JP2021169812A - 風車翼アセンブリ及び風車 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた剥離抑制効果を享受できるボルテックスジェネレータを備える風車翼アセンブリ及び風車を提供する。【解決手段】風車翼アセンブリは、風車翼と、風車翼の表面に取り付けられたボルテックスジェネレータとを備える。ボルテックスジェネレータは、支持部を介して風車翼の表面に支持される小翼を備える。小翼は、小翼後縁の高さが小翼前縁の高さより大きい。【選択図】図３

Description

本開示は、風車翼アセンブリ及び風車に関する。

従来から、風車の運転効率を向上させる観点から、風車翼の空力的性能を改善する試みがなされている。風車翼の空力的性能に影響を及ぼす要素として、風車翼の表面に沿った流れの剥離がある。風車翼では、前縁側から流入する流れによって表面に境界層が形成される。境界層は、風車翼の前縁近傍では比較的薄い層流であるが、後縁側に向かうに従って流れが不安定化し、乱流に遷移する。風車翼の表面における圧力は、前縁側から後縁側に向かうに従って増加することから、風車翼の表面に沿った流れには減速させる力が作用し、流れが静止すると剥離が生じてしまう。このような風車翼の表面に沿った流れの剥離は、流れに対して逆流成分を生じさせ、風車翼の空力的性能を低下する要因となる。

風車翼の空力的性能を向上させる手段の一つとして、風車翼の表面にボルテックスジェネレータを設置することで、風車翼の表面に沿った流れの剥離を防止することが知られている。例えば特許文献１〜３には、ボルテックスジェネレータを備える風車翼が開示されている。

国際公開第２００８／１１３３４９号 米国特許第９７５２５５９号明細書 特開２０１８−２５１１４号公報

しかしながら、近年、風車翼の空力性能のさらなる改善要求が高まりつつあり、上記特許文献１〜３に記載のボルテックスジェネレータの剥離抑制効果を更に高めることが望まれている。

本開示の少なくとも一実施形態は、優れた剥離抑制効果を享受できるボルテックスジェネレータを備える風車翼アセンブリ及び風車を提供することを目的とする。

本開示の一実施形態に係る風車翼アセンブリは、上記課題を解決するために、
風車翼と、
前記風車翼の表面に取り付けられたボルテックスジェネレータと、
を備え、
前記ボルテックスジェネレータは、
前記表面に立設される支持部と、
前記支持部を介して前記表面に支持される小翼と、
を備え、
前記小翼は、流入風に対して下流側に位置する小翼後縁の前記表面に対する高さが、前記流入風に対して上流側に位置する小翼前縁における前記表面に対する高さより大きい。

本開示の少なくとも一実施形態によれば、優れた剥離抑制効果を享受できるボルテックスジェネレータを備える風車翼アセンブリ及び風車を提供できる。

一実施形態に係る風力発電装置の概略構成図である。 図１の風車翼アセンブリを示す斜視図である。 図２のＡ―Ａ断面図である。 翼長方向に沿ったエネルギ効率係数の分布を示すグラフである。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの翼長方向に沿った断面図である。 図５のボルテックスジェネレータを上方から示す平面図である。 翼形状を有する支持部の形状の一例である。 翼形状を有する支持部の形状の他の例である。 小翼の取付角度と小翼の揚力係数との相関を示すグラフである。 小翼の取付角度と小翼の抗力係数との相関を示すグラフである。 図５の変形例である。 図５の他の変形例である。 図６の変形例である。 図６の他の変形例である。

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

まず図１及び図２を参照して、一実施形態に係る風車翼を備える風力発電装置１の全体構成について説明する。図１は一実施形態に係る風力発電装置１の概略構成図であり、図２は図１の風車翼アセンブリ２を示す斜視図である。

図１に示すように、風力発電装置１は、少なくとも一本（例えば３本）の風車翼アセンブリ２を備える。風車翼アセンブリ２は放射状にハブ４に取り付けられ、風車翼アセンブリ２及びハブ４により風力発電装置１のロータ６が構成される。風車翼アセンブリ２で風を受けると、ロータ６が回転し、ロータ６に連結された発電機（不図示）で電力が生成されるようになっている。

尚、図１に示す実施形態では、ロータ６は、タワー８の上方に設けられたナセル１０によって支持されている。またタワー８は、水上又は陸上に設けられた土台構造１２（基礎構造又は浮体構造等）に立設されている。

図２に示すように、風車翼アセンブリ２は風車翼１４を備える。風車翼１４の表面（翼面）には、ボルテックスジェネレータ１６が取り付けられている。

風車翼１４は、風力発電装置１のハブ４に取り付けられる翼根１８と、ハブ４から最も遠くに位置する翼先端２０とを含む。また、風車翼１４は、翼根１８から翼先端２０にかけて、前縁２４と後縁２６とを有する。また、風車翼１４の表面１４ａは、圧力面２８（腹面）と、圧力面２８に対向する負圧面３０（背面）とを含んで構成される。

図２に示すように、風車翼アセンブリ２において、複数のボルテックスジェネレータ１６が風車翼１４の表面１４ａに取り付けられる。以下の実施形態では、ボルテックスジェネレータ１６は、風車翼１４の表面１４ａのうち負圧面３０に取り付けられている。これらの複数のボルテックスジェネレータ１６は、翼長方向に沿って配列されている。

尚、本願明細書において、「翼長方向」は、翼根１８と翼先端２０とを結ぶ方向を意味し、「翼コード方向」は、風車翼１４の前縁２４と後縁２６とを結ぶ線（コード）に沿った方向を意味する。

ここで図３は図２のＡ―Ａ断面図である。図３では、風車翼１４の負圧面３０に取り付けられたボルテックスジェネレータ１６を誇張して表示している（実際のボルテックスジェネレータ１６は、風車翼１４の翼コード長ｃ０に対して十分に小さい）。

風車翼１４は、運用時に前縁２４側から流入風Ｕを受ける。前縁２４への流入風Ｕは、負圧面３０上に境界層３２を形成する。境界層３２は、表面１４ａから十分に離れた位置における流速と等しくなる位置として定義される。境界層３２の内側（負圧面３０側）は、前縁２４近傍では比較的薄い層流であるが、前縁２４から後縁２６に向かって次第に発達することで、遷移点３５を境界として乱流に遷移する。負圧面３０における圧力は、前縁２４側から後縁２６側に向かうに従って増加することから、負圧面３０に沿った流れには、下流側に行くに従って減速成分が次第に増加する。その結果、剥離点３７より下流側（後縁２６側）では、負圧面３０の近傍に逆流域４０が形成され、剥離が生じる。ボルテックスジェネレータ１６は、負圧面３０上に設置されることで、このような剥離を抑制する効果（剥離抑制効果）を有する。

尚、負圧面３０における境界層３２の厚さδ、遷移点３５、剥離点３７は、それぞれ風車翼１４の運用条件（例えば、流入風Ｕの流速、風向き、温度、気圧等）に依存するが、図３では、特定の条件下における一例が示されている。

幾つかの実施形態において、翼コード方向における前縁２４からのボルテックスジェネレータ１６の取付位置ｘの翼コード長ｃ０に対する比ｘ／ｃ０は、０．２≦ｘ／ｃ０≦０．５を満たす。ここで図３に示すように、境界層３２の高さδは、風車翼１４の下流側（すなわち後縁２６側）に向かうに従って増加する。そのため、ボルテックスジェネレータ１６の取り付け位置ｘが上記条件を満たすように、翼コード方向において比較的前縁２４側に設定することで、剥離前の流れを利用して剥離を防止するための縦渦をボルテックスジェネレータ１６によって効果的に生成できる。

また幾つかの実施形態において、翼コード方向における前縁２４からのボルテックスジェネレータ１６の取付位置ｘは、翼コード方向における前縁２４からの遷移点３５の位置ｘ１、及び、翼コード方向における前縁２４からの剥離点３７の位置ｘ２に対して、ｘ１＜ｘ＜ｘ２を満たすように配置してもよい。このようにボルテックスジェネレータ１６の取付位置ｘを設定することで、翼コード方向において比較的前縁２４側に設定することで、剥離前の流れを利用して剥離を防止するための縦渦をボルテックスジェネレータ１６によって効果的に生成できる。

幾つかの実施形態において、翼長方向における翼根１８からのボルテックスジェネレータ１６の取付位置ｙの翼長ｃ１（図２を参照）に対するパーセント比ｙ／ｃ１×１００は、１０［％］≦ｙ／ｃ１×１００≦４０［％］を満たす。一般的に、風車翼１４のうち翼先端２０側は、空力的性能を比較的良好に考慮した設計がなされるが、翼根１８側はハブ４に対する十分な取付剛性を確保するために、空力的性能が比較的低下する設計がなされる。尚、図２では、上記条件を満たす取付位置ｙの範囲に、複数のボルテックスジェネレータ１６が設置された場合が例示されている。

ここで図４は翼長方向に沿ったエネルギ効率係数ｄＣｐの分布を示すグラフである。エネルギ効率係数ｄＣｐは、風車翼アセンブリ２の数Ｎｂ、ロータ６の回転数Ω、流入風速Ｕ、取付位置ｙ、空気密度ρ、局所トルクｄＱを用いて次式から得られる値を用いている。

図４では、エネルギ効率係数ｄＣｐの最良理論値がともに示されている。図４によれば、パーセント比ｙ／ｃ１が４０［％］以下の範囲において、翼長方向に沿ったエネルギ効率係数ｄＣｐと最良理論値との乖離幅が拡大する傾向が見られる。そのため、取付位置ｙが上記条件を満足するように設計することで、翼根１８側においてハブ４に対する十分な取付剛性を確保した場合においても、翼根１８側の空力的性能を効果的に向上することができる。

続いてボルテックスジェネレータ１６の構成について具体的に説明する。図５は一実施形態に係るボルテックスジェネレータ１６の翼コード方向に沿った断面図であり、図６は図５のボルテックスジェネレータ１６を上方（負圧面３０の法線方向）から示す平面図である。
尚、図５では翼コード方向に沿ったボルテックスジェネレータ１６の大きさが、翼コード長ｃ０に対して十分小さいため、ボルテックスジェネレータ１６に対して風車翼１４の負圧面３０が平坦であるとみなして示している。

ボルテックスジェネレータ１６は、風車翼１４の負圧面３０（表面１４ａ）に取り付けられる支持部３１と、支持部３１によって支持される小翼３４とを含む。支持部３１は、負圧面３０（表面１４ａ）に立設されるように固定される。支持部３１の他端側には、小翼３４が取り付けられる。

尚、支持部３１は基部を介して、負圧面３０（表面１４ａ）に対して間接的に取り付けられていてもよい。この場合、基部は、例えば、円形形状や楕円形状や長方形等の多角形の形状を有していてもよい。また基部上には、複数の支持部３１が取り付けられていてもよい。

また幾つかの実施形態では、支持部３１は翼形状を有する。支持部３１の断面は翼形状のような流線形状を有して流れ方向に正対させることで、支持部３１に作用する抵抗力を減らすことができ、空力性能の観点で都合がよい。翼形状を有する支持部３１の形状の例を図７Ａ及び７Ｂに示す。図７Ａは、小翼３４の中央に支持部３１を設定した形態を表している。構造強度を増すため等の理由で支持部３１を複数にしてもよい。図７Ｂは、支持部３１を２つとした形態を示す。

小翼３４は、負圧面３０（表面１４ａ）に沿って延在する平面形状を有する。当該平面形状は、小翼前縁３６と、小翼後縁３８とを有する。小翼前縁３６は流入風Ｕの上流側（風車翼１４の前縁２４側）に位置し、小翼後縁３８は流入風Ｕの下流側（風車翼１４の後縁２６側）に位置する。

小翼３４は、図５に示すように、小翼後縁３８の高さＨ２が小翼前縁３６の高さＨ１より大きくなるように、負圧面３０（表面１４ａ）に対して傾斜して配置される。これにより、小翼３４と負圧面３０（表面１４ａ）との間を通過する流れＤ１は、小翼３４より上方を通過する流れＤ２より流速が大きくなり、その結果、ボルテックスジェネレータ１６の下流側に図５に示す縦渦Ｄ３を形成することで、逆流域４０で生じる剥離を抑制する。

幾つかの実施形態において、小翼３４は、図５に示すように、翼長方向に対する垂直断面において、小翼前縁３６及び小翼後縁３８の間に負圧面３０（表面１４ａ）に対する高さが最小となる最近接点４２を有する。これにより、表面１４ａに対して傾斜して設置された小翼３４に反りを持たせることができ、剥離抑制のための縦渦Ｄ３をより効果的に生じさせることができる。

幾つかの実施形態において、小翼前縁３６及び小翼後縁３８を結ぶラインの負圧面３０（表面１４ａ）に対する傾斜角度θは、５［度］≦θ≦１０［度］を満たす。ここで図８Ａ及び図８Ｂは小翼３４の傾斜角度θと小翼３４の揚力係数α１及び抗力係数α２との相関をそれぞれ示すグラフである。小翼３４の揚力係数α１は、傾斜角度θが増加するに従って増加するが、ある値でピークを示し、それ以上に増加すると減少する振る舞いを有する。また小翼３４の抗力係数α２は、傾斜角度θが比較的小さい範囲では小さな値で安定しているが、ある値以上になると、傾斜角度θの増加に伴って、急激に増加する。そのため、傾斜角度θが上記条件を満たすように設定することで、小翼３４の揚力係数α１と抗力係数α２とのバランスを好適にとることができ、良好な空力的性能が得られる。

幾つかの実施形態において、小翼３４は、図５に示すように、翼長方向に対する垂直断面において、表面１４ａ（負圧面３０）に対して凸状に湾曲する形状を有する。これにより上流側（前縁２４側）から受ける流入風Ｕを小翼３４の表面に沿ってよりスムーズに導くことで、剥離抑制のための縦渦Ｄ３をより効果的に生じさせることができる。

幾つかの実施形態において、小翼３４は、図５に示すように、翼長方向に対する垂直断面において、略一定の厚さを有する。これにより、より簡易的な構成で剥離抑制効果を発揮可能なボルテックスジェネレータ１６を実現できる。

図９は図５の変形例である。幾つかの実施形態において、小翼３４は、図９に示すように、翼長方向に対する垂直断面において、平板形状を有する。この場合、小翼前縁３６及び小翼後縁３８は直線上に位置し、傾斜角度θは負圧面３０（表面１４ａ）に対する小翼３４の角度と一致する。これにより、より簡易的な構成で剥離抑制効果を発揮可能なボルテックスジェネレータ１６を実現できる。

図１０は図５の他の変形例である。幾つかの実施形態において、図１０に示すように、小翼３４は翼形状を有する。この場合、小翼３４の両面の中点を結んで規定されるキャンバーラインＣＬは、負圧面３０（表面１４ａ）に対して凸状に湾曲する。このような小翼３４を用いることで、より空力的性能に優れたボルテックスジェネレータ１６を実現できる。

幾つかの実施形態において、キャンバーラインＣＬの最大キャンバＰの小翼コード長ｃ２に対するパーセント比Ｐ／ｃ２は、Ｐ／ｃ０≦１０［％］を満たす。このようにパーセント比Ｐ／ｃ２を比較的小さく抑えることで、前述の傾斜角度θの範囲において好適な剥離抑制効果が得られる。

幾つかの実施形態において、小翼３４は、翼コード長ｃ０に対するボルテックスジェネレータ１６の高さＨ（典型的には、小翼後縁３８の高さＨ１と等しい）のパーセント比であるＨ／ｃ０×１００が、０．５［％］≦Ｈ／ｃ０×１００≦３［％］を満たす。より好ましくは、パーセント比Ｈ／ｃ０×１００は１［％］である。

一般的にボルテックスジェネレータ１６の高さＨが境界層３２の高さδに対して大きい場合、ボルテックスジェネレータ１６の存在による空気抵抗により、風車翼１４の空力的性能が低下する。逆に、ボルテックスジェネレータ１６の高さＨが境界層３２の高さδに対して小さい場合、ボルテックスジェネレータ１６によって生成される縦渦が小さくなり、ボルテックスジェネレータ１６による剥離抑制効果が減少してしまう。そこで、ボルテックスジェネレータ１６の高さＨが上記条件を満たすように設計することで、ボルテックスジェネレータ１６による空気抵抗と、ボルテックスジェネレータ１６による剥離抑制効果とのバランスを適正化し、風車翼アセンブリ２の全体として空力的性能を向上することができる。

幾つかの実施形態において、ボルテックスジェネレータ１６の高さＨ（典型的には、小翼後縁３８における表面１４ａからの高さＨ１と等しい）の境界層３２の高さδに対する比Ｈ／δが、０．２≦Ｈ／δ≦２を満たす。より好ましくは、比Ｈ／δが、０．５≦Ｈ／δ≦１．５を満たす。

図３に示すように、境界層３２の高さδは翼コード方向に沿った位置によって変化する。そのため、比Ｈ／δが上記条件を満たすように設定することで、ボルテックスジェネレータ１６の高さＨを、その取付位置ｘにおける境界層３２の高さδに最適化し、剥離抑制に必要な縦渦を効果的に得ることができる。

幾つかの実施形態において、小翼３４は、表面１４ａの法線方向から見て、小翼前縁３６から小翼後縁３８に向けて翼幅が広がるように形成される。図６に示す実施形態では、小翼前縁３６は、翼コード方向に沿った中心線Ｃとの交点Ｃ１からそれぞれ下流側に向けて斜めに延びる２辺Ｌ１、Ｌ２を有することで、上流側に凸形状を有する。

また幾つかの実施形態において、小翼３４は、表面１４ａの法線方向から見て、翼コード方向に沿った中心線Ｃの両側において、それぞれ小翼後縁３８に向けて翼幅が狭くなるように形成される。図６に示す実施形態では、小翼後縁３８は、翼コード方向に沿った中心線Ｃとの交点Ｃ２から下流側に向けて斜めに延びる２辺Ｌ３、Ｌ４を有することで、下流側に対して凹形状を有する。

本発明者の鋭意検討の結果、小翼３４の小翼前縁３６及び小翼後縁３８の形状がそれぞれ鋭くなるに従って、剥離抑制効果を発揮するための縦渦を効果的に発生できることを見出した。図６の実施形態では、２辺Ｌ１及びＬ２で規定される角度θ１、２辺Ｌ１及びＬ３で規定される角度θ２、２辺Ｌ２及びＬ４で規定される角度θ３がそれぞれ比較的小さく形成されているため、剥離抑制効果を発揮するための縦渦Ｄ３を効果的に発生できる。

図１１Ａ及び図１１Ｂはそれぞれ図６の変形例である。図１１Ａに示す変形例では、小翼３４は、図６と同様に、各辺Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を有するとともに、更に、辺Ｌ１の下流側端部と辺Ｌ３の下流側端部とを接続する辺Ｌ５と、辺Ｌ２の下流側端部と辺Ｌ４の下流側端部とを接続する辺Ｌ６と、を有する。辺Ｌ５、Ｌ６は、中心線Ｃに平行である。このような図１１Ａに示す小翼３４は、図６に比べて辺Ｌ５、Ｌ６を有する分、角度θ２、θ３が大きくなっているため（言い換えると、下流側の角度の鋭さが低下しているため）、図６に比べると縦渦Ｄ３が発生しにくくなるものの、従来に比べて良好な剥離抑制効果を得ることができる。

また図１１Ｂに示す変形例では、小翼３４は、小翼前縁３６及び小翼後縁３８は、それぞれ中心線Ｃに対して垂直な辺Ｌ７、Ｌ８であり、辺Ｌ７、Ｌ８の両端が辺Ｌ９、Ｌ１０で接続された、略矩形状の平面形状を有する。このような図１１Ｂに示す小翼３４は、図１１Ａに比べて、小翼前縁３６及び小翼後縁３８の鋭さが更に低下しているため（すなわち角度θ１は実質的にゼロであり、角度θ２、θ３は９０度であるため）、図１１Ａに比べると縦渦Ｄ３が発生しにくいものの、従来に比べて良好な剥離抑制効果を得ることができる。

以上説明したように、上述の各実施形態によれば、風車翼１４の表面１４ａ（負圧面３０）上に支持部３１及び小翼３４を有するボルテックスジェネレータ１６を備えることで、優れた剥離抑制効果を享受できる。

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

（１）一態様に係る風車翼アセンブリ（例えば上記実施形態の風車翼アセンブリ２）は、
風車翼（例えば上記実施形態の）と、
前記風車翼の表面（例えば上記実施形態の表面１４ａ）に取り付けられたボルテックスジェネレータ（例えば上記実施形態のボルテックスジェネレータ１６）と、
を備え、
前記ボルテックスジェネレータは、
前記表面に立設される支持部（例えば上記実施形態の支持部３１）と、
前記支持部を介して前記表面に支持される小翼（例えば上記実施形態の小翼３４）と、
を備え、
前記小翼は、流入風に対して下流側に位置する小翼後縁（例えば上記実施形態の小翼後縁３８）の前記表面に対する高さが、前記流入風に対して上流側に位置する小翼前縁（例えば上記実施形態の小翼前縁３６）における前記表面に対する高さより大きい。

上記（１）の態様によれば、風車翼の表面に取り付けられるボルテックスジェネレータは、支持部によって支持される小翼を備える。小翼は、小翼後縁が小翼前縁より高く取り付けられることで縦渦を効果的に発生させ、優れた剥離抑制効果をもたらすことができる。

（２）他の態様では、上記（１）の態様において、
前記小翼は、前記風車翼の翼長方向に対する垂直断面において、前記小翼前縁及び前記小翼後縁の間に前記表面に対する高さが最小となる最近接点を有する。

上記（２）の態様によれば、小翼は小翼前縁及び前記小翼後縁の間に前記表面に対する高さが最小となる最近接点を有することにより（いわゆる反り形状を有することにより）、剥離抑制のための縦渦をより効果的に生じさせることができる。

（３）他の態様では、上記（１）又は（２）の態様において、
前記小翼は、前記翼本体の翼長方向に対する垂直断面において、前記表面に対して凸状に湾曲する。

上記（３）の態様によれば、小翼が湾曲形状を有することにより、より空力的性能に優れたボルテックスジェネレータを実現できる。

（４）他の態様では、上記（１）又は（２）の態様において、
前記小翼は、前記翼本体の翼長方向に対する垂直断面において、略一定の厚さを有する平板形状を有する。

上記（４）の態様によれば、ボルテックスジェネレータが平板形状を有する小翼を備えることで、より簡易的な構成で剥離抑制効果を有する風車翼アセンブリを実現できる。

（５）他の態様では、上記（１）から（４）のいずれか一態様において、
前記小翼は、前記表面の法線方向から見て、前記小翼前縁から前記小翼後縁に向けて翼幅が広がるように形成される。

上記（５）の態様によれば、小翼の前縁側形状をこのように形成することで、剥離抑制効果を発揮するための縦渦を効果的に発生できる。

（６）他の態様では、上記（１）から（５）のいずれか一態様において、
前記小翼は、前記表面の法線方向から見て、前記翼本体の翼幅方向に沿った中心線の両側において、それぞれ前記小翼後縁に向けて翼幅が狭くなるように形成される。

上記（６）の態様によれば、小翼の後縁側形状をこのように形成することで、剥離抑制効果を発揮するための縦渦を効果的に発生できる。

（７）他の態様では、上記（１）から（６）のいずれか一態様において、
前記支持部は翼形状を有する。

上記（７）の態様によれば、ボルテックスジェネレータにおいて小翼を支持する支持部材に翼形状を適用することで、より空力的性能に優れた風車翼アセンブリを実現できる。

（８）他の態様では、上記（１）から（７）のいずれか一態様において、
前記風車翼の前縁から翼コード方向に沿ったボルテックスジェネレータの取付位置ｘの前記風車翼の翼コード長ｃ０に対する比ｘ／ｃ０は、０．２≦ｘ／ｃ０≦０．５を満たす。

上記（８）の態様によれば、ボルテックスジェネレータを当該条件を満たすように風車翼に取り付けることで、剥離前の流れを利用して剥離を防止するための縦渦を効果的に生成できる。

（９）他の態様では、上記（１）から（８）のいずれか一態様において、
前記風車翼の翼根１８から翼長方向に沿ったボルテックスジェネレータの取付位置ｙの前記風車翼の翼長ｃ１に対するパーセント比ｙ／ｃ１×１００は、１０［％］≦ｙ／ｃ１×１００≦４０［％］を満たす。

上記（９）の態様によれば、ボルテックスジェネレータを当該条件を満たすように風車翼に取り付けることで、剥離前の流れを利用して剥離を防止するための縦渦を効果的に生成できる。

（１０）他の態様では、上記（１）から（９）のいずれか一態様において、
前記翼本体の翼長方向に対する垂直断面において、前記小翼前縁及び前記小翼後縁を結ぶラインの表面に対する角度θは、５［度］≦θ≦１０［度］を満たす。

上記（１０）の態様によれば、小翼が有する小翼前縁及び小翼後縁を結ぶラインの表面に対する角度θを上記条件を満たすように構成することで、小翼の揚力係数と抗力係数とのバランスを好適にとることができ、良好な空力的性能が得られる。

（１１）他の態様では、上記（１）から（１０）のいずれか一態様において、
前記風車翼の翼コード長ｃ０に対する前記ボルテックスジェネレータの高さＨのパーセント比であるＨ／ｃ０×１００が、０．５［％］≦Ｈ／ｃ０×１００≦３［％］を満たす。

上記（１１）の態様によれば、ボルテックスジェネレータの表面に対する高さを上記条件を満たすことで、ボルテックスジェネレータによる空気抵抗と、ボルテックスジェネレータによる剥離抑制効果とのバランスを適正化し、風車翼アセンブリ全体として空力的性能を向上することができる。

（１２）一態様に係る風車は、
上記（１）から（１１）のいずれか一態様の風車翼アセンブリを備える。

上記（１２）の態様によれば、上記構成のボルテックスジェネレータを備える風車アセンブリを有することで、優れた空力性能を有する風車を実現できる。

１ 風力発電装置
２ 風車翼アセンブリ
４ ハブ
６ ロータ
８ タワー
１０ ナセル
１２ 土台構造
１４ 風車翼
１４ａ 表面
１６ ボルテックスジェネレータ
１８ 翼根
２０ 翼先端
２４ 前縁
２６ 後縁
２８ 圧力面
３０ 負圧面
３１ 支持部
３２ 境界層
３４ 小翼
３５ 遷移点
３６ 小翼前縁
３７ 剥離点
３８ 小翼後縁
４０ 逆流域
４２ 最近接点

Claims (12)

1. 風車翼と、
   前記風車翼の表面に取り付けられたボルテックスジェネレータと、
   を備え、
   前記ボルテックスジェネレータは、
   前記表面に立設される支持部と、
   前記支持部を介して前記表面に支持される小翼と、
   を備え、
   前記小翼は、流入風に対して下流側に位置する小翼後縁の前記表面に対する高さが、前記流入風に対して上流側に位置する小翼前縁における前記表面に対する高さより大きい、風車翼アセンブリ。
2. 前記小翼は、前記風車翼の翼長方向に対する垂直断面において、前記小翼前縁及び前記小翼後縁の間に前記表面に対する高さが最小となる最近接点を有する、請求項１に記載の風車翼アセンブリ。
3. 前記小翼は、前記翼本体の翼長方向に対する垂直断面において、前記表面に対して凸状に湾曲する、請求項１又は２に記載の風車翼アセンブリ。
4. 前記小翼は、前記翼本体の翼長方向に対する垂直断面において、略一定の厚さを有する平板形状を有する、請求項１又は２に記載の風車翼アセンブリ。
5. 前記小翼は、前記表面の法線方向から見て、前記小翼前縁から前記小翼後縁に向けて翼幅が広がるように形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の風車翼アセンブリ。
6. 前記小翼は、前記表面の法線方向から見て、前記翼本体の翼幅方向に沿った中心線の両側において、それぞれ前記小翼後縁に向けて翼幅が狭くなるように形成される、請求項１から５のいずれか一項に記載の風車翼アセンブリ。
7. 前記支持部は翼形状を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の風車翼アセンブリ。
8. 前記風車翼の前縁から翼コード方向に沿ったボルテックスジェネレータの取付位置ｘの前記風車翼の翼コード長ｃ０に対する比ｘ／ｃ０は、０．２≦ｘ／ｃ０≦０．５を満たす、請求項１から７のいずれか一項に記載の風車翼アセンブリ。
9. 前記風車翼の翼根１８から翼長方向に沿ったボルテックスジェネレータの取付位置ｙの前記風車翼の翼長ｃ１に対するパーセント比ｙ／ｃ１×１００は、１０［％］≦ｙ／ｃ１×１００≦４０［％］を満たす、請求項１から８のいずれか一項に記載の風車翼アセンブリ。
10. 前記翼本体の翼長方向に対する垂直断面において、前記小翼前縁及び前記小翼後縁を結ぶラインの表面に対する角度θは、５［度］≦θ≦１０［度］を満たす、請求項１から９のいずれか一項に記載の風車翼アセンブリ。
11. 前記風車翼の翼コード長ｃ０に対する前記ボルテックスジェネレータの高さＨのパーセント比であるＨ／ｃ０×１００が、０．５［％］≦Ｈ／ｃ０×１００≦３［％］を満たす、請求項１から１０のいずれか一項に記載の風車翼アセンブリ。
12. 請求項１から１１のいずれか一項に記載の風車翼アセンブリを備える風車。
    

Images