特表 2022-518550 風力タービン用のロータブレード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-15

(54)【発明の名称】風力タービン用のロータブレード

(51)【国際特許分類】

   F03D 1/06 20060101AFI20220308BHJP

【ＦＩ】

F03D1/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021543330

(86)(22)【出願日】2020-01-20

(85)【翻訳文提出日】2021-09-08

(86)【国際出願番号】 EP2020051232

(87)【国際公開番号】W WO2020152080

(87)【国際公開日】2020-07-30

(31)【優先権主張番号】19153139.1

(32)【優先日】2019-01-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521325813

【氏名又は名称】ベプファ、テクニクス、アクチエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＷＥＰＦＥＲ ＴＥＣＨＮＩＣＳ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100137523

【弁理士】

【氏名又は名称】出口 智也

(74)【代理人】

【識別番号】100152205

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 昌司

(74)【代理人】

【識別番号】100106655

【弁理士】

【氏名又は名称】森 秀行

(72)【発明者】

【氏名】ハンス、ベプファ

【テーマコード（参考）】

3H178

【Ｆターム（参考）】

3H178AA02

3H178AA40

3H178AA43

3H178BB31

3H178BB62

3H178CC03

3H178CC12

(57)【要約】

本発明は、ロータブレード根元（１０２）、ロータブレード外縁（１０４）、前縁（１０６）および後縁（１０８）を備えた風力発電機用のロータブレード（１００）に関する。前縁（１０６）および後縁（１０８）は翼弦（１１０）を定義し、その長さはロータブレード根元（１０２）からロータブレード外縁（１０４）に向かって増加するように構成されている。複数の翼弦中心点（１１２）が、ロータブレード根元（１０２）からロータブレード外縁（１０４）まで延びるロータブレード中心線（１１４）を定義し、このロータブレード中心線（１１４）がロータブレード外縁（１０４）を前縁側部分（１１６）と後縁側部分（１１８）とに分割し、ロータブレード外縁（１０４）に、後縁側部分（１１８）のみに沿って延びるウィングレット（１２０）が配置されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

風力発電機用のロータブレード（１００）であって、
ロータブレード根元（１０２）と、
ロータブレード外縁（１０４）と、
前縁（１０６）および後縁（１０８）であって、前記前縁（１０６）および前記後縁（１０８）は、翼弦（１１０）を定義し、前記翼弦の長さは、前記ロータブレード根元（１０２）から前記ロータブレード外縁（１０４）にゆくに従って増加するように構成されている、前記前縁（１０６）および前記後縁（１０８）と、
前記ロータブレード根元（１０２）から前記ロータブレード外縁（１０４）まで延びるロータブレード中心線（１１４）を定義する複数の翼弦中心点（１１２）と、
を備え、
前記ロータブレード中心線（１１４）が前記ロータブレード外縁（１０４）を前縁側部分（１１６）と後縁側部分（１１８）とに分割しているものにおいて、
前記ロータブレード外縁（１０４）に、前記後縁側部分（１１８）のみに沿って延びるウィングレット（１２０）が配置されていることを特徴とする、ロータブレード（１００）。

【請求項2】

前記後縁側部分（１１８）と前記ウィングレット（１２０）の基部（１２２）との間の間隔（Ａ）が、前記ロータブレード中心線（１１４）から前記後縁（１０８）の方向にゆくに従って増加していることを特徴とする、請求項１に記載のロータブレード（１００）。

【請求項3】

前記ウィングレット（１２０）の基部（１２２）は、ロータブレード面内において円形であることを特徴とする、請求項２に記載のロータブレード（１００）。

【請求項4】

前記ウィングレット（１２０）の円形の前記基部（１２２）が、前記ロータブレード（１００）の回転円（２０２）の一部であることを特徴とする、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項5】

プロファイル厚さ（Ｄ）が前記ロータブレードの根元（１０２）から前記ロータブレードの外縁（１０４）に向かって減少することを特徴とする、請求項１から４のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項6】

前記翼弦（１１０）の長さに対する前記プロファイル厚さの比が、前記ロータブレード根元（１０２）から前記ロータブレード外縁（１０４）までほぼ一定に構成されていることを特徴とする、請求項５に記載のロータブレード（１００）。

【請求項7】

前記ロータブレード（１００）は、前記ロータブレード根元（１０２）のところで少なくとも３０°の迎え角（α）を有することを特徴とする、請求項１から６のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項8】

前記ロータブレード外縁（１０４）のところでの迎え角（α）が最大で５°であることを特徴とする、請求項１から７のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項9】

前記ロータブレード外縁（１０４）のところでの迎え角（α）が、前記前縁（１０６）のところではゼロより大きく、前記後縁（１０８）のところではゼロ以下であることを特徴とする、請求項１から８のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項10】

前記ロータブレード（１００）は、前記ロータブレード根元（１０２）から前記ロータブレード外縁（１０４）に至るまで連続するねじれを有することを特徴とする、請求項１から９のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項11】

前記前縁（１０６）と前記後縁（１０８）の両方が鎌形であることを特徴とする、請求項１から１０のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項12】

前記ロータブレード中心線（１１４）がブレード長手方向軸線（１２４）に対して回転方向に補足的な傾斜を有することを特徴とする、請求項１から１１のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項13】

前記ロータブレード中心線（１１４）の前記補足的な傾斜は、１°から１０°の間、特に２°から６°の間、特に３°から４°の間の補足的な傾斜角（β）を有することを特徴とする、請求項１２に記載のロータブレード（１００）。

【請求項14】

前記ロータブレード（１００）がブレード長手方向軸線（１２４）に形成された湾曲を有することを特徴とする、請求項１から１３のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）。

【請求項15】

請求項１から１４のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）を複数備えた風力発電機用のロータリム（２００）。

【請求項16】

前記ロータリム（２００）は、少なくとも２つ、多くとも８つのロータブレード（１００）、特に６つのロータブレード（１００）を備えていることを特徴とする、請求項１５に記載のロータリム（２００）。

【請求項17】

前記ロータリム（２００）の周速比（tip speed ratio）が最大で７、特に最大で４、特に１．５であることを特徴とする。請求項１５または１６に記載のロータリム（２００）。

【請求項18】

請求項１から１４のうちのいずれか一項に記載のロータブレード（１００）を備えた風力発電機（３００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力タービン（風車）用のロータブレードであって、ロータブレード根元、ロータブレード先端、前縁および後縁を備えたロータブレードに関するものである。前縁および後縁は、翼弦（profile chord）を規定する。さらに、本発明は、ロータブレードを備えたロータリム、および、ロータブレードを備えた風力タービンに関するものである。

【背景技術】

【0002】

ロータブレード、ロータリム、風力発電機は、先行技術でよく知られている。

【0003】

例えば、欧州特許EP2998572B1号には、上面、下面、前縁、後縁、ハブ締結手段およびブレード先端部を有する風力発電機用ロータブレードが記載されており、風力発電機用ロータブレードは、ハブ領域、中間領域およびブレード先端領域に分割され、ハブ締結手段から最大ブレード深さまでの根元領域が定義されている。風力発電機用ロータブレードの内部には、抽出領域からの抽出空気を翼端領域に配置された排出領域に導くための半径方向外向き空気案内ダクトが設けられている。境界層吸引動作が行われ、空気の抽出は風力発電用ロータブレードの上側で行われ、ハブ締結手段に近いハブ領域には、ハブ締結手段の方向への流れを防ぐための境界層フェンスが設けられている。

【0004】

風力発電所のロータブレードの場合、ロータブレードの圧力側と吸引側の間で望ましくない圧力の均等化が翼端の領域で発生することがあり、この圧力の均等化が発生すると、空気はブレード先端部の周りを流れる。この効果により、ブレード先端領域の揚力が低下し、流れの抵抗を増加させる顕著な渦が発生する。このタイプのロータブレードの場合、ブレード先端領域では、通常、ブレードの迎え角が小さく、揚力がほとんどないか、あるいはまったくない翼型で、翼弦長が短くなっているものが用いられている。その結果、渦の発生を抑えることができるが、ブレード先端領域では最適ではない揚力が残る。

【0005】

文献ドイツ国特許公開DE102014115524A1号には、ブレード根元からブレード先端に向かって以下の順序で互いに隣接する部分を有する風力発電所のロータブレードが記載されている。ロータブレードは、ロータハブに接続するためのブレード接続部と、吸引側および圧力側を備えた空力的プロファイルを有するとともに吸引側に向かってまたは圧力側に向かって湾曲する移行セクションを有するロータブレード主部と、各々が１つのコード（翼弦）と１つのコード中心点を有する複数のプロファイル（翼型）を有するウィングレットと、を備えている。さらに、風力発電所のロータブレードは、（前述した複数の）コードが配置されたウィングレット面と、（複数の）コード中心点を互いに連結する中心線と、プロファイル後縁と、プロファイル前縁と、高さと、移行セクションに隣接するベースセクションと、ブレード先端に隣接するチップセクションと、ベースセクションとチップセクションとを互いに連結する中心セクションと、を備えている。ウィングレット面内に設けられ、移行セクションに隣接するウィングレットのプロファイルのコードと直交する基準線と、中心線との間のスイープ角は、ベースセクションにおけるスイープ角よりもチップセクションにおけるスイープ角の方が大きい（スイープ角は、基準線からウィングレットのプロファイル端縁に向かう方向に測定される）。ウィングレットのプロファイル端縁は、少なくとも１つの部分で凹状に湾曲している。

【0006】

風力発電所の既知のロータブレードの場合、ウィングレットを使用しても、ブレード先端部での周囲の流れを完全に回避することはできない。使用時には、既知のロータブレードは依然として大きな渦を有しており、これはロータブレードの効率の程度、ひいては風力発電所の効率の程度にネガティブな影響を与える。さらに、先行技術で知られている風力発電所は、大量の騒音を発生させている。

【発明の概要】

【0007】

本発明の目的は、風力発電システム用のロータブレードを提供することであり、このロータブレードは、冒頭で述べた技術分野に属し、運転中に、より高度な効率化と騒音の低減を可能にするものである。

【0008】

どのようにして目的が達成されるかは、請求項１の特徴によって定義される。本発明は、ロータブレード根元、ロータブレード外縁、前縁および後縁を有する風力タービン用のロータブレードであって、前縁および後縁は翼弦（コード）を定義し、この翼弦の長さがロータブレード根元からロータブレード外縁にゆくに従って増加するように構成されている、ことを特徴とする。また、ロータブレードは、ロータブレード根元からロータブレード外縁までの間に、ロータブレード中心線を規定する翼弦中心点を有し、ロータブレード中心線は、ロータブレード外縁を前縁側部分と後縁側部分に分けている。さらに、ロータブレード外縁には、後縁側部分のみに沿って延びるウィングレットが配置されている。

【0009】

本発明の文脈では、ロータブレードとは、特に風力発電所での使用に適したロータブレードを意味するものと理解される。したがって、ロータブレードまたはロータリム全体が、入射する風によって動き出すことができるという目的を満たさなければならない。これとは対照的に、本発明の文脈におけるロータブレードは、例えば、水の入射によって動き出すタイプのロータブレードとは区別されるべきである。これは、例えば水力発電所の場合である。駆動状態の流体の流れをもたらすために使用される既知のロータブレードは、同様に、本発明の文脈におけるロータブレードとは区別される。これは、例えば、船舶推進用のプロペラやファンの場合である。

【0010】

その結果、例えば、後縁のところ、特に、前記後縁側部分に隣接する後縁の領域において、改善された渦の離脱を達成することができるという技術的利点が得られる。その結果、風力発電装置全体の効率を大幅に向上させることができる。さらに、かなりの騒音低減をもたらすことができるので、本発明によるロータブレードのより多目的な使用を行うことができる。例えば、本発明によるロータブレードを備えた風力発電機を、住宅地のすぐ近くで使用することが可能である。

【0011】

好ましい一実施形態によれば、前記後縁側部分とウィングレットの基部との間の間隔Ａは、ロータブレード中心線から後縁の方向にゆくに従って増加する。その結果、例えば、ウィングレットの高さが後縁の方向にゆくに従って連続的に増加するという技術的利点が達成される。この連続的な増加により、ロータブレード上の層流の剥離をより長い時間防ぐことができるため、渦の離脱の挙動をさらに改善することが可能となる。その結果、効率と騒音低減の度合いがさらに向上する。

【0012】

ウィングレットの周囲の流れを最適化し、ロータブレードの動作中に望ましくない境界層の剥離や乱れを低減するために、ウィングレットの基部はロータブレード面内で円形となっている。その結果、特に低い風速では、流体が偏向（deflection）の結果としてより多くの抵抗を受けるため、より多くのトルクを発生させることができる。全体として、効率の度合いがさらに高まることになる。

【0013】

さらに好ましい実施形態によれば、ウィングレットの円形の基部は、ロータブレードの回転円の一部である。その結果、例えば、ウィングレットの高さが後縁の方向に不均衡に増加するという技術的利点が達成される。ウィングレットの高さが不均衡に増加することで、渦の離脱の動作をさらに改善することができ、その結果、効率と騒音低減の度合いをさらに改善することができる。ロータブレードの適切な補足的な傾斜により、ウィングレットの不均衡な高さの増加の効果を促進することができる。ロータブレード根元からロータブレード外縁に至るまでの翼弦長（コード長）の増加により、ロータブレードの補足的な傾斜の結果として、ロータブレードの特に大きな面積の割合がウィングレットとして前記後縁側部分の領域で利用可能となる。

【0014】

特にロータブレードの外側領域では、ロータブレードの内側領域に比べて、ロータブレード根元からロータブレードの外縁に向けてプロファイル厚さが減少していると、より高速の故に有利である。その結果、外縁での吸引力が弱まり、その結果、圧力差の発生を抑えることができる。

【0015】

ロータブレード根元からロータブレードの厚さへの移行を特に低フリクションで実現するために、プロファイル厚さと翼弦の長さの比は、ブレードの長手方向に沿ってほぼ一定の構成となっている。

【0016】

ロータブレード根元とロータブレード外縁との間でロータブレードの動作中に発生する異なる速度の故に、ロータブレードの異なる部分には異なるタスクおよび／または効果が与えられる。例えば、ロータブレードのうち、ロータブレード根元の領域に配置されたロータブレードの領域には、起動のタスクが割り当てられている。言い換えれば、当該領域は、低い空気速度ないし風速であっても揚力を可能にし、したがって、ロータブレードの起動をもたらすことが重要である。起動をもたらすために、ロータブレードは、ロータブレード根元のところで少なくとも３０°の迎え角（取付角）を有する。起動角度（running-up angle）は、所望の効果に応じて、大きくも小さくもできる。

【0017】

すでに述べたように、ロータブレードの異なる部分は、ロータブレード根元とロータブレード外縁との間でロータブレードの動作中に発生する異なる動作速度を考慮して、異なるタスクおよび／または効果を与えられる。例えば、ロータブレード外縁の領域には、抵抗翼部分（drag wing section）と呼ばれるものが割り当てられている。言い換えれば、空気ないし風の速度が低くても、できるだけ高い回転速度と高いトルクを実現するためには、前記領域ができるだけ大きな抵抗を発生させることが重要である。可能な限り大きな抵抗を実現し、ロータブレードの動きを維持するために、ロータブレードは、ロータブレードの外周で最大５°の迎え角を有している。

【0018】

特に好ましい一実施形態によれば、ロータブレード外縁のところでの迎え角は、前縁のところではゼロより大きく、後縁のところではゼロ以下である。前縁から後縁への迎え角の移行は、ロータブレード外縁の領域における翼弦の湾曲によって達成される。ここで、湾曲の程度は、所望の抵抗およびロータブレードの意図された周速に関連している。その結果、例えば、ロータブレードの後縁が流体中に実質的に層流状態を残すという技術的効果が得られる。その結果、後続のロータブレードは流体中の渦とほとんど戦う必要がなく、その結果、後続の各ロータブレードの場合に最適な程度の効率を達成することができる。

【0019】

すでに述べたように、迎え角はロータブレードの部分（断面）によって異っていてもよい。ロータブレードの動作中に望ましくない境界層の剥離や乱れを低減するために、ロータブレードは、ロータブレード根元からロータブレード外縁まで連続したねじれを有している。

【0020】

特に好ましい一実施形態によれば、前縁と後縁の両方が鎌形（三日月形）となっている。特に、ロータブレードの湾曲と連動した鎌形の構成は有利である。湾曲と鎌形の形状により、ロータブレードの根元の領域で高い迎え角が得られる。これは特に、ロータブレードの自己完結型の起動機能に好都合である。ロータブレードの外側の領域では、所望の抵抗翼機能のために、迎え角は外側に向かって減少し、このことは鎌形によってさらに支持される。

【0021】

運転中のロータブレードの安定性を高め、フラッター傾向を低減するために、ロータブレードの中心線は、翼の長手方向の軸に対して回転方向に補足的な傾きを有する。このようにしてロータブレードの幾何学的作用点（geometric action point）をロータブレード本体の外側に移動させ、その結果、起こりうるフラッターを大幅に減少させることができる。フラッターの抑制は、ロータブレードを継続的に緊張させた状態に保持するトルクによって支援される。言い換えれば、ロータブレードは従ってフェザリングピッチの方向となるような傾向を有する。

【0022】

特に好ましい一実施形態によれば、ロータブレード中心線の補足的な傾きは、１°から１０°の間の補足的な傾斜角βを含む。さらなる実施形態によれば、ロータブレード中心線の補足的な傾斜は、２°以上６°以下の補足的な傾斜角を含む。さらなる実施形態によれば、ロータブレード中心線の補足的な傾斜は、３°から４°の間の補足的な傾斜角を含む。

【0023】

追加の実施形態によれば、ロータブレードは、ブレード長手方向軸線に構成された湾曲を有する。特に、ロータブレードの鎌形の構成と組み合わせた湾曲構成が有利である。湾曲と鎌形の形状により、ロータブレードの根元の領域で高い迎え角が達成される。これは、例えば、ロータブレードの自己完結型の起動（自己起動）機能に役立つ。ロータブレードの外側の領域における所望の抵抗翼機能のために、迎え角は外側に向かって減少し、これは鎌形の形状によって追加的にサポートされる。

【0024】

本発明のさらなる態様に関して、目的が達成される態様は、請求項１５に記載の風力タービン用ロータリムによって定義される。したがって、ロータリムは、先行する実施形態の１つによる複数のロータブレードを備える。

【0025】

本発明によるロータリムの利点は、同様の形態で、本発明によるロータブレードの利点に対応しており、その結果、例えば、後縁での改善された渦の離脱を、特に、後縁側部分に隣接する各ロータブレードの後縁のその領域で達成することができる。その結果、風力発電システム全体の効率を大幅に向上させることができる。さらに、大幅な騒音の低減を実現することができ、本発明によるロータリムを多目的に使用することができる。例えば、本発明によるロータリムを備えた風力発電機を、住宅地のすぐ近くで使用することが可能である。

【0026】

ある特定の実施形態によれば、ロータリムは、少なくとも２枚、最大で８枚のロータブレードを備える。さらなる実施形態によれば、ロータリムは、６枚のロータブレードを備える。包括的な科学実験および風洞試験によれば、丁度６枚のロータブレードを有する本発明によるロータリムは、最大程度の効率を有する。これは、１つのロータブレードの後縁と次のロータブレードの前縁との間の間隔が、風力タービンの動作状態においてロータブレードの間で流体が可能な限り安定するように構成されているという事実によって立証される。これにより、後続のロータブレードに最適な流れの条件が与えられ、効率の度合いが高まる。ここでは、ロータリム全体の周速比（tip speed ratio）との密接な因果関係がある。

【0027】

さらなる実施形態によれば、ロータリムは、最大で７の周速比を有する。さらなる実施形態によれば、ロータリムは、最大で４の周速比を有する。さらにさらなる実施形態によれば、ロータリムは、１．５の周速比を有する。

【0028】

周速比（tip speed ratio）とは、風速に対する周速（circumferential speed）の割合を意味する。先行技術で知られている風力発電機は、周速比が５から８であり、いわゆる高速運転タービン（fast running turbine）と呼ばれている。本発明によるロータリムは、１．５の周速比も達成できることから、いわゆる低速運転タービン（slow running turbine）と呼ばれることになる。

【0029】

本発明のさらなる態様によれば、目的が達成される態様は、先行する実施形態の１つによるロータブレードまたはロータリムを備えた風力発電機によるものである。

【0030】

本発明による風力タービンの利点は、同様の形態で、本発明によるロータブレードの利点または本発明によるロータリムの利点に対応する。各ロータブレードの後縁での改良された渦の離脱も、本発明による風力タービンによって達成される。その結果、風力発電所の効率が大幅に向上することになる。さらに、かなりの騒音低減をもたらすことができ、これにより、本発明による風力タービンをより多目的に使用することができる。本発明による風力タービンは、例えば、住宅地のすぐ近くで使用することができる。

【0031】

本発明のさらに有利な実施形態および特徴の組み合わせは、以下の詳細な説明および特許請求の範囲の全体から生じる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

図面は例示的な実施形態を説明するために使用される。

【0033】

【図1】図１は、本発明によるロータブレードの一実施形態を示している。

【図2】図２は、補足的な傾斜角を持つ本発明によるロータブレードのさらなる実施形態を示している。

【図3A】図３Ａは、図１のＡ－Ａ断面における、本発明によるロータブレードの断面図である。

【図3B】図３Ｂは、図１のＢ－Ｂ断面における本発明によるロータブレードの断面図である。

【図3C】図３Ｃは、図１のＣ－Ｃ断面における本発明によるロータブレードの断面図である。

【図3D】図３Ｄは、図１のＤ－Ｄ断面における本発明によるロータブレードの断面図である。

【図4】図４は、本発明によるロータブレードを図１のＥ－Ｅ方向から見た側面図である。

【図5】図５は、本発明によるロータリムの図式図である。

【0034】

原則として、同一部品には同一符号が付されている。

【発明を実施するための形態】

【0035】

図１は、本発明によるロータブレード１００の一実施形態を示す。ロータブレード１００は、複数のロータブレード１００を備えて構成されるロータリム２００（図示せず）に適している。ロータブレード１００の下部は、ロータブレード１００の動作時に風力タービンのハブに隣接するロータブレード根元１０２を備えている。ロータブレード１００のロータブレード外縁１０４は、ロータブレード１００の外端に位置しており、この外端部は、ロータブレード根元１０２の反対側に位置している。使用時のロータリム２００の回転方向ｖは、ロータブレード外縁１０４の上に矢印で示されている。さらに、ロータブレード１００は、前縁１０６と後縁１０８とを有する。前縁１０６と後縁１０８の両方は、それぞれの場合において、鎌形（sickle-shaped）の構成であり、２つの鎌形の湾曲のそれぞれの膨らみは、ロータブレード１００の回転方向ｖにおいて前方に向かって構成されている。言い換えれば、ロータブレード１００の鎌形の湾曲は、回転方向ｖと逆に形成されている。直線的な接続により、それぞれ、前縁１０６から後縁１０８までの翼弦１１０（図示せず）が定義される。これについては、図３Ａ～図３Ｄの説明でより詳細に説明する。翼弦（コード）１１０の長さは、ロータブレード根元１０２からロータブレード外縁１０４に至るまで連続的に増加する。各翼弦の幾何学的中心により、翼弦中心点１１２（図示せず）が定義される。ロータブレード根元１０２からロータブレード外縁１０４に至るまでのすべての翼弦中心点１１２の連続した経過すなわち連続した並置により、ロータブレード中心線１１４が定義される。ロータブレード中心線１１４は、前縁１０６および後縁１０８と同様に鎌形の構成となっている。

【0036】

ロータブレード１００の上端部において、ロータブレード中心線１１４が、ロータブレード外縁１０４を前縁側部分１１６と後縁側部分１１８とに分割している。前縁側部分１１６は、前縁１０６に直接隣接するロータブレード外縁１０４の前半部（回転方向ｖにおいて）を規定する。これに対応して、後縁側部分１１８は、後縁１０８に直接隣接するロータブレード外縁１０４の後半部（回転方向ｖにおいて）を規定する。ウィングレット１２０は、後縁側部分１１８の領域に位置する。ウィングレット１２０の範囲は、好ましくは、後縁側部分１１８の領域に限定されるが、ウィングレットは、これを超えて延びていてもよい。例えば、ウィングレット１２０は、前縁側部分１１６内までに至るまで、後縁側部分１１８の全体にわたって延びていてもよい。ウィングレット１２０の高さは、後縁１０８の方向に連続的に増加する。ここで、高さとは、ウィングレット外縁のロータブレード本体からの間隔を意味するものと理解される。したがって、後縁１０８に直接接しているウィングレット外縁は（Ａ２参照）、それよりも内側に位置するウィングレット外縁の点（Ａ１参照）よりも高い。そのため、ロータブレード外縁１０４の後端部におけるウィングレット１２０の回転方向ｖの高さは、後縁１０８に隣接する部分で最も大きくなる。ウィングレット１２０は、ロータブレード本体の平面内に横たわる線を構成し、これに沿ってロータブレード１００のウィングレット１２０への移行が示されている。言い換えれば、この線は、ウィングレット１２０の基部（ベース）１２２を示すロータブレード本体のくびれ（kink）を特徴付ける。ウィングレット１２０の基部１２２は、ロータブレード外縁１０４または後縁側部分１１８に対して可変の間隔Ａを構成する。後縁側部分１１８とウィングレット１２０の基部１２２との間の間隔Ａは、ロータブレード中心線１１４から後縁１０８の方向に連続的に増加する。したがって、間隔Ａ１は、間隔Ａ２よりも小さい構成となっている。ウィングレット１２０の基部１２２が、ロータブレード面内において円形の構成であることが図式的に分かる。この円形の構成については、特に図２および図６を参照してより詳細に説明する。後縁側部分１１８の領域におけるウィングレット１２０の構成の結果、後縁側部分１１８は、ウィングレット外縁に向かって曲げられ、かつ、ロータブレード本体から上方に曲げられている。

【0037】

図２は、補足的な傾斜角βを有する本発明によるロータブレード１００のさらなる実施形態を示す。補足的な傾斜角βは、ロータブレード１００の回転方向ｖに対するブレード長手方向軸線１２４、１２４’の斜行により生じる。補足的な傾斜は、動作中のロータブレード１００の安定性を高め、さらにフラッター傾向を低減する。すでに述べたように、ロータブレード１００の幾何学的作用点はここで移動し、その結果、ロータブレード１００を継続的に緊張状態に保持するトルクがもたらされる。図２によると、最適な補足的な傾斜角βは、およそ３°から４°である。本実施形態では、ウィングレット１２０の基部１２２の円形構成も図式的に示しており、この基部１２２は、ロータブレード面内に位置するように構成されている。この円形構成については、図６の説明においてさらに詳しく説明する。さらに、補足的な傾斜角βとウィングレット１２０の円形の基部１２２との間の相互作用の利点は、当該時点で詳細に説明されることになる。ロータブレード１００すなわちブレード長手方向軸線１２４、１２４’が補足的な傾斜角βを有しかつ基部１２２が円形構成であることにより、ウィングレット１２０の円形の基部１２２は、最適な構成でロータブレード１００の回転円２０２の一部となることができる。言い換えれば、円形の基部１２２の半径および中心点と、ロータブレード１００の回転円の半径および中心点とは、同一である。先行する図の同一の特徴を改めて説明することは、この時点では省略する。

【0038】

図３Ａは、図１の断面Ａ－Ａにおける本発明によるロータブレード１００の断面図である。断面Ａ－Ａは、ロータブレード根元１０２に隣接して、または少なくともロータブレード根元１０２の領域に位置している。翼弦１１０の長さは、ロータブレード外縁１０４の方向に連続的に増加するので、翼弦１１０は、ロータブレード根元１０２の領域において最小の長さを有する。回転面２０４の断面は、風力発電機３００（図示せず）の動作中に、ロータブレード１００およびロータリム２００（図示せず）全体が移動する平面を示している。翼弦１１０は、回転面２０４に対して迎え角（angle of incidence）αを成す。前記迎え角αは、ロータブレード根元１０２において約３０°である。既に述べたように、ロータブレード１００の異なる断面には、異なるタスクまたは効果が与えられる。ロータブレード根元１０２の領域は、ロータリム２００の自己完結的な立ち上げないし起動（自己起動）を可能にする。言い換えれば、空気や風の速度が低い場合でも揚力が得られるようにすること、従ってロータブレード１００の起動がもたらされることが重要である。これは、前記本実施形態では約３０°である定義された迎え角αによって可能となる。迎え角αは、起動機能を補助する圧力差を発生させる。圧力差に影響を与えるもう１つのパラメータは、翼弦１１０に対して直交するように設定されたロータブレードの厚さの寸法を示すプロファイル厚さＤである。回転方向ｖは、図３Ａにおけるロータブレード１００の移動方向を意味すると理解されるべきであり、前縁１０６および後縁１０８によってロータブレード１００の移動方向が再び明確となっている。翼弦１１０と回転面２０４との交点は、翼弦中心点１１２に相当する。

【0039】

図３Ｂは、図１の断面Ｂ－Ｂにおける本発明によるロータブレード１００の断面図である。この断面Ｂ－Ｂは、ロータブレード根元１０２とロータブレード外縁１０４との間のロータブレード１００の中間部に位置する。翼弦１１０は、当該領域において、ロータブレード根元１０２の領域よりも幾分長い。回転面２０４は、動作中のロータブレード１００およびロータリム２００全体（図示せず）の移動平面を再び示しており、翼弦１１０は、回転面２０４に対して迎え角αを成す。迎え角αは、ロータブレード根元１０２の領域よりもやや小さく、０°～３０°の間にある。翼弦１１０と回転面２０４との交点は、再び翼弦中心点１１２に対応する。プロファイル厚さＤは、図３Ａの断面Ａ－Ａにおけるプロファイル厚さＤよりも幾分短い寸法である。先行する図の同一の特徴の新たな説明は、この時点では省略される。

【0040】

図３Ｃは、図１の断面Ｃ－Ｃにおける本発明によるロータブレード１００の断面図である。断面Ｃ－Ｃは、ロータブレード１００のうち、ロータブレード外縁１０４に隣接して、または少なくともロータブレード外縁１０４の近傍に位置する断面内に位置する。翼弦１１０は、この領域では、中間部の断面Ｂ－Ｂの領域よりもやや長く、ロータブレード根元１０２の領域の断面Ａ－Ａよりもかなり長い。翼弦１１０自体は、回転面２０４と実質的に平行に構成されている。迎え角αは、ほぼ０°である。プロファイル厚さＤは、図３Ａの断面Ａ－Ａにおけるプロファイル厚さＤよりも、また、図３Ｂの断面Ｂ－Ｂにおけるプロファイル厚さＤよりも、再び幾分短い寸法である。先行する図の同一の特徴を改めて説明することは、この時点では省略する。

【0041】

図３Ｄは、図１の断面Ｄ－Ｄにおける本発明によるロータブレード１００の断面図である。断面Ｄ－Ｄは、ロータブレード１００のうち、ロータブレード外縁１０４にすぐ隣接して位置する断面内に位置する。翼弦１１０は、同様に、当該領域において、中間部Ｂ－Ｂの領域よりも長く、かつ、ロータブレード根元１０２の領域の断面Ａ－Ａよりも長くなるように構成されている。翼弦１１０と回転面２０４とは、前記図３Ａ及び図３Ｂと比較して負の符号を有する迎え角αを成す。ここでは、迎え角αが回転面２０４の下方にあるので、迎え角αは約－１０°である。プロファイル厚さＤは、図３Ｂの断面Ｂ－Ｂにおけるプロファイル厚さＤよりも、再び幾分短い構成となっている。断面Ｄ－Ｄにおけるウィングレット１２０の一部を示す上方に変形した部分は、後縁１０８の領域に位置している。この時点で、先行する図の同一の特徴の新たな説明は省略される。

【0042】

図４は、図１の視線Ｅ－Ｅから見た、本発明によるロータブレード１００の側面図である。側面図では、ロータブレード１００は、ブレード長手方向軸線１２４（図示せず）に構成されたバルジ（膨らみ）を呈する。このバルジは、したがって、ロータブレード根元１０２とロータブレード外縁１０４との間に構成され、図３Ａ～図３Ｄの断面Ａ－Ａ～断面Ｄ－Ｄによる異なる迎え角αから生じるねじれに重畳される。ウィングレット１２０は、ロータブレード外縁１０４上に配置されており、このウィングレット１２０は、単に後縁側部分１１８（図示せず）の領域に位置しており、したがって、側面図では部分的にしか見えない。

【0043】

図５は、本発明によるロータリム２００の図式図である。ロータリム２００は、合計６枚のロータブレード１００を備えている。回転方向ｖは、方向矢印によって図式的に示され、回転円２０２は、ロータリム２００の円周上に図式的に示されている。ロータリム２００は、丁度６つのロータブレード１００から構成されており、それはその結果として効率の度合いが特に高くなるからである。これは、互いに続く２つのロータブレード１００の最適な間隔によって実証される。したがって、流体は、ロータブレード１００の後縁１０８を離れた後、十分に安定した状態になることができ、その結果、後続のロータブレード１００の前縁に可能な限り最適な条件がもたらされる。これにより、最適な流れの前提条件が可能となり、その結果、風力発電機の効率の程度が向上する。

【0044】

要約すると、本発明によるロータブレードの実施形態は、互いに組み合わせることができることに留意されたい。開示された特徴のいずれも、別の特徴との組み合わせを排除するものではなく、特徴の個々の組み合わせは、互いに作用して相乗効果を形成する。例えば、プロファイル厚さＤは、ロータブレード根元１０２からロータブレード外縁１０４に向かって減少する。これについては、図３Ａ～図３Ｄで詳細に記載されている。さらに、図３Ａ～図３Ｄでは、翼弦１１０がその長さが増加することが記載されている。ロータブレード根元１０２からロータブレード外縁１０４への特に低摩擦の移行を実現するために、翼弦１１０の長さに対するプロファイル厚さＤの比は、ロータブレード根元１０２からロータブレード外縁１０４に至るまで実質的に一定になるように構成されている。その結果、例えば、外側端での吸引力が減衰され、その結果、圧力差が小さくなる構成とすることができる。相乗効果のさらなる例を、ロータブレード１００のねじれに基づいて示す。ねじれは、ロータブレード根元１０２からロータブレード外縁１０４に向かって連続しており、対応する断面Ａ－Ａ～Ｄ－Ｄにおける翼弦１１０と回転面との間の迎え角αに基づいて説明される。最終的には、本発明によるロータリムは、１．５までの先端速度比（tip speed ratio）も実現できるため、低速走行タービンとして知られているものとして特に効率的である。さらに、ロータブレードのバルジ（膨らみ）と組み合わせた鎌形の構成は、特に有利である。バルジと鎌形の形状により、ロータブレードの根元１０２の領域における高い迎え角αが実現される。これは、ロータブレードの自己完結型の起動機能（self-contained starting function）にとって特に好都合である。ロータブレードの外側領域における所望の抵抗翼機能（resistant wing function）のために、迎え角αは外側に向かって減少し、これは鎌形の形状によってさらに助けられる。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】