特許 5886475 風力発電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5886475

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】風力発電装置

(51)【国際特許分類】

   F03D 80/00 20160101AFI20160303BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20160303BHJP

【ＦＩ】

   F03D11/00 A

   F03D1/06 A

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-512412(P2015-512412)

(86)(22)【出願日】2014年3月4日

(86)【国際出願番号】JP2014055480

(87)【国際公開番号】WO2015132884

(87)【国際公開日】20150911

【審査請求日】2015年3月4日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】一色国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】和田 泰孝

(72)【発明者】

【氏名】久保田 晴仁

(72)【発明者】

【氏名】山村 幸政

(72)【発明者】

【氏名】内山 一郎

(72)【発明者】

【氏名】尾山 圭二

(72)【発明者】

【氏名】山▲崎▼ 寿樹

【審査官】 佐藤 秀之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００７０２９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００６−５２４７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３７００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００６／０９５３９６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１６３０４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００４／０８１３７４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２５４２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４７４１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０９２７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２２９３２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００２２４６３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ ８０／００

Ｆ０３Ｄ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

揚力型の風車翼を有するロータが風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、
前記風車翼の翼背面に、前記風車翼内の閉空間と外部とを連通する開閉可能な開口部が前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記ロータの回転軸側の部位のみに設けられており、
前記翼背面における剥離現象、又は、その前兆現象が発生すると、前記開口部が開き、
前記剥離現象が解消した後、前記開口部が開いてから所定時間の経過後、又は、前記剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、前記開口部が閉じることを特徴とする風力発電装置。

【請求項2】

揚力型の風車翼を有するロータが風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、
前記風車翼の翼背面に、前記風車翼内の閉空間と外部とを連通する開閉可能な開口部が前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記ロータの回転軸側の部位のみに設けられており、
前記風車翼内の閉空間を前記翼背面側の空間と翼腹面側の空間とに分ける隔壁が、前記閉空間内に設けられていることを特徴とする風力発電装置。

【請求項3】

請求項１に記載の風力発電装置であって、
前記風車翼内の閉空間を前記翼背面側の空間と翼腹面側の空間とに分ける隔壁が、前記閉空間内に設けられていることを特徴とする風力発電装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３の何れか１項に記載の風力発電装置であって、
前記ロータの回転軸は水平方向に延び、前記風車翼はその長手方向が前記回転軸の径方向に沿うように放射状に取り付けられ、
前記翼背面のうち前記長手方向における前記回転軸側の部位に前記開口部が設けられていることを特徴とする風力発電装置。

【請求項5】

揚力型の風車翼を有するロータが風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、
前記風車翼の翼背面に、前記風車翼内の閉空間と外部とを連通する開閉可能な開口部が前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記ロータの回転軸側の部位のみに設けられており、
前記ロータの回転軸は水平方向に延び、前記風車翼はその長手方向が前記回転軸の径方向に沿うように放射状に取り付けられ、
前記翼背面のうち前記長手方向における前記回転軸側の部位に前記開口部が設けられており、
前記風車翼内の閉空間を前記長手方向に分ける隔壁であって、前記閉空間を、前記翼背面に前記開口部が設けられている空間と、前記翼背面に前記開口部が設けられていない空間と、に分ける隔壁が、前記閉空間内に設けられていることを特徴とする風力発電装置。

【請求項6】

請求項１から請求項５の何れか１項に記載の風力発電装置であって、
前記翼背面のうち、当該翼背面から翼腹面までの翼厚が最大となる位置よりも後縁側の部位に、前記開口部が設けられていることを特徴とする風力発電装置。

【請求項7】

請求項６に記載の風力発電装置であって、
前記翼背面のうち、前記翼厚が最大となる位置よりも前縁側の部位にも、前記開口部が設けられていることを特徴とする風力発電装置。

【請求項8】

揚力型の風車翼を有するロータが風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、
前記風車翼の翼背面に、前記風車翼内の閉空間と外部とを連通する開閉可能な開口部が前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記ロータの回転軸側の部位のみに設けられており、
前記閉空間内には、前記翼背面を形成する背側部材から翼腹面を形成する腹側部材まで延びる補強部材が設けられ、
前記補強部材よりも前記風車翼の前縁側の空間と後縁側の空間とを連通する孔が、前記補強部材に設けられていることを特徴とする風力発電装置。

【請求項9】

請求項１から請求項７の何れか１項に記載の風力発電装置であって、
前記閉空間内には、前記翼背面を形成する背側部材から翼腹面を形成する腹側部材まで延びる補強部材が設けられ、
前記補強部材よりも前記風車翼の前縁側の空間と後縁側の空間とを連通する孔が、前記補強部材に設けられていることを特徴とする風力発電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力発電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

揚力型の風車翼を有する風力発電装置では、翼背面を流れる気流の速度が翼腹面を流れる気流の速度よりも速くなることにより、翼背面側に向く揚力が発生する。この揚力により風車翼が回転して発電機が駆動されることにより、風力エネルギーが電気エネルギーに変換されて得られる。この揚力は、風車翼の周囲に発生する空気流の速度に比例して増大するため、例えば、風車翼の翼背面に渦発生手段を設け、翼背面との摩擦による空気流の速度低下を防止する風力発電装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−１２７４４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

また、風車翼の翼背面に発生する揚力は、風車翼の前縁と後縁とを結ぶ直線方向（翼弦方向）と、風車翼が受ける風向きと、で成す角度である迎え角を大きくする程に、増大する。但し、迎え角が所定角以上になると、翼背面から空気流が離れる剥離現象が発生し、風車翼の揚力が減少してしまう。また、翼背面にて剥離現象が発生すると、剥離箇所の下流側に負圧領域が発生し、翼内空間と翼背面上とで圧力差が生じ、翼背面を外側に引っ張る力が翼背面に掛かってしまう。その結果、翼背面が変形したり、風車翼の前縁に亀裂が生じたりする等して、風車翼が損傷してしまう。

【0005】

本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであって、風車翼の翼背面で発生する剥離現象による風車翼の損傷を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するための本発明の一つは、揚力型の風車翼を有するロータが風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、前記風車翼の翼背面に、前記風車翼内の閉空間と外部とを連通する開閉可能な開口部が前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記ロータの回転軸側の部位のみに設けられていることを特徴とする風力発電装置である。

【0007】

このような風力発電装置によれば、剥離現象により発生した翼背面の負圧領域に向けて、風車翼内の閉空間から空気流を流すことができる。よって、翼背面の負圧領域の圧力が高まり、且つ、翼内空間の圧力が低下して、両者の差圧が低減し、翼背面に掛かる力を低減することができ、風車翼の損傷を抑制することができる。また、開口部における凹部や突出部（例えば凹部の縁や蓋部材）を起因とする乱流の発生により剥離現象を停止したり、剥離現象の影響を低減したりすることができる。また、翼背面で剥離現象が発生していない時には開口部が閉じられるため、翼内空間と翼背面との間での空気流の流れを防止することができる。また、開口部における凹部や突出部を起因とする乱流の発生を防止することができる。よって、翼背面に沿って空気流を流すことができ、風車翼を効率よく回転させることができる。しかも、翼背面のうち、剥離現象が発生し易い翼根部側の部位にだけ開口部を設けることで、開口部の数を少なくして風車翼の製造コストの増加や風車翼の強度低下を抑えつつ、剥離現象による風車翼の損傷を確実に抑制することができる。

【0008】

かかる風力発電装置であって、前記翼背面における剥離現象、又は、その前兆現象が発生すると、前記開口部が開き、前記剥離現象が解消した後、前記開口部が開いてから所定時間の経過後、又は、前記剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、前記開口部が閉じることを特徴とする風力発電装置である。

【0009】

このような風力発電装置によれば、剥離現象により発生した翼背面の負圧領域に向けて、風車翼内の閉空間から空気流を流すことができ、風車翼の損傷を抑制することができる。また、開口部における凹部や突出部（例えば凹部の縁や蓋部材）を起因とする乱流の発生により剥離現象を停止したり、剥離現象の影響を低減したりすることができる。また、翼背面で剥離現象が発生していない時には、翼内空間と翼背面との間での空気流の流れを防止することと、開口部における凹部や突出部を起因とする乱流の発生を防止することにより、翼背面に沿って空気流を流すことができるため、風車翼を効率よく回転させることができる。

【0010】

かかる風力発電装置であって、前記風車翼内の閉空間を前記翼背面側の空間と翼腹面側の空間とに分ける隔壁が、前記閉空間内に設けられていることを特徴とする風力発電装置である。

【0011】

このような風力発電装置によれば、開口部が開いた時に、翼腹面側の翼内空間の圧力が下がって翼腹面に吹き付ける風の圧力と合わせて翼を破壊する力が掛かってしまうことを抑え、風車翼の損傷を抑制することができる。

【0012】

かかる風力発電装置であって、前記ロータの回転軸は水平方向に延び、前記風車翼はその長手方向が前記回転軸の径方向に沿うように放射状に取り付けられ、前記翼背面のうち前記長手方向における前記回転軸側の部位に前記開口部が設けられていることを特徴とする風力発電装置である。

【0013】

このような風力発電装置によれば、剥離現象が発生し易い翼根部側（回転軸側）の部位の損傷を確実に抑制することができる。

【0014】

かかる風力発電装置であって、前記風車翼内の閉空間を前記長手方向に分ける隔壁であって、前記閉空間を、前記翼背面に前記開口部が設けられている空間と、前記翼背面に前記開口部が設けられていない空間と、に分ける隔壁が、前記閉空間内に設けられていることを特徴とする風力発電装置である。

【0015】

このような風力発電装置によれば、開口部が開いた時に、翼背面に開口部が設けられていない空間（翼先端部側の空間）の圧力が下がって風車翼の外周面に力が掛かってしまうことを抑え、風車翼の損傷を抑制することができる。

【0016】

かかる風力発電装置であって、前記翼背面のうち、当該翼背面から翼腹面までの翼厚が最大となる位置よりも後縁側の部位に、前記開口部が設けられていることを特徴とする風力発電装置である。

【0017】

このような風力発電装置によれば、剥離現象により発生する負圧領域の位置に開口部が位置し易くなり、確実に且つ効率的に、翼内空間から負圧領域に向けて空気流を流し、翼内空間と翼背面上とでの圧力差を小さくすることができる。

【0018】

かかる風力発電装置であって、前記翼背面のうち、前記翼厚が最大となる位置よりも前縁側の部位にも、前記開口部が設けられていることを特徴とする風力発電装置である。

【0019】

このような風力発電装置によれば、剥離現象による負圧領域が翼背面の前縁側に発生したときにも、風車翼の損傷を抑制することができる。また、前縁側と後縁側の開口部を同時に開くことで、負圧領域に向けて連続的に多量に空気流を流すことができ、翼内空間と翼背面上とでの圧力差をより確実に小さくすることができる。

【0020】

かかる風力発電装置であって、前記閉空間内には、前記翼背面を形成する背側部材から翼腹面を形成する腹側部材まで延びる補強部材が設けられ、前記補強部材よりも前記風車翼の前縁側の空間と後縁側の空間とを連通する孔が、前記補強部材に設けられていることを特徴とする風力発電装置である。

【0021】

このような風力発電装置によれば、剥離現象による負圧領域が翼背面の前縁側に発生したときにも、前縁側の翼内空間と翼背面上とでの圧力差を小さくし、風車翼の損傷を抑制することができる。また、より大きな翼内空間から負圧領域に向けて多量に空気流を流すことができ、翼内空間と翼背面上とでの圧力差をより確実に小さくすることができる。

【0022】

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、風車翼の翼背面で発生する剥離現象による風車翼の損傷を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】風力発電装置の概略斜視図である。

【図2】風車翼の平面図である。

【図3A】図２の線ＡＡにおける風車翼の断面周りの空気流を説明する図である。

【図3B】図２の線ＢＢにおける風車翼の断面周りの空気流を説明する図である。

【図4】図２の線ＢＢにおける風車翼の断面図である。

【図5A】翼背面に設けられる開口部ユニットを説明する図である。

【図5B】翼背面に設けられる開口部ユニットを説明する図である。

【図5C】翼背面に設けられる開口部ユニットを説明する図である。

【図5D】翼背面に設けられる開口部ユニットを説明する図である。

【図6】風車翼の変形例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１は、風力発電装置１の概略斜視図であり、図２は、風車翼１０の平面図であり、図３Ａは、図２の線ＡＡにおける風車翼１０の断面周りの空気流を説明する図であり、図３Ｂは、図２の線ＢＢにおける風車翼１０の断面周りの空気流を説明する図である。図４は、図２の線ＢＢにおける風車翼１０の断面図である。
＜＜風力発電装置１＞＞
風力発電装置１は、地面等の基礎上に設置されるタワー２と、タワー２の頂部に設置され、発電機３やその回転軸４等を収容するナセル５と、揚力型の３本の風車翼１０を有し、水平方向に延びる回転軸４周りに回転するロータ６と、ナセル５に取り付けられた風向風速計７と、を有する。風車翼１０は、その長手方向が回転軸４の径方向に沿うように、放射状に取り付けられている。つまり、本実施形態の風力発電装置１は、水平軸揚力型風車を利用した発電装置である。但しこれに限らず、例えば、風車翼の回転軸が垂直方向に沿う風車を利用した発電装置でもよい。また、回転軸４の延びる方向は厳密な水平方向に限らず若干ずれた方向も含む。また、風車翼１０の数は３本に限定されるものではない。

【0026】

以下の説明のため、風車翼１０の前縁ＬＥと後縁ＴＥとを結ぶ直線方向を「翼弦方向」と呼び、前縁ＬＥと後縁ＴＥとを結ぶ直線の長さを「翼弦長」と呼び、風車翼１０の長手方向及び翼弦方向で形成される面に直交する方向（つまり図２の紙面に垂直な方向）を「翼厚方向」と呼び、翼背面１０ａから翼腹面１０ｂまでの翼厚方向の長さを「翼厚」と呼び、風車翼１０の長手方向における回転軸４側の部位を「翼根部」と呼び、その反対側の部位を「翼先端部」と呼ぶ。

【0027】

風車翼１０は、長手方向の全長に亘って翼背面１０ａ及び翼腹面１０ｂが流線形状を成すように形成されている。詳しくは、図４に示すように、前縁ＬＥから後縁ＴＥに向かって徐々に翼厚が厚くなり、位置Ｐにて最大翼厚となった後、後縁ＴＥに向かって徐々に翼厚が薄くなっている。なお、本実施形態の風車翼１０では、翼背面１０ａを形成する背側部材１０１の周縁と翼腹面１０ｂを形成する腹側部材１０２の周縁とが溶接等により接合され、背側部材１０１と腹側部材１０２によって風車翼１０内に閉空間が形成されている。また、風車翼１０では、図２に示すように、翼根部から翼先端部に向かって徐々に翼弦長が減少し、且つ、翼厚が薄くなっている。

【0028】

そして、風車翼１０が風を受け、風車翼１０の前縁ＬＥから後縁ＴＥへと空気流が流れると、翼背面１０ａ側と翼腹面１０ｂ側との空気流の速度差により、翼背面１０ａの外側に向く揚力が発生する。その結果、風車翼１０（ロータ６）が回転軸４と共に回転し、回転軸４の回転力が発電機３に伝達され、発電機３が駆動して発電する。
＜＜翼背面１０ａにおける剥離現象＞＞
風車翼１０は、図３に示すように、自然の風による空気流Ｖｗと、風車翼１０の回転による空気流Ｖｒと、の合成空気流Ｖｃを受ける。この合成空気流Ｖｃの方向と翼弦方向とで成す角度である迎え角αを大きくする程に、風車翼１０の揚力が高まり、風車翼１０の回転力が増す。但し、迎え角αが所定角以上になると、翼背面１０ａに沿って空気流が流れず、翼背面１０ａから空気流が離れる剥離現象が発生し、風車翼１０の揚力が減少してしまう。

【0029】

そのため、風力発電装置では、例えば、風車翼１０を回転軸４に対して回動可能に連結し、風向風速に応じて最適な迎え角αとなるように、風車翼１０の取り付け角度（ピッチ角）を調整するピッチ制御や、ロータ６が正面から風を受けられるように、風向に応じてロータ６（ナセル３５）の向きを変えるヨー制御等が実施されている。しかし、例えば日本の山岳地帯のように、風向風速が激しく変動する地域では、ピッチ制御やヨー制御では対応しきれずに、翼背面１０ａにおける剥離現象が頻繁に発生してしまうという問題が起こっていた。

【0030】

特に、風車翼１０の翼根部（図３Ｂ）は翼先端部（図３Ａ）に比べ、回転速度が遅く、風車翼１０の回転による空気流Ｖｒの速度が遅い。そのため、翼根部は翼先端部に比べ、迎え角αが大きく、ピッチ制御では対応しきれず、また、自然の風の減速（Ｖｗ’→Ｖｗ）による合成空気流の減速割合（Ｖｃ’→Ｖｃ）が大きく、風速が減少し易く、剥離現象が発生し易い。また、回転速度が遅い翼根部は翼先端部に比べてレイノルズ数が低い値となり、翼根部の周囲には層流境界層が形成されるため、翼根部では剥離現象が発生し易い状態にあることや、翼厚の薄い翼先端部に比べて翼根部は曲率の大きい断面となっていることなどからも、翼根部は翼先端部に比べ、翼背面１０ａにおける剥離現象が発生し易いと言える。

【0031】

翼背面１０ａにおいて剥離現象が発生すると、揚力が減少する他、図３Ｂに示すように、剥離箇所の下流側の翼背面１０ａ上の圧力が低下し、負圧領域が発生してしまう。このため、翼内空間と翼背面１０ａ上とで圧力差が生じ、翼背面１０ａを外側に引っ張る力が翼背面１０ａ（背側部材１０１）に掛かってしまう。そうすると、翼背面１０ａの外形が変形したり、また、本実施形態のように背側部材１０１と腹側部材１０２とが接合された風車翼１０では前縁ＬＥ部分に亀裂が生じたりして、風車翼１０が損傷するおそれがある。そこで、本実施形態の風力発電装置１では、翼背面１０ａで発生する剥離現象による風車翼１０の損傷、特に、翼根部にて発生し易い剥離現象による風車翼１０の損傷を抑制することを目的とする。
＜＜風車翼１０の開口部２０ａ＞＞
剥離現象による風車翼１０の損傷を抑制するために、本実施形態の風力発電装置１では、風車翼１０の翼背面１０ａに、風車翼１０内の閉空間と外部とを連通する開閉可能な開口部２０ａ（後述する開口部ユニット２０）が設けられている。そして、風車翼１０の翼背面１０ａにおける剥離現象又はその前兆現象が発生すると、翼背面１０ａの開口部２０ａが開き、剥離現象が解消した後、又は、開口部２０ａが開いてから所定時間の経過後、又は、剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、開口部２０ａが閉じる。

【0032】

そうすることで、剥離現象により発生した翼背面１０ａの負圧領域に向け、風車翼１０内の閉空間から開口部２０ａを介して空気流を流すことができ、翼背面１０ａの負圧領域の圧力を高め、且つ、翼内空間の圧力を下げることができる。つまり、翼内空間と翼背面１０ａ上とでの圧力差を小さくし、翼背面１０ａを外側に引っ張る力を低減することができるため、風車翼１０の損傷を抑制することができる。また、開口部２０ａにおける凹部や突出部（例えば凹部の縁や蓋部材）を起因とする乱流の発生により剥離現象を停止したり、剥離現象の影響を低減したりすることができる。一方、翼背面１０ａで剥離現象が発生していない時には、開口部２０ａが閉じられるため、翼内空間と翼背面１０ａとの間での空気流の流れを防止することができ、また、開口部２０ａにおける凹部や突出部を起因とする乱流の発生を防止することができる。従って、翼背面１０ａに沿って空気流を流すことができ、風車翼１０を効率よく回転させることができる。

【0033】

また、前述のように、風車翼１０の翼根部の方が翼先端部に比べ、翼背面１０ａでの剥離現象が発生し易い。そのため、本実施形態の風車翼１０では、図２に示すように、翼背面１０ａのうち翼根部側の部位（長手方向における回転軸４側の部位）に、開口部２０ａが設けられている。詳しくは、風車翼１０の翼根部側の端から翼先端部側に向かって風車翼１０の全長（Ｌ）の１／３の長さ（Ｌ／３）の範囲に亘り、複数の開口部２０ａが長手方向に間隔を空けて並んでいる。一方、翼背面１０ａのうち翼先端部側の部位には開口部２０ａが設けられていない。しかし、翼先端部は翼根部に比べて剥離現象が発生し難いため、開口部２０ａを設けなくとも、剥離現象による風車翼１０の損傷の虞が少なく、問題ないと言える。つまり、翼背面１０ａのうち、剥離現象が発生し易い翼根部側の部位にだけ開口部２０ａを設けることで、開口部２０ａの数を少なくして風車翼２０の製造コストの増加や風車翼の強度低下を抑えつつ、剥離現象による風車翼１０の損傷を確実に抑制することができる。なお、図２では、開口部２０ａの平面形状を円形状としているが、これに限らず、例えば四角形状等でもよい。

【0034】

また、翼背面１０ａにおける剥離箇所の下流側の領域が負圧領域となる。また、図４に示す風車翼１０のように翼根部の断面の曲率が大きい場合、最大翼厚位置Ｐを境に翼背面１０ａの傾斜方向が大きく変わるため、最大翼厚位置Ｐの近傍にて剥離現象が発生し易い。そのため、本実施形態の風車翼１０では、翼背面１０ａのうち、最大翼厚位置Ｐよりも後縁側の部位に、開口部２０ａが設けられている。更に言えば、翼背面１０ａのうち、翼弦長の中央位置よりも後縁側の部位に、開口部２０ａが設けられている。そうすることで、剥離現象により発生する負圧領域の位置に開口部２０ａが位置し易くなる。よって、確実に且つ効率的に、翼内空間から負圧領域に向けて空気流を流すことができ、翼内空間と翼背面１０ａ上とでの圧力差を小さくすることができる。

【0035】

また、風車翼１０内には、図４に示すように、最大翼厚位置Ｐに第１補強部材１１が設けられ、開口部２０ａよりも後縁側の位置に第２補強部材１２が設けられている。第１補強部材１１及び第２補強部材１２は、それぞれ、背側部材１０１の内側面から腹側部材１０２の内側面まで翼厚方向に延びている。また、風車翼１０内には、第２補強部材１２から前縁ＬＥに対応する内側面まで翼弦方向に延びる第１隔壁１３が設けられている。また、第１補強部材１１には、第１隔壁１３よりも翼背面側の部位に、第１補強部材１１よりも前縁側の翼内空間ａ２と後縁側の翼内空間ａ１とを連通する孔１４が設けられている。

【0036】

そして、第１隔壁１３によって、風車翼１０内の閉空間が翼背面側の翼内空間ａ１，ａ２と翼腹面側の翼内空間ａ３，ａ４とに分けられ、また、翼背面側の翼内空間ａ１，ａ２と翼腹面側の翼内空間ａ３，ａ４との間での空気の流れが規制されている。つまり、第１隔壁１３によって、風車翼１０内の閉空間は、開口部２０ａを介して翼背面１０ａ上の外部と連通する翼内空間ａ１，ａ２と、翼背面１０ａ上の外部と連通しない翼内空間ａ３，ａ４とに分けられる。仮に、風車翼１０内に第１隔壁１３が設けられていないとすると、開口部２０ａが開いた時に、翼腹面側の翼内空間ａ３，ａ４の圧力が下がってしまう。しかし、翼腹面１０ｂでは翼背面１０ａのように負圧領域が発生していない。そのため、翼腹面側の翼内空間ａ３，ａ４と翼腹面１０ｂ側の外部とで圧力差が生じ、翼腹面１０ｂを内側に押す力が翼腹面１０ｂ（腹側部材１０２）に働き、翼腹面１０ｂが凹む等の変形が生じてしまう。ゆえに、風車翼１０内に第１隔壁１３を設けることで、開口部２０ａが開いた時にも、翼腹面側の翼内空間ａ３，ａ４の圧力が外部の圧力よりも下がって翼腹面１０ｂに力が掛かってしまうことを抑え、風車翼１０の損傷を抑制することができる。

【0037】

同様に、図２に示すように、風車翼１０内の閉空間を長手方向に分ける第２隔壁１５であって、風車翼１０内の閉空間を、翼背面１０ａに開口部２０ａが設けられていない空間（翼先端部側の空間）と、翼背面１０ａに開口部２０ａが設けられている空間（翼根部側の空間）と、に分ける第２隔壁１５が風車翼１０内に設けられている。つまり、風車翼１０内に第２隔壁１５を設けることで、翼先端部側の空間と翼根部側の空間との間での空気の流れが規制され、開口部２０ａが開いた時にも、翼先端部側の空間の圧力が外部の圧力よりも下がってしまうことを抑制できる。従って、翼先端部の外周面に力が掛かってしまうことを抑え、風車翼１０の損傷を抑制することができる。

【0038】

なお、第１隔壁１３及び第２隔壁１５は可撓性を有する部材で形成することが好ましい。そうすることで、開口部２０ａが開いて開口部２０ａと連通する空間の圧力が下がった時に、第１隔壁１３及び第２隔壁１５が撓むことにより、風車翼１０の内側面と各隔壁１３，１５との接続部に強い力が掛かってしまうことを抑制できる。

【0039】

また、上記したように、第１補強部材１１には、第１隔壁１３よりも翼背面側に、第１補強部材１１よりも風車翼１０の前縁側の翼内空間ａ２と後縁側の翼内空間ａ１とを連通する孔１４が設けられている。そうすることで、開口部２０ａが開いた時に、後縁側の翼内空間ａ１と共に前縁側の翼内空間ａ２の圧力を下げることができる。従って、剥離現象による負圧領域が翼背面１０ａの前縁側に発生した際にも、前縁側の翼内空間ａ２と翼背面１０ａ上とでの圧力差を小さくし、風車翼１０の損傷を抑制することができる。また、第１補強部材１１に孔１４を設けることで、より大きな翼内空間ａ１，ａ２から負圧領域に向けて多量に空気流を流すことができ、翼内空間ａ１，ａ２と翼背面１０ａ上とでの圧力差をより確実に小さくすることができる。
＜＜開口部ユニット２０＞＞
図５Ａから図５Ｄは、翼背面１０ａに設けられる開口部ユニット２０、即ち、開口部２０ａの開閉機構の実施例を説明する図である。なお、実際の翼背面１０ａは曲面となっているが、図５では説明の簡略のために翼背面１０ａを平面で示す。また、図５に示す開口部ユニット２０は一例であり、開口部２０ａを開閉できる機構であれば何れの機構でもよい。

【0040】

例えば、図５Ａに示す開口部ユニット２０は、背側部材１０１の一部である蓋部材２１と、蓋部材２１の一端と背側部材１０１とを連結するヒンジ２２と、ヒンジ２２を介して蓋部材２１を回動するモーター２３と、モーター２３を制御する制御部２４と、を有する。この場合、制御部２４が、翼背面１０ａにおける剥離現象又はその前兆現象を検知すると、モーター２３を駆動してヒンジ２２を回動させる。そうすると、ヒンジ２２を支点に蓋部材２１が翼内空間ａ１側に回動して開口部２０ａが開き、翼内空間ａ１と翼背面１０ａ上の外部とが連通する。また、制御部２４は、剥離現象が解消したことを検知した後、又は、開口部２０ａを開いてから所定時間の経過後、又は、剥離現象が解消したことを検知してから所定時間の経過後に、再びモーター２３を駆動して蓋部材２１を回動させて開口部２０ａを閉じ、翼内空間ａ１と翼背面１０ａ上の外部との連通を遮断する。

【0041】

その他、図５Ｂに示すように、背側部材１０１の一部である蓋部材２１と、蓋部材２１に回転軸２３ａが接続されたモーター２３と、モーター２３を制御する制御部２４と、を有する開口部ユニット２０でもよい。この場合、制御部２４がモーター２３を駆動することにより、モーター２３の回転軸２３ａ周りに蓋部材２１が回動し、開口部２０ａを開閉することができる。

【0042】

また、例えば、図５Ｃに示すように、背側部材１０１の一部である蓋部材２１と、制御部２４と、翼内空間ａ１に設けられた筐体２５と、筐体２５内に設けられた電磁ソレノイド２６と、バネ２７と、を有する開口部ユニット２０でもよい。なお、蓋部材２１は、開口部２０ａを覆う蓋部２１ａと、蓋部２１ａの裏面から延びる作動軸２１ｂと、作動軸２１ｂから突出した係止部２１ｃとを有し、バネ２７は、係止部２１ｃよりも下方の作動軸２１ｂに通されている。この場合、制御部２４が、電磁ソレノイド２６のコイルを励磁すると、バネ２７の復元力に打ち勝って蓋部材２１が翼内空間ａ１側に吸引され、蓋部２１ａと背側部材１０１との間で開口部２０ａが開く。そして、制御部２４が、電磁ソレノイド２６のコイルを消磁すると、バネ２７の復元力により蓋部材２１が外部側へ移動し、開口部２０ａが蓋部２１ａにより閉じられる。なお、筐体２５の天井部と係止部２１ｃとが当接することで蓋部材２１の移動が規制され、蓋部２１ａと背側部材１０１とが平坦な状態で保たれる。

【0043】

また、図５Ｄに示す開口部ユニット２０は、背側部材１０１の一部である蓋部材２１と、蓋部材２１の一端と背側部材１０１とを連結するヒンジ２２と、蓋部材２１の他端（裏面）と当接する位置に設けられた磁石２８とを有し、翼内空間ａ１と翼背面１０ａ上との圧力差を利用して開口部２０ａを開閉する。この場合、翼背面１０ａに剥離現象が発生すると、負圧領域により蓋部材２１が引っ張られ、開口部２０ａが開く。そして、翼背面１０ａでの剥離現象が解消すると、蓋部材２１の自重や磁石２８の吸引力により蓋部材２１が翼内空間ａ１側に回動し、開口部２０ａが閉じる。
＜＜剥離現象の検知方法＞＞
前述の図５Ａ〜図５Ｃに示す開口部ユニット２０のように、制御部２４が開口部２０ａの開閉を制御する場合、制御部２４は剥離現象を検知する必要がある。前述のように、迎え角αが大きくなり過ぎると剥離現象が発生するため、例えば、風向風速計７から得られる計測値に基づき迎え角αを算出することによって、剥離現象を検知する方法が挙げられる。具体的には、制御部２４が、算出した迎え角αが閾値以上であれば剥離現象が発生していると判断して開口部２０ａを開き、算出した迎え角αが閾値未満になれば剥離現象が解消されたと判断して開口部２０ａを閉じる制御を行うようにするとよい。また、より正確に剥離現象を検知するために、ピッチ制御やヨー制御を実施する風力発電装置１の場合には、風向と風速の計測値に加えて、風車翼１０の取り付け角度やロータ６の向きも加味して、迎え角αを算出するとよい。

【0044】

また、剥離現象が発生すると、翼背面１０ａの圧力が低下する。そのため、翼背面１０ａ上の圧力を計測する圧力センサー（不図示）を翼背面１０ａに設け、圧力センサーの計測値に基づき剥離現象の発生や解消を検知するようにしてもよい。また、剥離現象が発生すると、翼背面１０ａに対する空気流の剥離や再接触が繰り返され、翼背面１０ａに振動が生じる。そのため、翼背面１０ａ上の振動を計測する振動センサー（不図示）を翼背面１０ａに設け、振動センサーの計測値に基づき剥離現象の発生や解消を検知するようにしてもよい。

【0045】

また、風向風速、圧力、振動等の計測値は短時間で変化する場合があり、短期間に開口部２０ａの開閉が繰り返されてしまう虞がある。そこで、制御部２４が、迎え角αの算出結果等に基づき剥離現象の発生を検知して開口部２０ａを開いてから、所定時間の経過後に、開口部２０ａを閉じるようにしてもよい。つまり、制御部２４が剥離現象の解消を検知することなく開口部２０ａを閉じるようにしてもよい。この場合、制御部２４の制御も容易になる。なお、開口部２０ａを開いてから閉じるまでの所定時間は、開口部２０ａを開いてから、翼内空間と翼背面１０ａ上とでの圧力差がなくなるか又は小さくなるまでに要する時間以上とし、計算や経験値等に基づき決定するとよい。また、剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、開口部２０ａを閉じるようにしてもよい。この場合、剥離現象が確実に解消してから開口部２０ａを閉じることができ、また、剥離現象の解消を検知してから開口部２０ａを閉じるので、確実に風車翼１０の損傷を抑制することができる。

【0046】

また、迎え角αや翼背面１０ａ上の圧力や振動のうちの何れか１つのパラメーターに基づき剥離現象を検知するに限らず、複数のパラメーターに基づき剥離現象を検知するようにしてもよい。また、迎え角αや翼背面１０ａ上の圧力や振動等に基づき剥離現象の前兆現象を検知したタイミングで開口部２０ａを開くようにしてもよい。

【0047】

また、翼背面１０ａのうち翼根部側の部位であり開口部２０ａが設けられた部位に、剥離現象を検知するための圧力センサーや振動センサーを、長手方向に間隔を開けて複数配置してもよい。そして、剥離現象による負圧領域の長手方向の発生位置を特定し、負圧領域が発生している領域の開口部２０ａのみを開くようにしてもよい。そうすることで、剥離現象が発生していない翼背面１０ａの部位には翼背面１０ａに沿わせて空気流を流すことができる。
＜＜変形例＞＞
図６は、風車翼１０の変形例を説明する図であり、翼根部の断面図である。前述の風車翼１０（図４）では、翼背面１０ａのうち最大翼厚位置Ｐよりも後縁側の部位にのみ開口部２０ａが設けられているが、これに限らず、図６の風車翼１０のように、翼背面１０ａのうち最大翼厚位置Ｐよりも前縁側の部位にも開口部２０ａを設けるようにしてもよい。そうすることで、剥離現象による負圧領域が翼背面１０ａの前縁側に発生した際にも、前縁側の開口部２０ａを開くことにより、前縁側の翼内空間ａ２と翼背面１０ａ上とでの圧力差を小さくすることができる。その結果、風車翼１０の損傷を抑制することができる。また、翼背面１０ａの後縁側に負圧領域が発生した際にも、前縁側と後縁側の開口部２０ａを同時に開くことで、負圧領域に向けて連続的に多量に空気流を流すことができ、翼内空間ａ１，ａ２と翼背面１０ａ上とでの圧力差をより確実に小さくすることができる。

【0048】

また、前述の風車翼１０では、翼背面１０ａのうち翼根部側の部位にだけ開口部２０ａが設けられているが、これに限らず、例えば、翼背面１０ａの長手方向の全域に亘って開口部２０ａが設けられた風車翼であってもよい。また、前述の風車翼１０では、翼内空間に第１隔壁１３や第２隔壁１５が設けられていたり、第１補強部材１１に孔１４が設けられたりしているが、これらが設けられていない風車翼であってもよい。また、開口部２０ａが１つである風車翼であってもよい。また、翼背面１０ａの前縁ＬＥから後縁ＴＥに沿う方向に間隔を空けて複数（例えば３個以上）の開口部２０ａが並んだ風車翼であってもよい。

【0049】

以上、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

【符号の説明】

【0050】

１ 風力発電装置、２ タワー、３ 発電機、４ 回転軸、５ ナセル、６ ロータ、
７ 風向風速計、１０ 風車翼、１０ａ 翼背面、１０ｂ 翼腹面、
１０１ 背側部材、１０２ 腹側部材、１１ 第１補強部材、１２ 第２補強部材、
１３ 第１隔壁、１４ 孔、１５ 第２隔壁、２０ 開口部ユニット、
２０ａ 開口部、２１ 蓋部材、２２ ヒンジ、２３ モーター、２４ 制御部、
２５ 筐体、２６ 電磁ソレノイド、２７ バネ、２８ 磁石、

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図5D】

【図6】