９４４）アロイス・ヴォベン (107)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月６日（２００９．８．６）
【分割の表示】特願２００４−５１１６９１（Ｐ２００４−５１１６９１）の分割
【原出願日】平成１５年５月２８日（２００３．５．２８）
【出願人】（５０００１７９４４）アロイス・ヴォベン (107)
【Ｆターム（参考）】
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