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(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】特表2019-526735(P2019-526735A)
(43)【公表日】2019年9月19日
(54)【発明の名称】風力タービンのローターブレード
(51)【国際特許分類】
F03D 1/06 20060101AFI20190823BHJP
【ＦＩ】
F03D1/06 A
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2019-510650(P2019-510650)
(86)(22)【出願日】2017年9月6日
(85)【翻訳文提出日】2019年4月19日
(86)【国際出願番号】EP2017072301
(87)【国際公開番号】WO2018046519
(87)【国際公開日】20180315
(31)【優先権主張番号】102016117012.7
(32)【優先日】2016年9月9日
(33)【優先権主張国】DE
(81)【指定国】
AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】512197272
【氏名又は名称】ヴォッベン プロパティーズ ゲーエムベーハー
【氏名又は名称原語表記】ＷＯＢＢＥＮ ＰＲＯＰＥＲＴＩＥＳ ＧＭＢＨ
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】特許業務法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】カマルツァマン モハメド
(72)【発明者】
【氏名】ナピエララ クリスチャン フランク
(72)【発明者】
【氏名】スヴィアース ハイナー
【テーマコード（参考）】
3H178
【Ｆターム（参考）】
3H178AA03
3H178AA40
3H178AA43
3H178BB62
3H178CC03
3H178DD12Z
(57)【要約】
低圧側（２０１）と、高圧側（２０２）と、非鋭利な後縁（２００ｃ）と、非鋭利な後縁（２００ｃ）に配置されておりかつ少なくとも２つの段を有する後縁拡張ユニット（５００）と、を備えている、風力タービンローターブレード（２００）であって、後縁拡張ユニット（５００）が、第１の部分（５３０）および第２の部分（５４０）を有し、非鋭利な後縁（２００ｃ）から第１の部分（５３０）への遷移が実質的に非直角であり、第１の部分（５３０）と第２の部分（５４０）との間の遷移も非直角である、風力タービンローターブレード（２００）、を提供する。
【選択図】 図８
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力タービンのローターブレード（２００）であって、
低圧側（２０１）と、
高圧側（２０２）と、
非鋭利な後縁（２００ｃ）と、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に配置されておりかつ少なくとも２つの段を有する後縁拡張ユニット（５００）と、
を備えており、
前記後縁拡張ユニット（５００）が、第１の部分（５３０）および第２の部分（５４０）を有し、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から前記第１の部分（５３０）への遷移が、実質的に非直角であり、前記第１の部分（５３０）と前記第２の部分（５４０）との間の遷移も非直角である、
風力タービンのローターブレード（２００）。
低圧側（２０１）と、
高圧側（２０２）と、
非鋭利な後縁（２００ｃ）と、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に配置されておりかつ少なくとも２つの段を有する後縁拡張ユニット（５００）と、
を備えており、
前記後縁拡張ユニット（５００）が、第１の部分（５３０）および第２の部分（５４０）を有し、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から前記第１の部分（５３０）への遷移が、実質的に非直角であり、前記第１の部分（５３０）と前記第２の部分（５４０）との間の遷移も非直角である、
風力タービンのローターブレード（２００）。
【請求項2】
前記後縁拡張ユニット（５００）が、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に対して実質的に垂直に配置されている、
請求項１に記載の、風力タービンのローターブレード。
請求項１に記載の、風力タービンのローターブレード。
【請求項3】
ローターブレード付根領域（２１０）およびローターブレード先端部（２２０）、をさらに備えており、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）および前記後縁拡張ユニット（５００）が、前記ローターブレード付根領域（２１０）に設けられている、
請求項１または請求項２に記載の、風力タービンのローターブレード。
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）および前記後縁拡張ユニット（５００）が、前記ローターブレード付根領域（２１０）に設けられている、
請求項１または請求項２に記載の、風力タービンのローターブレード。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の、少なくとも１枚の風力タービンローターブレード、を有する風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、風力タービンのローターブレードに関する。
【背景技術】
【0002】
風力タービンのローターブレードは、さまざまな異なる形状において知られている。例えば、風力タービンのローターブレードは、いわゆるフラットバック（flatback）輪郭を有することができる。フラットバック輪郭では、ローターブレードの低圧側（suction side）と高圧側（pressure side）が後縁において合流せず、互いに間隔をあけて終端し、すなわち後縁が非鋭利である。フラットバック輪郭を有する風力タービンのローターブレードは有利であり、なぜならこれによりローターブレードの寸法が減少するためである。このことは、ローターブレードの輸送に関して特に有利である。その一方で、フラットバック輪郭に起因して、別の問題（特に、空力音響学的な問題）が生じる。フラットバック輪郭を有する風力タービンのローターブレードの場合、非鋭利な後縁の渦励振（vortex shedding）として知られている騒音メカニズムが発生することがある。
【0003】
優先権を主張する独国特許出願に関して、独国特許商標庁は、次の文書、すなわち、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、特許文献５を調査した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】独国特許発明第１０２０１１０１２９６５号明細書
【特許文献2】国際公開第２０１６／０５５０７６号
【特許文献3】独国特許発明第１０２０１４２０３４４２号明細書
【特許文献4】独国特許発明第２０２０１６１０１４６１号明細書
【特許文献5】独国特許発明第１９６１４４２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的は、上述した欠点を軽減または回避する、風力タービンのローターブレードを提供することである。具体的には、本発明の目的は、騒音放出の低減を可能にするフラットバック輪郭を有する、風力タービンのローターブレードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この目的は、請求項１に記載の風力タービンのローターブレードによって達成される。
【0007】
したがって、低圧側と、高圧側と、非鋭利な後縁と、非鋭利な後縁に配置されておりかつ少なくとも２つの段を有する後縁拡張ユニット（trailing edge enlargement unit)と、を備えている、風力タービンのローターブレード、を提供する。後縁拡張ユニットは、第１の部分および第２の部分を有し、非鋭利な後縁から第１の部分への遷移が、実質的に非直角であり、第１の部分と第２の部分との間の遷移も非直角である。
【0008】
本発明のさらなる態様によれば、非鋭利な後縁および後縁拡張ユニットは、本ローターブレードのローターブレード付根領域に設けられている。
【0009】
本発明は、フラットバック輪郭を有する風力タービンローターブレードに関する。したがって、本ローターブレードの後縁は、少なくとも部分的に平坦な形状である。これに加えて、本ローターブレードは、段の付いた後縁拡張部を有する。
【0010】
したがって、低圧側と、高圧側と、後縁と、を有する風力タービンローターブレードであって、後縁が非鋭利な後縁の形であるように少なくとも部分的にフラットバック輪郭の形である風力タービンローターブレード、を提供する。後縁の厚さは、輪郭の翼弦のｘ％である。本ローターブレードは、少なくとも２つの段を有する後縁拡張部をさらに有する。
【0011】
本発明のさらなる構造は、添付の請求項の主題である。
【0012】
以下では、本発明の利点および一例としての実施形態について、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明に係る風力タービンの概略図を示している。
【図2】ローターブレードの２つの輪郭の断面図を示している。
【図3】フラットバック輪郭を有するローターブレードの３つの異なる輪郭の概略図を示している。
【図7】本発明に係る風力タービンローターブレードの後縁の概略断面図を示している。
【図8】本発明に係る風力タービンローターブレードの概略図を示している。
【発明を実施するための形態】
【0014】
図１は、風力タービンの概略図を示している。風力タービン１００は、パイロン１０２およびポッド１０４を有する。ポッド１０４には、３枚のローターブレード１０８を有するローター１０６およびスピナー１１０が配置されている。運転時、ローター１０６が風によって回転し、これにより、ポッド１０４の中の発電機を駆動して電力を発生させる。
【0015】
本発明によれば、ローターブレードはフラットバック輪郭を有し、すなわちローターブレードは、切断状または非鋭利な後縁２００ｃを有する。非鋭利な後縁２００ｃの領域に、後縁拡張ユニット５００が設けられている。
【0016】
図２は、風力タービン（ローターブレード）の２つの輪郭の断面図を示している。図２は、従来のローターブレードの輪郭２００ａと、切断状または非鋭利な後縁２００ｃを有するフラットバック輪郭２００ｂを示している。
【0017】
図３は、それぞれが切断状後縁またはフラットバック輪郭を有する、風力タービン（ローターブレード）の３つの異なる輪郭の概略図を示している。風力タービン（ローターブレード）の第１の輪郭Ｍ０は、ローターブレードの標準的なフラットバック輪郭を示している。風力タービンローターブレードの第２の輪郭Ｍ１は、非鋭利な後縁２００ｃおよび後縁拡張ユニット３００を有する風力タービンのローターブレードの輪郭を示している。
【0018】
風力タービンローターブレードの第３の輪郭Ｍ２は、後縁に対して垂直ではない後縁拡張部４００を有するフラットバック輪郭を有する。
【0019】
図４は、ローターブレードの３つの輪郭の揚力係数を示しており、図５は、ローターブレードの３つの輪郭の抗力係数を示しており、図６は、空力特性（すなわちローターブレードの３つの輪郭の、抗力に対する揚力の比）を示している。
【0020】
後縁拡張部の本発明に係る構造では、カルマン渦列（von-Karman vortex street）が実質的に回避されるように、非鋭利な後縁の渦励振の発生を低減することができる。本発明によれば、風力タービンローターブレードは、ローターブレードの低圧側および高圧側が後縁において直接合流しないフラットバック輪郭を有する。そうではなく、後縁は、輪郭の翼弦との比較における所望の厚さである。
【0021】
フラットバック輪郭を有する風力タービンローターブレードを提供することは、建設技術および／または製造技術に関する改善につながる。特にローターブレードのハブ領域においてフラットバック輪郭が使用される場合、そのことは空力特性に対してプラスに影響しうる。このことは、大きな相対厚さの典型的な輪郭の場合において、境界層が、輪郭が急勾配であるが故に早期に剥離することが可能であるという事実によって説明することができる。後縁の本発明に係る構造、または本発明に係る後縁拡張部によって、カルマン渦列を回避することができる。
【0022】
本発明に係る後縁拡張部の構造は、後縁における、最新技術から公知のいわゆる「分離板」に関しても有利である。特に、段の付いた後縁拡張部を有する、本発明に係る後縁の構造では、周期的な渦励振現象を回避することができる。図５から理解できるように、ローターブレードの輪郭Ｍ１，Ｍ２の抗力を、６゜〜１０゜の範囲の迎角において低減することができる。しかしながら対照的に、ローターブレードの輪郭Ｍ１，Ｍ２の揚力は、ローターブレードの輪郭Ｍ０と比較して悪くなる。
【0023】
ローターブレードの輪郭Ｍ１の空力特性は、他の２つのローターブレードの輪郭の空力特性よりも良好である。特筆すべき点として、ローターブレードの輪郭Ｍ２の空力特性が、他の２つよりも悪い。このことは、特に、後縁拡張部の傾いた構造に帰することができる。
【0024】
図７は、本発明に係る風力タービンローターブレードの後縁の概略断面図を示している。本ローターブレードは、低圧側２０１と、高圧側２０２と、非鋭利な後縁２００ｃとを有する。さらに本ローターブレードは、後縁拡張部５００を有する。後縁拡張部５００は、第１の端部５１０および第２の端部５２０、ならびに、第１の部分５３０および第２の部分５４０を有する。第１の部分５３０の厚さは、非鋭利な後縁２００ｃの厚さより小さい。第２の部分５４０の厚さは、第１の部分５３０の厚さより小さい。したがって、少なくとも２つの段を有する後縁拡張部５００が提供される。非鋭利な後縁と第１の部分との間の遷移部に第１の角度α１および第２の角度α２が形成されており、第１の部分５３０と第２の部分５４０との間の遷移部に第３の角度α３および第４の角度α４を形成することができる。
【0025】
これに加えて、後縁拡張部５００を４つの長さＬ１〜Ｌ４によって記述することができる。
【0026】
図８は、本発明に係る風力タービンローターブレードの概略図を示している。風力タービンローターブレード２００は、ローターブレード付根領域２１０およびローターブレード先端領域２２０を有する。本ローターブレードは、ローターブレード付根２１０の領域に、非鋭利な後縁２００ｃおよび後縁拡張ユニット５００を有する。非鋭利な後縁２００ｃおよび後縁拡張ユニット５００の構造は、上のように記述することができる。
【0027】
したがって、本発明によれば、特に、ローターブレード付根２１０の領域に非鋭利な後縁２００ｃおよび後縁拡張ユニット５００を有する風力タービンローターブレード、を提供する。後縁拡張ユニットは、非鋭利な後縁に対して実質的に垂直に配置することができ、オプションとして、第１の部分および第２の部分を有することができる。非鋭利な後縁から第１の部分への遷移は、直角または非直角とすることができ、第１の部分と第２の部分との間の遷移も、直角または非直角な構造とすることができる。
【0028】
本発明によれば、段の付いた後縁を使用することによって、周期的な渦励振を効果的に防止し、したがって空力音響学的騒音の発生源を排除することが可能になる。【手続補正書】
【提出日】2019年4月19日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力タービンのローターブレード（２００）であって、
低圧側（２０１）と、
高圧側（２０２）と、
非鋭利な後縁（２００ｃ）と、
ローターブレード付根領域（２１０）と、
ローターブレード先端部（２２０）と、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に配置されておりかつ少なくとも２つの段を有する後縁拡張ユニット（５００）と、
を備えており、
前記後縁拡張ユニット（５００）が、第１の端部（５１０）、第２の端部（５２０）、第１の部分（５３０）および第２の部分（５４０）を有し、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から前記第１の部分（５３０）への遷移が、前記後縁拡張ユニット（５００）の前記第１の端部（５１０）において、実質的に非直角であり、前記第１の部分（５３０）と前記第２の部分（５４０）との間の遷移も非直角であり、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）および前記後縁拡張ユニット（５００）は前記ローターブレード付根領域（２１０）に配置されており、
前記後縁拡張ユニット（５００）の前記第２の端部（５２０）は非鋭利である、
風力タービンのローターブレード（２００）。
低圧側（２０１）と、
高圧側（２０２）と、
非鋭利な後縁（２００ｃ）と、
ローターブレード付根領域（２１０）と、
ローターブレード先端部（２２０）と、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に配置されておりかつ少なくとも２つの段を有する後縁拡張ユニット（５００）と、
を備えており、
前記後縁拡張ユニット（５００）が、第１の端部（５１０）、第２の端部（５２０）、第１の部分（５３０）および第２の部分（５４０）を有し、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から前記第１の部分（５３０）への遷移が、前記後縁拡張ユニット（５００）の前記第１の端部（５１０）において、実質的に非直角であり、前記第１の部分（５３０）と前記第２の部分（５４０）との間の遷移も非直角であり、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）および前記後縁拡張ユニット（５００）は前記ローターブレード付根領域（２１０）に配置されており、
前記後縁拡張ユニット（５００）の前記第２の端部（５２０）は非鋭利である、
風力タービンのローターブレード（２００）。
【請求項2】
前記後縁拡張ユニット（５００）が、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に対して実質的に垂直に配置されている、
請求項１に記載の、風力タービンのローターブレード。
請求項１に記載の、風力タービンのローターブレード。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の、少なくとも１枚の風力タービンローターブレード、を有する風力タービン。
【手続補正書】
【提出日】2019年5月29日
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力タービンのローターブレード（２００）であって、
低圧側（２０１）と、
高圧側（２０２）と、
非鋭利な後縁（２００ｃ）と、
ローターブレード付根領域（２１０）と、
ローターブレード先端部（２２０）と、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に配置されておりかつ少なくとも２つの段を有する後縁拡張ユニット（５００）と、
を備えており、
前記後縁拡張ユニット（５００）が、第１の端部（５１０）、第２の端部（５２０）、第１の部分（５３０）および第２の部分（５４０）を有し、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から前記第１の部分（５３０）への遷移が、前記後縁拡張ユニット（５００）の前記第１の端部（５１０）において、実質的に非直角であり、前記第１の部分（５３０）と前記第２の部分（５４０）との間の遷移も非直角であり、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）および前記後縁拡張ユニット（５００）は前記ローターブレード付根領域（２１０）に配置されており、
前記後縁拡張ユニット（５００）の前記第２の端部（５２０）は非鋭利である、
風力タービンのローターブレード（２００）。
低圧側（２０１）と、
高圧側（２０２）と、
非鋭利な後縁（２００ｃ）と、
ローターブレード付根領域（２１０）と、
ローターブレード先端部（２２０）と、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に配置されておりかつ少なくとも２つの段を有する後縁拡張ユニット（５００）と、
を備えており、
前記後縁拡張ユニット（５００）が、第１の端部（５１０）、第２の端部（５２０）、第１の部分（５３０）および第２の部分（５４０）を有し、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から前記第１の部分（５３０）への遷移が、前記後縁拡張ユニット（５００）の前記第１の端部（５１０）において、実質的に非直角であり、前記第１の部分（５３０）と前記第２の部分（５４０）との間の遷移も非直角であり、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）および前記後縁拡張ユニット（５００）は前記ローターブレード付根領域（２１０）に配置されており、
前記後縁拡張ユニット（５００）の前記第２の端部（５２０）は非鋭利である、
風力タービンのローターブレード（２００）。
【請求項2】
前記後縁拡張ユニット（５００）が、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）に対して実質的に垂直に配置されている、
請求項１に記載の、風力タービンのローターブレード。
請求項１に記載の、風力タービンのローターブレード。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の、少なくとも１枚の風力タービンのローターブレード、を有する風力タービン。
【請求項4】
非鋭利な後縁（２００ｃ）に配置され、且つ、第１の部分（５３０）および第２の部分（５４０）を有する後縁拡張ユニット（５００）を備え、
前記第１の部分（５３０）の厚さは、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）の厚さより小さく、
前記第２の部分（５４０）の厚さは、前記第１の部分（５３０）の厚さよりも小さく、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）と前記第１の部分（５３０）との間の遷移部の厚さは、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から離れるほど小さく、
前記第１の部分（５３０）と前記第２の部分（５４０）との間の遷移部の厚さは、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から離れるほど小さい、
風力タービンのローターブレード（２００）。
前記第１の部分（５３０）の厚さは、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）の厚さより小さく、
前記第２の部分（５４０）の厚さは、前記第１の部分（５３０）の厚さよりも小さく、
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）と前記第１の部分（５３０）との間の遷移部の厚さは、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から離れるほど小さく、
前記第１の部分（５３０）と前記第２の部分（５４０）との間の遷移部の厚さは、前記非鋭利な後縁（２００ｃ）から離れるほど小さい、
風力タービンのローターブレード（２００）。
【請求項5】
前記非鋭利な後縁（２００ｃ）および前記後縁拡張ユニット（５００）は、前記風力タービンのローターブレード（２００）が備えるローターブレード付根領域（２１０）に配置されている、
請求項４に記載の風力タービンのローターブレード（２００）。
請求項４に記載の風力タービンのローターブレード（２００）。
【請求項6】
前記第２の部分（５４０）の端部（５２０）は非鋭利である、
請求項４または５に記載の風力タービンのローターブレード（２００）。
請求項４または５に記載の風力タービンのローターブレード（２００）。
【請求項7】
請求項４から６のいずれかに記載の、少なくとも１枚の風力タービンのローターブレードを有する風力タービン。
【国際調査報告】