JP2022085636A - 風車翼用のボルテックスジェネレータ、風車翼及び風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラットフォームのサイズの増大を抑制しながら大型化したフィンを搭載可能な風車翼用のボルテックスジェネレータ、風車翼及び風力発電装置を提供する。【解決手段】風車翼用のボルテックスジェネレータは、プラットフォームと、前記プラットフォームの上面から突出して設けられ、前縁および後縁を有する少なくとも一つのフィンと、を備え、前記後縁を含む前記少なくとも一つのフィンの後端面は、前記フィンの高さ方向において前記プラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有する。【選択図】 図６

Description

本開示は、風車翼用のボルテックスジェネレータ、風車翼及び風力発電装置に関する。

従来、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。その試みの一つは、風車翼の表面にボルテックスジェネレータを設け、風車翼の表面に沿った流れの剥離を抑制することである。

特許文献１～８には、風車翼の表面に取り付けられる基部と該基部上に立設されたフィンとを有するボルテックスジェネレータが開示されている。

欧州特許出願公開第２４８４８９８号明細書 国際公開第２０１５／０３０５７３号 独国特許出願公開第１０／２０１３／２０１８７１号明細書 国際公開第２０１４／１９８３５３号 欧州特許出願公開２８２４３２０号明細書 欧州特許出願公開２７３９５２９号明細書 国際公開第２００６／１２２５４７号 欧州特許出願公開２７３６８０５号明細書

ところで、風車翼の表面は湾曲しているため、ボルテックスジェネレータのプラットフォームが小さいほうがボルテックスジェネレータを風車翼に取り付けやすい。一方、風車翼の大型化に伴い、ボルテックスジェネレータも大型化する傾向がある。そのため、プラットフォームのサイズを過度に大きくせずに、なるべく大型のフィンをプラットフォームに搭載したボルテックスジェネレータの実現が望まれている。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、プラットフォームのサイズの増大を抑制しながら大型化したフィンを搭載可能な風車翼用のボルテックスジェネレータ、風車翼及び風力発電装置を提供することを目的とする。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼用のボルテックスジェネレータは、
プラットフォームと、
前記プラットフォームの上面から突出して設けられ、前縁および後縁を有する少なくとも一つのフィンと、
を備え、
前記後縁を含む前記少なくとも一つのフィンの後端面は、前記フィンの高さ方向において前記プラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有する。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼は、
翼本体と、
前記翼本体の表面に取り付けられた上述のボルテックスジェネレータと、
を備える。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
上述の風車翼を含む風車ロータと、
前記風車ロータによって駆動されるように構成された発電機と、
を備える。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、プラットフォームのサイズの増大を抑制しながら大型化したフィンを搭載可能な風車翼用のボルテックスジェネレータ、風車翼及び風力発電装置が提供される。

一実施形態に係る風力発電装置の概略構成図である。 一実施形態に係る風車翼の斜視図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの斜視図である。 図３に示すボルテックスジェネレータの平面図である。 図４の示すボルテックスジェネレータを矢印Ｂの方向から視た図である。 図４のＡ－Ａ断面を示す図である。 図４に示すボルテックスジェネレータの翼高さ方向に直交する断面を示す図である。 図４に示すボルテックスジェネレータの翼高さ方向に直交する断面を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明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、本発明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。

（風力発電装置の構成）
まず、図１及び図２を参照して、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータが適用される風車翼及び風力発電装置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の概略構成図であり、図２は、一実施形態に係る風車翼の斜視図である。

図１に示すように、風力発電装置４０は、少なくとも一本（例えば３本）の風車翼１及びハブ４３で構成されるロータ４２を備える。風車翼１は放射状にハブ４３に取り付けられており、風車翼１で風を受けることによってロータ４２が回転し、ロータ４２に連結された発電機（不図示）で発電を行うように構成されている。なお、図１に示す実施形態において、ロータ４２は、タワー４６の上方に設けられたナセル４４によって支持されている。また、タワー４６は、水上又は陸上に設けられた土台構造４８（基礎構造又は浮体構造等）に立設されている。以下に説明するように、風力発電装置４０の風車翼１には、一実施形態に係るボルテックスジェネレータが取り付けられている。

（風車翼の構成）
図２に示すように、風車翼１は、翼本体２と、翼本体２の表面（翼面）に取り付けられたボルテックスジェネレータ１０と、を備える。翼本体２は、風力発電装置４０のハブ４３に取り付けられる翼根３と、ハブ４３から最も遠くに位置する翼先端４と、翼根３と翼先端４の間に延在する翼型部５と、を含む。また、風車翼１は、翼根３から翼先端４にかけて、前縁６と後縁７とを有する。また、風車翼１の外形は、圧力面（腹面）８と、圧力面８に対向する負圧面（背面）９とによって形成される。

図２に示す風車翼１において、複数のボルテックスジェネレータ１０が翼本体２の負圧面９に取り付けられている。複数のボルテックスジェネレータ１０は、翼本体２の負圧面９上にて、翼長方向に沿って配列されている。なお、本明細書において、「翼長方向」とは、翼根３と翼先端４とを結ぶ方向である。

（ボルテックスジェネレータの構成）
次に、図３～図８を参照して、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータについて具体的に説明する。図３は、一実施形態に係るボルテックスジェネレータの斜視図であり、図４は、図３に示すボルテックスジェネレータの平面図（フィン高さ方向から視た図）である。図５は、図４の示すボルテックスジェネレータを矢印Ｂの方向から視た図である。図６は、図４のＡ－Ａ断面（フィンのコード及び高さ方向を含む断面）を示す図である。図７及び図８は、それぞれ、図４に示すボルテックスジェネレータの翼高さ方向に直交する断面を示す図である。

図３～図６に示すように、ボルテックスジェネレータ１０は、風車翼１の表面（より具体的には翼本体２の表面）に取り付けられるプラットフォーム１１と、プラットフォーム１１上に設けられる少なくとも１つのフィン１２と、を備える。

プラットフォーム１１は、フィン１２が設けられる上面１１ａと、上面１１ａとは反対側の底面１１ｂと、を有する。ボルテックスジェネレータ１０は、底面１１ｂを介して翼本体２の表面（例えば負圧面９）に取り付けられる。図３及び図４に示すように、プラットフォーム１１は、フィン１２の高さ方向から視て円形を有していてもよい。あるいは、プラットフォーム１１は、高さ方向から視て、楕円または多角形等の円形以外の形状を有していてもよい。

少なくとも１つのフィン１２は、プラットフォーム１１の上面１１ａから突出して設けられる。図示する実施形態では、プラットフォーム１１上に２つのフィン１２Ａ，１２Ｂが設けられている。以下において、フィン１２Ａ，１２Ｂをフィン１２と総称する。フィン１２は、風流入方向に対して所定の角度をなすように傾斜して設けられている。

図３～図６に示すように、フィン１２は、風の流入方向の上流側に位置する前縁１３と、風の流入方向の下流側に位置する後縁１４と、風の流入方向における上流側を向くフィン１２の圧力面（腹面）１５と、風の流入方向における下流側を向くフィン１２の負圧面（背面）１６と、を有する。フィン１２において、前縁１３と後縁１４とを結ぶ直線の方向が、フィン１２のコード方向である。また、フィン１２は、フィン１２の高さ方向において、プラットフォーム１１と接続される基部１７と頂部１８との間を延びている。なお、本明細書においてフィン１２の高さ方向は、プラットフォーム１１の底面１１ｂに直交する方向に等しい。

なお、図４におけるＣ１～Ｃ４は、それぞれ、フィン１２の高さ方向に直交する断面におけるフィン１２の輪郭であり、Ｃ１からＣ４に向かってプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなる。

ここで、ボルテックスジェネレータ１０の作用について簡単に説明する。
風車翼１の負圧面９における流れの剥離は、前縁６近傍の層流域からその下流側の乱流域に向かって境界層が徐々に厚くなり、後縁７に到達する前に流れが剥がれてしまうことで生じる。風車翼１に取り付けられたボルテックスジェネレータ１０は、フィン１２が生み出す揚力によって、フィン１２の負圧面１６側に縦渦を形成する。また、フィン１２に流入した流れによって、フィン１２の前縁１３の最上流側位置（基部における前縁１３ａ）から頂部（頂部における前縁１３ｂ）に向かうエッジに沿った縦渦が形成される。このようにフィン１２により生成される縦渦によって、ボルテックスジェネレータ１０の後流側において、風車翼１面上の境界層内外でのフィン１２の高さ方向における運動量交換が促進される。これにより、風車翼１の表面における境界相が薄くなり、風車翼１表面からの流れの剥離が抑制されるようになっている。

幾つかの実施形態では、図３～図６に示すように、少なくとも一つのフィン１２の後縁１４を含む後端面１９は、フィン１２の高さ方向においてプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなるにしたがい後方に（すなわち、フィン１２のコード方向において前縁１３から後縁１４に向かう方向に）傾斜した形状を有する。後端面１９は、後縁１４を含む平坦面を含んでもよい。

上述の実施形態によれば、フィン１２の後端面１９は、フィン１２の高さ方向においてプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有する。よって、風車翼１の空力性能への寄与が相対的に小さいフィン１２の基部１７における後縁１４ａの位置に対し、空力性能への寄与が大きいフィン１２の頂部１８における後縁１４ｂの位置を後方にずらすことで、フィン１２の頂部１８におけるコード長を十分に確保しやすくなる。このため、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しながら、プラットフォーム１１のサイズをフィン１２に対して相対的に小さくすることができる。よって、プラットフォーム１１のサイズの増大を抑制しながらより大型のフィン１２を搭載したボルテックスジェネレータ１０を得ることができる。

幾つかの実施形態では、フィン１２のコード及び高さ方向を含む断面内にて、プラットフォーム１１の底面１１ｂに対する後端面１９の傾斜角α（図６参照）は、５５度以上６５度以下である。傾斜角αは、上述の断面内において、フィン１２の基部１７における後縁１４ａの位置とフィン１２の頂部１８における後縁１４ｂの位置とを結ぶ直線と、プラットフォーム１１の底面１１ｂを含む直線とがなす角度である。

上述の実施形態によれば、上述の傾斜角αが６５度以下であるため、フィン１２の後縁部は後方に傾斜した形状を有する。このため、フィン１２の頂部１８における後縁１４ｂの位置を、フィン１２の基部１７における後縁１４ａの位置に対して後方に比較的大きくずらすことができる。よって、フィン１２の頂部１８におけるコード長を十分に確保しやすくなる。また、上述の傾斜角αが５５度以上でるため、フィン１２の後縁部は後方に過剰に傾斜しない形状を有する。そのため、フィン１２の後縁部を傾斜させつつ、適正なサイズを有するフィン１２を備えたボルテックスジェネレータ１０を得ることができる。よって、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しながら、プラットフォーム１１のサイズを相対的に小さくすることができる。

幾つかの実施形態では、例えば図６に示すように、フィン１２の高さ方向における少なくとも一部の領域にて、フィン１２の前縁１３は、高さ方向にてプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜する。

幾つかの実施形態では、フィン１２のコード及び高さ方向を含む断面内にて、プラットフォーム１１の底面１１ｂに対する後端面１９の傾斜角α（図６参照）は、プラットフォーム１１の底面１１ｂに対する前縁１３の傾斜角βよりも大きい。ここで、傾斜角βは、上述の断面内において、フィン１２の基部１７における前縁１３ａの位置とフィン１２の頂部１８における前縁１３ｂの位置とを結ぶ直線と、プラットフォーム１１の底面１１ｂを含む直線とがなす角度である。

上述の実施形態によれば、フィン１２の頂部１８側の領域におけるフィン１２の断面積を小さくしやすく、これにより空力的性能が良好になりやすい。よって、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しながら、プラットフォーム１１のサイズを相対的に小さくすることができる。

幾つかの実施形態では、フィン１２のコード及び高さ方向を含む断面内にて、プラットフォーム１１の底面に対する前縁の傾斜角βは１０度以上２０度以下である。

上述の実施形態によれば、上述の傾斜角βは１０度以上であるため、フィン１２の前縁部１３’を傾斜させつつ、適正なサイズを有するフィン１２が得られやすい。また、上述の傾斜角βは２０度以下であるため、ボルテックスジェネレータ１０の空力的性能を確保しやすい。よって、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しながら、プラットフォーム１１のサイズを相対的に小さくすることができる。

幾つかの実施形態では、フィン１２の前縁１３は、フィン１２の最大高さ位置（すなわち、フィン１２の頂部１８の位置）まで高さ方向にてプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜する。

上述の実施形態によれば、フィン１２の最大高さ位置まで、フィン１２の高さ方向にてプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなるにしたがい前縁１３が後方に傾斜しているので、ボルテックスジェネレータ１０の空力的性能を確保しやすい。よって、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しながら、プラットフォーム１１のサイズを相対的に小さくすることができる。

図７は、フィン１２の高さ方向における第１位置Ｐ１（図６参照）での、フィン１２の高さ方向に直交する断面を示す図であり、図８は、第１位置Ｐ１よりもプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が小さい第２位置Ｐ２（図６参照）での、フィン１２の高さ方向に直交する断面を示す図である。なお、図６においてＰａはフィン１２の高さ方向におけるプラットフォーム１１の底面１１ｂの位置を示し、Ｐｂはフィン１２の高さ方向におけるフィン１２の頂部１８の位置を示す。また、図６～図８において、第１翼型ＣＰ_１のコード長はＬ_１であり、第２翼型ＣＰ_２のコード長はＬ_２である。

幾つかの実施形態では、例えば図６～図８に示すように、フィン１２は、高さ方向における第１位置Ｐ１（図６参照）において第１翼型ＣＰ_１を有するとともに、高さ方向における第２位置Ｐ２（図６参照）において、第１翼型ＣＰ_１よりもサイズが大きい第１翼型ＣＰ_１の相似形ＣＰ_１’と一致する前縁領域１０２と、相似形ＣＰ_１’の一部が欠損した形状である後縁領域１０４とを含む第２翼型ＣＰ_２を有する。ただし、図８において、フィン１２の前縁領域１０２では、第１翼型ＣＰ_１の相似形ＣＰ_１’（鎖線）と、第２翼型ＣＰ_２（実線）とが重なっている。すなわち、図８において、第２翼型ＣＰ_２のコード長Ｌ_２は、第１翼型ＣＰ_１の相似形ＣＰ_１’のコード長Ｌ_１’よりも短い。

上述の実施形態によれば、フィン１２の基部１７側の第２位置Ｐ２における第２翼型ＣＰ_２は、頂部１８側の第１位置Ｐ１における第１翼型ＣＰ_１よりもサイズが大きい第１翼型の相似形ＣＰ_１’の形状を基本的に有しつつ、後縁領域１０４においては相似形ＣＰ_１’の一部が欠損した形状であるので、比較的大型のフィン１２をプラットフォーム１１に搭載することができる。また、フィン１２は、頂部１８側の第１位置Ｐ１において、第２翼型ＣＰ_２に比べて後縁部が欠損していない形状の第１翼型ＣＰ_１を有するため、空力性能への寄与が大きいフィン１２の頂部１８側の領域においてフィン１２のコード長を確保しやすい。よって、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しつつ、プラットフォーム１１のサイズを相対的に小さくすることができる。

幾つかの実施形態では、例えば図７及び図８に示すように、フィン１２は、高さ方向における第１位置Ｐ１における第１翼厚比ｔ_１／Ｌ_１が、高さ方向において第１位置Ｐ１よりもプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が小さい第２位置Ｐ２における第２翼厚比ｔ_２／Ｌ_２よりも小さくてもよい。なお、ｔ_１は、第１翼型ＣＰ_１の翼厚の最大値（最大翼厚）であり、ｔ_２は、第２翼型ＣＰ_２の翼厚の最大値（最大翼厚）である。翼厚は、コード方向に直交する方向（すなわちフィン１２の厚さ方向）における各翼型のサイズ（厚さ）である。

例えば、図７及び図８に示す例では、フィン１２は、第２位置Ｐ２において、第１翼型ＣＰ_１の相似形ＣＰ_１’の一部が欠損した形状である後縁領域１０４を含む第２翼型ＣＰ_２を有するため、第２位置Ｐ２におけるコード長Ｌ_２は、第１翼型ＣＰ_１の相似形ＣＰ_１’のコード長Ｌ_１’よりも短い。よって、第１位置Ｐ１における第１翼厚比ｔ_１／Ｌ_１（＝ｔ_２／Ｌ_１’）は、第２位置Ｐ２における第２翼厚比ｔ_２／Ｌ_２よりも小さい。

上述の実施形態によれば、フィン１２は、基部１７側の第２位置Ｐ２において最大翼厚ｔ_２に対するコード長Ｌ_２が比較的短い形状を有するため、比較的大型のフィン１２をプラットフォーム１１に搭載することができる。また、フィン１２は、頂部１８側の第１位置Ｐ１において、最大翼厚ｔ_１に対するコード長Ｌ_１が比較的長い形状を有するため、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しやすい。よって、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しながら、プラットフォーム１１のサイズを相対的に小さくすることができる。

幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、フィン１２の高さ方向から視たとき、フィン１２の後縁１４を含む後端部１４’は、プラットフォーム１１の外縁１１ｃから外側に突出している。すなわち、高さ方向から視たとき、フィン１２の頂部１８における後縁１４ｂの位置は、プラットフォーム１１の外縁１１ｃの外側に位置していてもよい。

上述の実施形態によれば、フィン１２の後端部１４’が、プラットフォーム１１の外縁１１ｃから外側に突出しているので、フィン１２の頂部１８におけるコード長を確保しやすくなる。よって、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しながらプラットフォーム１１のサイズを小さくしやすくなる。

なお、幾つかの実施形態では、フィン１２の後端部１４’は、プラットフォーム１１の外縁から突出していなくてもよい。すなわち、高さ方向から視たとき、フィン１２の後端部１４’は、プラットフォーム１１の外縁１１ｃの内側に収まっていてもよい。あるいは、高さ方向から視たとき、フィン１２の頂部１８における後縁１４ｂの位置は、プラットフォーム１１の外縁１１ｃよりも内側に位置していてもよい。

幾つかの実施形態では、例えば図５に示すように、フィン１２の後端面１９の幅Ｗは、高さ方向にてプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなるにしたがい減少する。後端面１９の幅Ｗとは、フィン１２の厚さ方向（フィン１２のコード方向に直交方向する方向）における後端面１９の幅のことである。なお、図５に示す例示的な実施形態では、フィン１２の後端面１９は台形形状を有するが、他の実施形態では三角形であってもよい。

上述の実施形態によれば、フィン１２の後端面１９の幅Ｗは、フィン１２の高さ方向にてプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなるにしたがい減少する。よって、空力性能への寄与が相対的に小さいフィン１２の基部において後端面１９の幅Ｗが比較的大きいため、比較的大型のフィン１２をプラットフォーム１１に搭載することができる。また、フィン１２の基部における後端面１９の幅Ｗが確保されるので、フィン１２を支えやすくなる。また、空力性能への寄与が大きいフィン１２の頂部１８において後端面１９の幅Ｗが比較的狭いため、フィン１２の頂部１８におけるコード長を確保しやすい。よって、ボルテックスジェネレータ１０の空力性能を維持しながら、プラットフォーム１１のサイズを相対的に小さくすることができる。

幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、フィン１２は、フィン１２の高さ方向に直交する断面内にて曲線形状の輪郭を有する前縁部１３’を含む。なお、図４において、フィン１２の高さ方向に直交する断面におけるフィン１２の輪郭Ｃ１～Ｃ４について、前縁部１３’は曲線形状の輪郭を有している。

上述の実施形態によれば、フィン１２は、フィン１２の高さ方向に直交する断面内にて曲線形状の輪郭を有する前縁部１３’を含むので、ボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に設置したとき、ボルテックスジェネレータ１０に流入する空気の流れの抵抗を低減しやすい。このため、ボルテックスジェネレータ１０の空力的性能が良好となる。

また、幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、フィン１２は、フィン１２のコードに関して対称な形状を有する。なお、図４において、フィン１２の高さ方向に直交する断面におけるフィン１２の輪郭Ｃ１～Ｃ４について、前縁部１３’は曲線形状の輪郭を有している。また、図４において、輪郭Ｃ１～Ｃ４は、フィン１２のコードに関して対称な形状を有している。なお、図４において、輪郭Ｃ１～Ｃ４は、フィン１２のコードに関して対称な形状を有している。

上述の実施形態では、フィン１２はフィン１２のコードに関して対称な形状を有するため、フィン１２がコードに関して非対称の形状を有する場合と比較して、ボルテックスジェネレータ１０の成形がしやすくなる。例えば射出成型等による成形が容易になる。

なお、幾つかの実施形態では、フィン１２はフィン１２のコードに関して非対称な形状を有してもよい。

幾つかの実施形態では、フィン１２の翼厚比（最大翼厚／コード長）は、１０％以上２０％以下であってもよい。一実施形態では、フィン１２の高さ方向における３０％以上の領域において、フィン１２の翼厚比は、１０％以上２０％以下であってもよい。一実施形態では、フィン１２の高さ方向における全領域において、フィン１２の翼厚比は、１０％以上２０％以下であってもよい。

上述の実施形態によれば、フィン１２の翼厚比が１０％以上２０％以下であるので、ボルテックスジェネレータ１０の空力的性能が良好なものとなりやすい。

幾つかの実施形態では、ボルテックスジェネレータ１０（プラットフォーム１１及びフィン１２）は、樹脂製であってもよい。ボルテックスジェネレータ１０の材料となる樹脂は、例えばＡＳＡ（Ａｃｒｙｌａｔｅ Ｓｔｈｒｅｎｅ Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）又はＡＥＳ（Ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ－Ｅｔｈｙｌｅｎｅ－Ｓｔｙｒｅｎｅ）などの熱可塑性プラスチックであってもよい。

上述の実施形態によれば、プラットフォーム１１及びフィン１２は樹脂から形成されるため、成形が比較的容易である。

一般的な形状のボルテックスジェネレータを射出成形で形成する場合、上下一対の２分割の金型（すなわち、フィンの高さ方向にて２分割された金型）で成形可能である。しかし、上述した実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０は、フィン１２の後端面１９が、フィン１２の高さ方向においてプラットフォーム１１の底面１１ｂからの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有するため、上下一対の２分割の金型のみで形成することは難しい。

そこで、上述の実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０を射出成形で形成する場合には、上下一対の金型に加え、各フィン１２の後縁部分（後方に傾斜する後端面１９を含む部分）に対応する金型を用いる。上下一対の金型については、成形品を上下方向に離型させるのに対し、各フィン１２の後縁部分に対応する金型については、成形品をフィン１２の前後方向（フィン１２のコード方向）に離型させる。このようにして、上述の実施形態に係るボルテックスジェネレータ１０を射出成形で成形することができる。

幾つかの実施形態では、フィン１２（フィン１２Ａ及び／又はフィン１２Ｂ）の取付角度（コード方向）が、風の流入方向に対して１２度以上１８度以下である。このようなフィン１２を有するボルテックスジェネレータ１０を風車翼１に取り付けることで、風車翼１表面からの流れの剥離を効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、例えば図３～図５に示すように、風流入方向の上流側から下流側に向けて（すなわち、風車翼１（図２参照）の前縁６側から後縁７側に向けて）、一対のフィン１２Ａ，１２Ｂの間の距離が広がるように各々のフィン１２Ａ，１２Ｂが設けられていてもよい。

複数枚のフィンを風車翼の翼長方向に沿って配列する場合、空力性能の観点から、隣り合う圧力面同士の距離が、隣り合う負圧面同士の距離よりも長くなるように複数枚のフィンを配置することが考えられる。この点、上述の実施形態では、フィン１２Ａの負圧面１６とフィン１２Ｂの負圧面１６とが対向するように、プラットフォーム１１上にフィン１２Ａとフィン１２Ｂとが配置されるので、フィン１２Ａとフィン１２Ｂとの間の距離を比較的短くすることができる。このため、プラットフォーム１１を小さくしやすくなる。

幾つかの実施形態では、例えば図４に示すように、プラットフォーム１１は、フィン１２の高さ方向から視て円形を有するように構成される。

上述の実施形態によれば、プラットフォーム１１は、フィン１２の高さ方向から視て円形を有するので、プラットフォーム１１を風車翼１の表面に安定的に接着させやすい。よって、ボルテックスジェネレータ１０の風車翼１からの剥離を抑制することができる。

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）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼（１）用のボルテックスジェネレータ（１０）は、
プラットフォーム（１１）と、
前記プラットフォームの上面（１１ａ）から突出して設けられ、前縁（１３）および後縁（１４）を有する少なくとも一つのフィン（１２）と、
を備え、
前記後縁を含む前記少なくとも一つのフィンの後端面（１９）は、前記フィンの高さ方向において前記プラットフォームの底面（１１ｂ）からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有する。

上記（１）の構成によれば、少なくとも一つのフィンの後端面は、フィンの高さ方向においてプラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有する。よって、風車翼の空力性能への寄与が相対的に小さいフィンの基部における後縁の位置に対し、空力性能への寄与が大きいフィンの頂部における後縁の位置を後方にずらすことで、フィンの頂部におけるコード長を十分に確保しやすくなる。このため、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズをフィンに対して相対的に小さくすることができる。よって、プラットフォームのサイズの増大を抑制しながらより大型のフィンを搭載したボルテックスジェネレータを得ることができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記フィンは、
前記高さ方向の第１位置（Ｐ１）において第１翼型（ＣＰ_１）を有し、
前記高さ方向にて前記第１位置よりも前記プラットフォームの底面からの距離が小さい第２位置（Ｐ２）において、前記第１翼型よりもサイズが大きい前記第１翼型の相似形（ＣＰ_１’）と一致する前縁領域（１０２）と、前記相似形の一部が欠損した形状である後縁領域（１０４）とを含む第２翼型（ＣＰ_２）を有する。

上記（２）の構成によれば、フィンは、高さ方向の第１位置において第１翼型を有するとともに、第１位置よりもプラットフォームの底面からの距離が小さい第２位置において、第１翼型よりもサイズが大きい第１翼型の相似形と一致する前縁領域と、前記相似形の一部が欠損した形状である後縁領域とを含む第２翼型を有する。すなわち、フィンの基部側の第２位置における第２翼型は、頂部側の第１位置における第１翼型よりもサイズが大きい第１翼型の相似形の形状を基本的に有しつつ、後縁領域においては前記相似形の一部が欠損した形状であるので、比較的大型のフィンをプラットフォームに搭載することができる。また、フィンは、頂部側の第１位置において、第２翼型に対して後縁部が欠損していない形状の第１翼型を有するため、空力性能への寄与が大きいフィンの頂部側の領域においてフィンのコード長を確保しやすい。よって、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しつつ、プラットフォームのサイズを相対的に小さくすることができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）または（２）の構成において、
前記フィンは、前記高さ方向における第１位置における第１翼厚比が、前記高さ方向において前記第１位置よりも前記プラットフォームの底面からの距離が小さい第２位置における第２翼厚比よりも小さい。

上記（３）の構成によれば、高さ方向における第１位置における第１翼厚比が、高さ方向において第１位置よりも前記プラットフォームの底面からの距離が小さい第２位置における第２翼厚比よりも小さい。すなわち、フィンは、基部側の第２位置において最大翼厚に対するコード長が比較的短い形状を有するため、比較的大型のフィンをプラットフォームに搭載することができる。また、フィンは、頂部側の第１位置において、最大翼厚に対するコード長が比較的長い形状を有するため、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しやすい。よって、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズを相対的に小さくすることができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の構成において、
前記フィンの前記後端面の幅は、前記高さ方向にて前記プラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい減少する。

上記（４）の構成では、前記フィンの前記後端面の幅は、前記高さ方向にて前記プラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい減少する。よって、空力性能への寄与が相対的に小さいフィンの基部において後端面の幅が比較的大きいため、比較的大型のフィンをプラットフォームに搭載することができる。また、フィンの基部における後端面の幅が確保されるので、フィンを支えやすくなる。また、空力性能への寄与が大きいフィンの頂部において後端面の幅が比較的狭いため、フィンの頂部におけるコード長を確保しやすい。よって、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズを相対的に小さくすることができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の構成において、
前記高さ方向から視たとき、前記フィンの後端部（１４’）は、前記プラットフォームの外縁（１１ｃ）から外側に突出している。

上記（５）の構成によれば、前記フィンの後端部は、前記プラットフォームの外縁から外側に突出しているため、フィンの頂部におけるコード長を確保しやすい。よって、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながらプラットフォームのサイズを小さくしやすくなる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の構成において、
前記フィンのコード及び前記高さ方向を含む断面内にて、前記プラットフォームの前記底面に対する前記後端面の傾斜角（α）は、５５度以上６５度以下である。

上記（６）の構成によれば、前記フィンのコード及び前記高さ方向を含む断面内にて、前記プラットフォームの前記底面に対する前記後端面の傾斜角が６５度以下であるため、フィンの後縁部は後方に傾斜した形状を有する。このため、フィンの頂部における後縁の位置を、フィンの基部における後縁の位置に対して後方に比較的大きくずらすことができる。よって、フィンの頂部におけるコード長を十分に確保しやすくなる。また、上述の傾斜角が５５度以上でるため、フィンの後縁部は後方に過剰に傾斜しない形状を有する。そのため、フィンの後縁部を傾斜させつつ、適正なサイズを有するフィンを備えたボルテックスジェネレータを得ることができる。よって、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズを相対的に小さくすることができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の構成において、
前記フィンの高さ方向における少なくとも一部の領域にて、前記フィンの前縁は、前記高さ方向にて前記プラットフォームの前記底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜し、
前記フィンのコード及び前記高さ方向を含む断面内にて、前記プラットフォームの前記底面に対する前記後端面の傾斜角は、前記プラットフォームの前記底面に対する前記前縁の傾斜角（β）よりも大きい。

上記（７）の構成によれば、フィンの高さ方向における少なくとも一部の領域にて、フィンの前縁は、高さ方向にてプラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜し、フィンのコード及び高さ方向を含む断面内にて、プラットフォームの底面に対する後端面の傾斜角は、プラットフォームの底面に対する前縁の傾斜角よりも大きい。よって、フィンの頂部における断面積を小さくしやすく、これにより空力的性能が良好になりやすい。よって、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズを相対的に小さくすることができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の構成において、
前記フィンは、前記フィンの高さ方向に直交する断面内にて曲線形状の輪郭を有する前縁部（１３’）を含むとともに、前記フィンのコードに関して対称な形状を有する。

上記（８）の構成によれば、フィンは前記フィンの高さ方向に直交する断面内にて曲線形状の輪郭を有する前縁部を含むため、ボルテックスジェネレータを風車翼に設置したとき、ボルテックスジェネレータに流入する空気の流れの抵抗を低減しやすい。このため、ボルテックスジェネレータの空力的性能が良好となる。また、フィンは前記フィンのコードに関して対称な形状を有するため、フィンがコードに関して非対称の形状を有する場合と比較して、ボルテックスジェネレータの成形がしやすくなる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の構成において、
前記フィンの翼厚比は、１０％以上２０％以下である。

上記（９）の構成によれば、フィンの翼厚比が１０％以上２０％以下であるので、ボルテックスジェネレータの空力的性能が良好なものとなりやすい。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の構成において、
前記フィンの高さ方向における少なくとも一部の領域にて、前記フィンの前縁は、前記高さ方向にて前記プラットフォームの前記底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜し、
前記フィンのコード及び前記高さ方向を含む断面内にて、前記プラットフォームの前記底面に対する前記前縁の傾斜角は１０度以上２０度以下である。

上記（１０）の構成によれば、前記フィンのコード及び前記高さ方向を含む断面内にて、前記プラットフォームの前記底面に対する前記前縁の傾斜角は１０度以上であるため、フィンの前縁部を傾斜させつつ、適正なサイズを有するフィンが得られやすい。また、上述の傾斜角は２０度以下であるため、ボルテックスジェネレータの空力的性能を確保しやすい。よって、上記（１０）の構成によれば、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズを相対的に小さくすることができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記フィンの前縁は、前記フィンの最大高さ位置まで前記高さ方向にて前記プラットフォームの前記底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜する。

上記（１１）の構成によれば、フィンの前縁は、フィンの最大高さ位置まで、フィンの高さ方向にてプラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜しているので、ボルテックスジェネレータの空力的性能を確保しやすい。よって、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズを相対的に小さくすることができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の構成において、
前記プラットフォームは、前記フィンの高さ方向から視て円形を有する。

上記（１２）の構成によれば、プラットフォームは、前記フィンの高さ方向から視て円形を有するので、プラットフォームを風車翼の表面に安定的に接着させやすい。よって、ボルテックスジェネレータの風車翼からの剥離を抑制することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１２）の構成において、
前記プラットフォーム及び前記フィンは樹脂から形成される。

上記（１３）の構成によれば、プラットフォーム及びフィンは樹脂から形成されるため、ボルテックスジェネレータの成形が比較的容易である。

（１４）少なくとも一実施形態に係る風車翼（１）は、上記（１）乃至（１３）の構成において、
翼本体（２）と、
前記翼本体の表面に取り付けられた上記（１）乃至（１３）の何れか一項に記載のボルテックスジェネレータ（１０）と、
を備える。

上記（１４）の構成によれば、少なくとも一つのフィンの後端面は、フィンの高さ方向においてプラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有する。よって、風車翼の空力性能への寄与が相対的に小さいフィンの基部における後縁の位置に対し、空力性能への寄与が大きいフィンの頂部における後縁の位置を後方にずらすことで、フィンの頂部におけるコード長を十分に確保しやすくなる。このため、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズをフィンに対して相対的に小さくすることができる。よって、プラットフォームのサイズの増大を抑制しながらより大型のフィンを搭載したボルテックスジェネレータを得ることができる。

（１５）少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、上記（１４）の構成において、
風車翼を含む風車ロータ（４２）と、
前記風車ロータによって駆動されるように構成された発電機と、
を備える。

上記（１５）の構成によれば、少なくとも一つのフィンの後端面は、フィンの高さ方向においてプラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有する。よって、風車翼の空力性能への寄与が相対的に小さいフィンの基部における後縁の位置に対し、空力性能への寄与が大きいフィンの頂部における後縁の位置を後方にずらすことで、フィンの頂部におけるコード長を十分に確保しやすくなる。このため、ボルテックスジェネレータの空力性能を維持しながら、プラットフォームのサイズをフィンに対して相対的に小さくすることができる。よって、プラットフォームのサイズの増大を抑制しながらより大型のフィンを搭載したボルテックスジェネレータを得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

本明細書において、「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。
また、本明細書において、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。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「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。

１ 風車翼
２ 翼本体
３ 翼根
４ 翼先端
５ 翼型部
６ 前縁
７ 後縁
８ 圧力面
９ 負圧面
１０ ボルテックスジェネレータ
１１ プラットフォーム
１１ａ 上面
１１ｂ 底面
１１ｃ 外縁
１２，１２Ａ，１２Ｂ フィン
１３ 前縁
１３’ 前縁部
１３ａ 前縁
１３ｂ 前縁
１４ 後縁
１４’ 後端部
１４ａ 後縁
１４ｂ 後縁
１６ 負圧面
１７ 基部
１８ 頂部
１９ 後端面
４０ 風力発電装置
４２ ロータ
４３ ハブ
４４ ナセル
４６ タワー
４８ 土台構造
１０２ 前縁領域
１０４ 後縁領域
ＣＰ_１ 第１翼型
ＣＰ_２ 第２翼型
Ｐ１ 第１位置
Ｐ２ 第２位置

Claims (15)

1. プラットフォームと、
   前記プラットフォームの上面から突出して設けられ、前縁および後縁を有する少なくとも一つのフィンと、
   を備え、
   前記後縁を含む前記少なくとも一つのフィンの後端面は、前記フィンの高さ方向において前記プラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜した形状を有する
   風車翼用のボルテックスジェネレータ。
2. 前記フィンは、
   前記高さ方向の第１位置において第１翼型を有し、
   前記高さ方向にて前記第１位置よりも前記プラットフォームの底面からの距離が小さい第２位置において、前記第１翼型よりもサイズが大きい前記第１翼型の相似形と一致する前縁領域と、前記相似形の一部が欠損した形状である後縁領域とを含む第２翼型を有する
   請求項１に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
3. 前記フィンは、前記高さ方向における第１位置における第１翼厚比が、前記高さ方向において前記第１位置よりも前記プラットフォームの底面からの距離が小さい第２位置における第２翼厚比よりも小さい
   請求項１又は２に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
4. 前記フィンの前記後端面の幅は、前記高さ方向にて前記プラットフォームの底面からの距離が大きくなるにしたがい減少する
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
5. 前記高さ方向から視たとき、前記フィンの後端部は、前記プラットフォームの外縁から外側に突出している
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
6. 前記フィンのコード及び前記高さ方向を含む断面内にて、前記プラットフォームの前記底面に対する前記後端面の傾斜角は、５５度以上６５度以下である
   請求項１乃至５の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
7. 前記フィンの高さ方向における少なくとも一部の領域にて、前記フィンの前縁は、前記高さ方向にて前記プラットフォームの前記底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜し、
   前記フィンのコード及び前記高さ方向を含む断面内にて、前記プラットフォームの前記底面に対する前記後端面の傾斜角は、前記プラットフォームの前記底面に対する前記前縁の傾斜角よりも大きい
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
8. 前記フィンは、前記フィンの高さ方向に直交する断面内にて曲線形状の輪郭を有する前縁部を含むとともに、前記フィンのコードに関して対称な形状を有する
   請求項１乃至７の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
9. 前記フィンの翼厚比は、１０％以上２０％以下である
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
10. 前記フィンの高さ方向における少なくとも一部の領域にて、前記フィンの前縁は、前記高さ方向にて前記プラットフォームの前記底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜し、
    前記フィンのコード及び前記高さ方向を含む断面内にて、前記プラットフォームの前記底面に対する前記前縁の傾斜角は１０度以上２０度以下である
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
11. 前記フィンの前縁は、前記フィンの最大高さ位置まで前記高さ方向にて前記プラットフォームの前記底面からの距離が大きくなるにしたがい後方に傾斜する
    請求項１０に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
12. 前記プラットフォームは、前記フィンの高さ方向から視て円形を有する
    請求項１乃至１１の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
13. 前記プラットフォーム及び前記フィンは樹脂から形成された
    請求項１乃至１２の何れか一項に記載の風車翼用のボルテックスジェネレータ。
14. 翼本体と、
    前記翼本体の表面に取り付けられた請求項１乃至１３の何れか一項に記載のボルテックスジェネレータと、
    を備える風車翼。
15. 請求項１４に記載の風車翼を含む風車ロータと、
    前記風車ロータによって駆動されるように構成された発電機と、
    を備える風力発電装置。

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