JP2022530112A - 風力タービン用のロータおよび風力タービン - Google Patents

Abstract

本発明は、風力タービン（１００，２００）、特に、１ＭＷを超える出力を有する風力タービン（１００，２００）用のロータ（１０６，２０６）、風力タービン（１００，２００）のロータ（１０６，２０６）用のハブに関する。特に、本発明は、一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）、二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）を備え、風力タービン（１００，２００）、特に、１ＭＷを超える出力を有する風力タービン（１００，２００）用のロータ（１０６，２０６）に関し、一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）は、第１根元領域（２２６）から第１ブレード先端（２２５）まで第１長手方向延長部を持って延伸し、二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）は、第２根元領域から第２ブレード先端まで第２長手方向延長部を持って延伸し、第１長手方向延長部は、第２長手方向延長部よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、風力タービン、特に、１ＭＷより大きい電力出力を持つ風力タービン用のロータ、風力タービンのロータ用ハブ、風力タービンに関する。

風力タービンがよく知られている。現代の風力タービンは、原則として、水平軸風力タービンとして知られているものに関連しており、その場合、ロータ軸は実質的に水平に配置され、ロータブレードは実質的に垂直なロータ領域を掃引する。ナセルに配置されたロータに加えて、風力タービンは、原則として、タワーを備えており、その上にロータを備えたナセルが、実質的に垂直に向けられた軸の周りを回転できるように配置されている。原則として、ロータは、同じ長さの１つ、２つ、またはそれ以上のロータブレードで構成される。ロータブレードは、同じ長さのスリムな部材であって、繊維強化プラスチックから製造されることがよくある。

風力タービン用のロータブレードの建設の場合には、とりわけ、ロータブレードの可能な限り大きな揚力、その空気抵抗、およびロータブレードの安定性の間で妥協点を見つけなければならない。原則として、低風速で高揚力を発生するロータブレードの外形は、高風速で高い空気抵抗を有することはよく知られている。さらに、ロータブレードの空力特性に加えて、さらに、構造の場合には、例えば、嵐の場合に発生する風圧にロータブレードが耐えることを保証する必要がある。これらの要件は、原則として、構造要件として定義されている。このタイプの要件は、事前定義された安定性は、薄い外形よりも厚い外形の方が少ない材料費で達成できるため、原則として、薄い外形のロータブレードよりも厚い外形のスリムなロータブレードの方が簡単に満たすことができる。

水平軸風力タービンのロータのロータブレードは、原則として、フローコンジット内の速度を元の風速の１／３だけ下げるように設計されており、これは、ベッツ最適効率とも呼ばれる。この減少は、入射流方向へのロータカウンターの誘導によって達成される。したがって、最適なロータは、ロータの回転面全体での入射流速が１／３に減少するほど正確に大きい抵抗で、入射空気に対抗する。これは、誘導係数とも呼ばれる。誘導係数は、ロータブレードの全ての点で、局所的な円周速度、局所的な揚力係数、およびロータブレードの深さに依存する。このようにして風から取り除かれたエネルギーは、電気に変換される。

ロータは、原則として、定義された回転速度、またはブレードの先端速度と入射流速の定義された比率（先端速度比として知られている）用に設計されている。次に、揚力係数とロータブレードの深さが、ロータ半径全体にわたって可能な限り１／３の誘導係数が設定されるように選択される。しかしながら、実際には、１／３の誘導係数は、特に、ハブに近いロータブレードの部分では実現できず、むしろ、通常はより低い値をとることが示されている。これにより、部分負荷範囲で風力タービンの出力が低下する。

欧州特許第１ ２２５ ９３１号明細書は、互いに後ろに配置された２つのロータを備えた風力タービンについて説明しており、１つのロータは第１直径を有し、もう１つのロータは第２直径を有する。２つのロータの回転速度は、前記ロータのロータブレードのブレード先端が同じ円周速度を有するように設計されている。これを達成するために、２つのロータの回転速度は異なる。

本願の優先権主張出願について、ドイツ特許商標庁は、以下の先行技術文献をサーチした：独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３８ ０７６号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１５ １１３ ４０４号明細書、独国特許出願公開第１０ ２０１７ １１７ ８４３号明細書、米国特許出願公開第２０１２／００５１９１６号明細書、米国特許出願公開第２０１６／０２３７９８７号明細書、国際公開第２００７／０５７０２１号。

独国特許出願公開第１０ ２００９ ０３８ ０７６号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１５ １１３ ４０４号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１７ １１７ ８４３号明細書 米国特許出願公開第２０１２／００５１９１６号明細書 米国特許出願公開第２０１６／０２３７９８７号明細書 国際公開第２００７／０５７０２１号

本発明の目的は、上記の欠点の１つまたは複数を軽減または排除する、風力タービン、特に、出力が１ＭＷを超える風力タービン用のロータ、風力タービンのロータ用のハブ、および風力タービンを提供することである。特に、本発明の目的は、部分負荷範囲で風力タービンの収量を増加させる解決策を提供することである。
第１の側面によれば、前記目的は、風力タービン、特に、出力が１ＭＷを超える風力タービン用のロータによって達成され、一次ロータブレードおよび二次ロータブレードを含み、一次ロータブレードは、第１根元領域から第１ブレード先端まで第１長手方向延長部を持って延伸するとともに、二次ロータブレードは、第２根元領域から第２ブレード先端まで第２長手方向延長部を持って延伸し、第１長手方向延長部は、第２長手方向延長部よりも大きい。

一次ロータブレードは、第１根元領域から第１ブレード先端に向かって延伸する。根元領域と第１ブレード先端との間の一次ロータブレードの長さは、特に、風力タービン用の最新のロータの場合には、５０ｍを超える可能性がある長手方向の範囲である。根元領域は、特に、ハブ上に配置される一次ロータブレードの領域である。ブレード先端は、ハブとは反対側を向いている一次ロータブレードの領域である。

一次ロータブレードに加えて、ロータは二次ロータブレードを構成する。二次ロータブレードは、特に、長手方向の広がりが小さいという点で、一次ロータブレードとは異なる。したがって、二次ロータブレードの長さは、一次ロータブレードの長さよりも短い。動作中、回転する一次ロータブレードが、二次ロータブレードによって掃引される円形領域よりも大きな直径を有する円形領域にわたって掃引するという事実にも違いが見られる。

前段で説明されているロータは、ハブに近いロータブレードの領域で１／３とは異なる非最適な誘導係数が、特に、部分負荷範囲において、風力タービンの出力を低下させるという発見に基づいている。さらに、必要なロータブレードの深さは、使用されるプロファイルセクションの可能な揚力係数に依存することが分かった。上記の揚力係数は任意に高くすることはできないものの、空力的、物理的制限によって制限される。結果として、最適なロータブレードを任意にスリムな構成にすることはできないものの、特定のロータ回転速度と特定の最大揚力係数の場合に最適な誘導係数を達成するためには、定義された最小ブレード深さが必要である。

ハブに近いロータブレードの領域では、円周速度が小さくなり、理論的には、ハブでゼロに近づくという問題がある。揚力係数が制限されている場合に最適な誘導係数を達成するためには、ハブに近い領域でロータブレードを無限に深く構成する必要がある。ただし、これは構造的な観点からは不可能である。さらに、外形は、ブレードの根元で高い曲げトルクを吸収する必要があるため、構造上の理由から厚い構成にする必要があり、その結果、達成できる揚力係数がさらに低下する。さらに、ロータブレードを道路上で輸送できるようにするために、ロジスティック上の理由から、通常４ｍから５ｍの範囲にある最大ブレード深さの制限が必要である。

ピッチ制御風力タービンでは、ロータブレードの根元領域は、原則として、円形の外形を有しており、ロータブレードをシステム、特に、ハブに対応して取り付け、回転させることができるようになっている。このタイプの円形プロファイルの揚力係数はゼロであるため、最適とは異なる誘導係数のみが可能である。したがって、構造上、ピッチ制御風力タービンは、ハブに近いロータブレード領域で最適とは異なる誘導係数を有し、その結果、出力がさらに低下する。

さらに、本発明は、従来のロータブレードのさらなる空力最適化が有望ではないという発見に基づいている。この発見に従って、ハブに近いロータのその領域に、より小さな二次ロータブレードが提供される。二次ロータブレードは、一次ロータブレードに加えて、好ましくは、ハブ上に配置され、ハブに近い領域でロータの誘導係数を増加させる追加のロータブレードである。

二次ロータブレードの第２長手方向延長部は、好ましくは、最適な誘導係数が達成されない一次ロータブレード上のその領域の長さに一致する。二次ロータブレードは、好ましくは、一次ロータブレードのために、１／３の最適誘導係数を持たないであろうロータのその領域をカバーするような第２長手方向延長部を持って延伸する。
この解決策の１つの利点は、第２長手方向延長部が小さいため、第２根元領域は小さな曲げトルクのみを受け、それに応じて小さな相対プロファイル厚さで構成できるという事実にある。結果として、一次ロータブレードの厚いプロファイルよりも二次ロータブレードでより高い滑空比を達成することができる。これにより、二次ロータブレードを部分負荷範囲で最適な出力で運転できる状況が実現し、システムは設計先端速度比で運転される。したがって、１／３の誘導係数は、実質的にハブまで達成される。

第１の側面に従って説明されるロータは、特に、弱い風力タービンに対して特定の利点を提供する。なぜなら、ここでは一次ロータブレードの構造設計が重要であり、嵐の負荷がシステム設計にとってそれほど重要ではないからである。
第１長手方向延長部に対する第２長手方向延長部の比が、０．７５未満、０．５未満、０．３未満、または０．１未満であることが、ロータの１つの好ましい設計変形において提供される。二次ロータブレードは、例えば、一次ロータブレードの半分未満の長さであってもよく、したがって、一次ロータブレードの長さの５０％未満であってもよい。さらに、二次ロータブレードは、一次ロータブレードの長さの３０％未満であることが好ましい場合がある。特に、二次ロータブレードの長さは２０ｍ以下であることが好ましい。結果として、特別な輸送を回避することができ、コストと組織の複雑さは、従来のロータと比較して実質的に影響を受けない。

一次ロータブレードが、一次ロータブレードの長手方向軸の周りの回転運動のためのピッチ調整を有することが、ロータのさらに好ましい設計変形に従って提供される。さらに、二次ロータブレードは、ストール制御構成であることが好ましい。ストール制御された二次ロータブレードは、ハブに固定して取り付けられていることが好ましい。
ピッチ制御された一次ロータブレードとストール制御された二次ロータブレードを備えたこのタイプのロータは、ストール制御された風力タービンとピッチ制御された風力タービンとの間のハイブリッド変形である。さらに、二次ロータブレードもピッチ制御することができ、ピッチ調整を行うことができる。このロータを備えた風力タービンの公称出力が達成され、ロータの回転速度をそれ以上上げることができない場合には、一次ロータブレードは、より小さな先端速度比でピッチ調整によって操作され、これにより、二次ロータブレードで流れの分離を開始することが可能になる。結果として、誘導係数と二次ロータブレードによって生成されるトルクは、原則として低下し、ロータの効率の程度は一般的に低下する。

これは、強風の場合に望ましい効果であり、ロータでの望ましくない出力の過剰を回避することができる。これにより、ストーム制御モードでのこのタイプのシステムの操作が容易になる。二次ロータブレードは、その第２長手方向延長部が小さいために小さな円周速度でのみ作動するので、前記二次ロータブレード上の流れの分離は、音響的または空気弾性的に重大な問題を表さない。

ロータのさらに好ましい発展により、一次ロータブレードおよび二次ロータブレードがハブ上に配置されることが提供される。一次ロータブレードおよび二次ロータブレードは、特に、共通のハブ上に配置されている。
ハブは、好ましくは、一次コネクタポイントおよび二次コネクタポイントを有する。一次ロータブレードは、好ましくは、一次コネクタポイントに配置される。二次ロータブレードは、好ましくは、二次コネクタポイントに配置される。一次コネクタポイントは、好ましくは、一次ロータブレードの回転可能な配置が可能なように構成される。例えば、一次コネクタポイントは、軸受けが配置される円形フランジを有することができ、一次ロータブレードは、前記軸受けを介して回転できるように、一次コネクタポイントに配置される。

さらに、ハブは、ピッチドライブをその上に配置または配置できるように構成することが好ましく、その結果、一次ロータブレードは、その長手方向軸を中心に回転するピッチドライブによって移動できる。二次コネクタポイントは、二次ロータブレードを固定して配置できるように構成することが好ましい。
一次ロータブレードおよび二次ロータブレードは、好ましくは、ロータ回転軸に関して実質的に同じ軸方向位置に配置される。特に、一次ロータブレードと二次ロータブレードは、ロータ回転軸に関して互いに対して実質的にオフセットできないように配置されている。

ロータのさらに好ましい発展により、一次ロータブレードは、第１根元領域と第１ブレード先端との間に向けられた第１長手方向軸を有し、二次ロータブレードは、第２根元領域と第２ブレード先端との間に向けられた第２長手方向軸を有し、第１長手方向軸と第２長手方向とは、回転方向に平行な角度を囲んでいることが提供される。
一次ロータブレードおよび二次ロータブレードの長手方向軸が回転方向に平行な角度を囲むという事実のために、一次ロータブレードと二次ロータブレードの長手方向軸は平行ではない。一次ロータブレードの長手方向軸と二次ロータブレードの長手方向軸との間は、９０°以下、特に、６０°以下の角度が好ましい。回転方向は、ブレード先端の円周方向および／または一次ロータブレードおよび／または二次ロータブレードが動作中に掃引する円形領域を意味すると理解されるべきである。

さらに、ロータが回転軸を有し、第１長手方向軸および第２長手方向軸が、回転軸と実質的に同じ大きさの角度を取り囲むことが好ましい場合がある。
ロータは、好ましくは回転軸を有している。一次ロータブレードおよび二次ロータブレードの長手方向軸は、好ましくは、回転軸と実質的に同じ大きさの角度を取り囲む。これは、特に、動作中に一次ロータブレードによって掃引される領域が、動作中に掃引される二次ロータブレードの領域を実質的に含むことを意味する。

一次ロータブレードが、第１根元領域に隣接するように、第１ブレード先端の方向において第１根元領域から開始して構造セクション長さで延びる構造セクションを含む、ロータのさらに好ましい設計変形に従って提供され、構造セクションは、０．３未満、および／または０．２５未満、および／または０．２未満の誘導係数を有する。
一次ロータブレードの構造セクションは、好ましくは空力最適化操作が実行されないので、一次ロータブレードの特に満足のいく構造設計を可能にする。特に、構造セクションは、小さな揚力係数またはゼロの揚力係数を持つことができる。特に、構造セクションの設計の場合、高い誘導係数は実質的に考慮されていない。これにより、一次ロータブレードのコストが削減される。特に、一次ロータブレードもより強力な設計にすることができる。構造セクションは、特に、ハブに近いセクションである一次ロータブレードのセクションを意味すると理解されるべきである。

誘導係数が小さい構造セクションを備えた一次ロータブレードは、ハブに近い領域で最適化された誘導係数を備えた一次ロータブレードよりも効率が低くなる。しかしながら、一次ロータブレードの前記非最適誘導係数は、二次ロータブレードによって補償される。小さな誘導係数を有する構造セクションを備えた一次ロータブレードと最適化された誘導係数を備えた二次ロータブレードとの組み合わせは、既知の最適化されたロータブレードを有するロータと比較してより高い効率のロータをもたらす。

ロータの半径方向の範囲に沿った任意の所望の点をパーセントで指定することができ、０％は好ましくはルート領域を表し、１００％は一次ロータブレードのブレード先端を表す。
一次ロータブレードは、好ましくは、３０％から１００％の間の領域において、０．２５から０．４、特に、０．３から０．３５、特に好ましくは、１／３の誘導係数を有する。３０%から０%の間において、誘導係数は連続的に減少する可能性があり、０°（つまり、根元領域）で実質的にゼロの値に達する。２０%から４０%の間の領域では、一次ロータブレードの誘導係数は１／３を超える可能性があり、その結果、ここで過剰な誘導が発生する。一次ロータブレードが過剰な誘導を有する領域では、二次ロータブレードは、一次ロータブレードの過剰な誘導を補償するために、好ましくは負の揚力係数を有する。

構造セクションは、好ましくは、従来のロータブレードと比較して、より高い相対的厚さおよびより小さな曲率を有する。リフトが比較的小さい場合、この方法で分離を回避できる。根元領域に隣接するセクションでは、構造セクションには、ブレードの根元に幾何学的に適合したジオメトリがある。構造セクションの揚力係数は、ＣＬ＝０とＣＬ＝３の間にあることが好ましい。特に、ハブに近い領域、特に、０％から３０％の間の揚力係数は、従来のロータブレードの揚力係数よりも小さいことが好ましい。ブレードの深さは、従来のロータブレードと比較して変更されないままにすることができる。

ロータのさらに好ましい発展により、第２長手方向延長部が構造セクションの長さよりも大きいことが提供される。第２長手方向延長部が構造セクションの長さよりも大きい場合には、二次ロータブレードは、一次ロータブレードのために、小さな誘導係数、特に、最適でない誘導係数を有するロータのその領域を掃引する。誘導最適化された二次ロータブレードの結果として、ハブに近い前記領域、すなわち構造セクションは、誘導に関して最適な方法で利用することができる。

ロータのさらに好ましい設計変形により、二次ロータブレードの誘導係数は０と０．４との間であって、二次ロータブレードは、好ましくは、第２ブレード先端に隣接する領域において、０．１未満、例えば、０の誘導係数を有し、第２根元領域に隣接する領域において、０．２５から０．４の間、特に、０．３から０．３５の間、例えば、１／３の誘導係数を有する、ことが提供される。

したがって、この半径領域では、一次ロータブレードは、原則として、例えば、１／３のすぐ下の小さな誘導係数の不足しかないため、第２ブレード先端において小さいかゼロにある誘導係数は、このように選択されることが好ましい。したがって、わずかな誘導係数の不足を二次ロータブレードで補う必要があり、その結果、二次ロータブレードはこの領域において、より小さな誘導係数を持つことができる。一次ロータブレードの誘導係数がハブに向かって減少するほど、二次ロータブレードの誘導係数は大きくなり、その結果、２つのロータブレードの誘導係数は、ロータ半径の各ポイントにおいて合計で１／３になる。二次ロータブレードの局所誘導係数は、１／３から一次ロータブレードの局所誘導係数を引いたものであることが特に好ましい。例えば、ハブから１５ｍ離れたときの一次ロータブレードの誘導係数は０．１５である。その場合、二次ロータブレードの誘導係数は、ハブから１５ｍ離れたときに０．１８であることが好ましく、これはおよそ１／３と０．１５との差である。

ロータの誘導最適領域は、このように構成された二次ロータブレードによって増加させることができる。ロータは、特に、ハブに近い領域で、誘導最適化構成にすることができる。例えば、誘導係数が最適でない領域、つまり、１／３未満の領域は、前のテキストで説明した二次ロータブレードを使用して５０%以上減少させることができる。
ロータのさらに好ましい設計変形により、前記ロータは、２つの一次ロータブレードおよび／または２つの二次ロータブレードを含み、一次ロータブレードおよび二次ロータブレードは、互いに隣接して配置され、好ましくは、それぞれの場合に９０°の角度を囲む、ことが提供される。

２つの一次ロータブレードは、好ましくは、ハブ上で互いに向かい合って位置するように配置される。２つの二次ロータブレードは、好ましくは、ハブ上で互いに反対側に位置するように配置される。ロータのこの好ましい設計変形では、２つの一次ロータブレードの長手方向軸は、好ましくは平行に配置される。一次ロータブレードの長手方向軸は、好ましくは、互いに１８０°の角度を囲む。二次ロータブレードの長手方向軸は、好ましくは、同様に互いに１８０°の角度を囲む。さらに、一次ロータブレードおよび二次ロータブレードは、互いに９０°の角度を囲むことが好ましい。このタイプのロータは、特に４枚羽根構成であり、２枚のロータブレードは長い構成であり、２枚のロータブレードは短い構成である。

さらに好ましい設計変形により、前記ロータは、３つの一次ロータブレードおよび／または３つの二次ロータブレードを含み、一次ロータブレードおよび二次ロータブレードは、互いに隣接して配置され、好ましくは、それぞれの場合に６０°の角度を囲む、ことが提供される。
一次ロータブレードおよび二次ロータブレードは、好ましくは、二次ロータブレードがそれぞれ２つの一次ロータブレードの間に配置されるように設けられる。隣接する一次ロータブレードの長手方向軸は、好ましくは、それぞれの場合において、互いに１２０°の角度を囲む。隣接する二次ロータブレードの長手方向軸は、好ましくは、それぞれの場合において同様に、互いに１２０°の角度を囲む。さらに、一次ロータブレードの長手方向軸と、一次ロータブレードに対して隣接する二次ロータブレードの長手方向軸は、互いに６０°の角度を囲むことが好ましい。このタイプのロータは、特に、６枚のブレード構成であり、３つのロータブレードは長い構成であり、３つのロータブレードは短い構成である。

ロータは、少なくとも１つの高揚力システムが二次ロータブレード上に配置され、少なくとも１つの高揚力システムは、スラット、スロットキャップ、ファウラーフラップ、ボルテックスジェネレータ、および／またはガーニーフラップを含むか、またはそれらとして構成される、という事実により有利に開発される。
さらなる側面によれば、冒頭で述べた目的は、一次ロータブレードに結合するための少なくとも３つの一次コネクタポイントおよび二次ロータブレードに結合するための少なくとも３つの二次コネクタポイントを備えた風力タービンのロータ用のハブによって達成される。

本発明のさらなる態様によれば、冒頭で述べた目的は、タワーと、タワー上に配置され前のテキストで説明された設計変形の１つによるロータを有する、および／または前のテキストで説明された設計変形によるハブを有するナセルとを備えた風力タービンによって達成される。
さらなる利点のために、これらのさらなる態様およびそれらの可能な開発の設計変形および実施形態の詳細については、ロータの対応する特徴および開発に関して上記で行われた説明も参照されたい。

本発明の好ましい実施形態は、以下の図面を用いて例示しながら説明される。

風力タービンの概略図。 図式的に示された誘導係数を有する別の風力発電所の概略図。 概略的に示された誘導係数を有する従来技術で知られている風力タービンの概略図。

図１は、風力タービンの概略図を示す。風力タービン１００は、タワー１０２、タワー１０２上のナセル１０４を有する。３つの一次ロータブレード１０８および３つの二次ロータブレード１１２とスピナ１１０とを有する空力ロータ１０６は、ナセル１０４に設けられている。空力ロータ１０６は、風力タービン１００の運転時に、空力ロータ１０６は、風によって回転運動するように設定され、したがって、空力ロータ１０６に直接または間接的に結合された発電機の電気力学的ロータまたはランナーも回転させる。発電機は、ナセル１０４に配置され、電気エネルギーを生成する。一次ロータブレード１０８のピッチ角は、それぞれの一次ロータブレード１０８のロータブレードルート上のピッチモータによって変更することができる。

一次ロータブレード１０８は、好ましくは、それぞれのブレード先端から構造セクションに向かって始まる領域において約１／３の誘導係数を有する。構造セクションでは、一次ロータブレード１０８は、構造的要件を満たすように実質的に設計されており、ここでは、誘導係数を１／３よりかなり低くすることができる。二次ロータブレード１１２は、一次ロータブレード１０８よりも小さい長手方向延長部を有する。さらに、いずれの場合も、二次ロータブレードの誘導係数は、根元領域に対して隣接して１／３であって、ブレード先端での誘導係数はゼロである。一次ロータブレードと二次ロータブレードの誘導係数の合計は、ハブからの距離ごとに合計で１／３になることが好ましい。したがって、誘導係数が１／３未満、特に、明らかに１／３未満にあるロータ１０６のその割合は、既知のロータと比較して、本ロータ１０６の場合には減少する。

図２は、別の風力タービンの概略図と、概略的に示された誘導係数を示す。風力タービン２００は、ロータ２０６を有するタワー２０２を備えている。ロータは、その回転軸の領域にスピナ２１０を有している。ロータは、第１一次ロータブレード２２０、第２一次ロータブレード２２２、および第３一次ロータブレード２２４を備えている。ロータ２０６は、回転軸を中心に回転し、その結果、一次ロータブレード２２０，２２２，２２４は回転方向２０８において移動する。

一次ロータブレードの構造は、第３一次ロータブレード２２４の例を使用して以下で説明される。第３一次ロータブレード２２４は、ブレード先端２２５から根元領域２２６に向かって延伸する。ブレード先端および根元領域は、特に、第３一次ロータブレード２２４の端部であると理解されるべきである。
第３一次ロータブレード２２４のハブに近い領域では、後者は、根元領域２２７から始まりブレード先端２２５の方向に構造セクション長さで延びる構造セクション２２７を有し、この場合、破線を使用して示されている。構造セクション２２７は、それが小さな誘導係数を有するという事実によって区別される。特に、構造セクション２２７の誘導係数は、０．３未満および／または０．２５未満および／または０．２未満であってもよい。

ブレード先端２２５の方向で構造セクション２２７に隣接する第３一次ロータブレード２２４のその部分は、好ましくは、約１／３の誘導係数を有する。特に、この領域の誘導係数は、０．２５から０．５の間、特に、０．２５から０．３５の間である可能性がある。したがって、ブレード先端２２５に隣接する部分において、第３一次ロータブレード２２４は、風力タービン２００の最適な出力動作を可能にする実質的に最適な誘導係数を有する。ハブに近い領域、特に、構造セクション長さ２２７に対応する半径では、しかしながら、一次ロータブレード２２０，２２２，２２４は、最適な誘導設計ではない。

さらに、ロータ２０６は、第１二次ロータブレード２３０、第２二次ロータブレード２３２、および第３二次ロータブレード２３４を有する。二次ロータブレード２３０，２３２，２３４は、一次ロータブレード２２０，２２２，２２４よりもかなり小さい長手方向延長部を有する。それぞれのブレード先端において、二次ロータブレード２３０，２３２，２３４は、ゼロの誘導係数を有しており、その後、それは、根元領域に向かって連続的に上昇し、０．２５から０．３５、特に、１／３の値に達する。

二次ロータ２３０，２３２，２３４の根元領域は、長手方向延長部がかなり小さいため、より小さな曲げトルクを受ける。結果として、それらはより小さな相対プロファイル厚さで構成することができるため、より高いグライド比を達成することができる。したがって、非最適誘導係数の領域はハブの方向に移動し、最適誘導係数の全体的な領域が増加する。これは、第１誘導係数領域２４０および第２誘導係数領域２５０に基づいて、図２に図式的に示されている。第１誘導係数領域２４０は、実質的に最適な誘導係数、特に、１／３が達成される、ロータまたはロータブレードの領域である。第２誘導係数領域２５０は、ロータ２０６またはロータブレードのその領域であって、ここでは、特に、誘導係数は１／３よりも小さい最適な誘導係数からの偏差がある。

これと比較して、図３は、タワー３０２およびロータ３０６を備えた従来の風力タービン３００を示しており、ロータは、第１ロータブレード３２０、第２ロータブレード３２２、および第３ロータブレード３２４を有している。ロータ３０６は、二次ロータブレードを有していない。第２誘導係数領域３５０が１／３の最適な誘導係数は達成されない、
ハブに近いロータブレード３２０，３２２，３２４のその領域を経由して、かなり大きな第２誘導係数領域３５０が生成されることが分かる。最適な誘導係数を達成することができる第１誘導係数領域３４０は、それに応じて小さい。結果として、ロータ３０６の空力性能は、図２に示されている風力タービン２００からのロータ２０６の空力性能よりも低い。

１００ 風力タービン
１０２ タワー
１０４ ナセル
１０６ ロータ
１０８ 一次ロータブレード
１１０ スピナ
１１２ 二次ロータブレード
２００ 風力タービン
２０２ タワー
２０６ ロータ
２０８ 回転方向
２１０ スピナ
２２０ 第１一次ロータブレード
２２２ 第２一次ロータブレード
２２４ 第３一次ロータブレード
２２５ ブレード先端
２２６ 根元領域
２２７ 構造セクション
２３０ 第１二次ロータブレード
２３２ 第２二次ロータブレード
２３４ 第３二次ロータブレード
２４０ 第１誘導係数領域
２５０ 第２誘導係数領域
３００ 風力タービン
３０２ タワー
３０６ ロータ
３１０ スピナ
３２０ 第１ロータブレード
３２２ 第２ロータブレード
３２４ 第３ロータブレード
３４０ 第１誘導係数領域
３５０ 第２誘導係数領域

Claims (13)

1. 風力タービン（１００，２００）、特に、１ＭＷを超える出力を有する風力タービン（１００，２００）用のロータ（１０６，２０６）であって、
   第１根元領域（２２６）から第１ブレード先端（２２５）まで第１長手方向延長部を持って延伸する一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）と、
   第２根元領域から第２ブレード先端まで第２長手方向延長部を持って延伸する二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）と、
   を備え、
   前記第１長手方向延長部は、前記第２長手方向延長部よりも大きい、
   ロータ（１０６，２０６）。
2. 前記第１長手方向延長部に対する前記第２長手方向延長部の比は、０．７５より小さい、０．５より小さい、０．３より小さい、あるいは、０．１より小さい、
   請求項１に記載のロータ（１０６，２０６）。
3. 前記一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）は、前記一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）の長手方向軸周りの回転運動のためのピッチ調整を有し、および／または、
   前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）は、前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）の長手方向軸周りの回転運動のためのピッチ調整を有し、および／または、
   前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）は、ストール制御構成である、
   請求項１または２に記載のロータ（１０６，２０６）。
4. 前記一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）および前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）は、ハブ上に設けられている、
   請求項１から３のいずれか１項に記載のロータ（１０６，２０６）。
5. 前記一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）は、前記第１根元領域（２２６）と前記第１ブレード先端（２２５）との間に向けられた第１長手方向軸を有するとともに、前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）は、前記第２根元領域と前記第２ブレード先端との間に向けられた第２長手方向軸を有し、
   前記第１長手方向軸および前記第２長手方向軸は、回転方向に平行な角度を囲む、
   および/または、
   前記ロータ（１０６，２０６）は回転軸を有し、前記第１長手方向軸および前記第２長手方向軸は、前記回転軸と実質的に同じ大きさの角度を取り囲む、
   請求項１から４のいずれか１項に記載のロータ（１０６，２０６）。
6. 前記一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）は、前記第１根元領域（２２６）に隣接するように、前記第１根元領域（２２６）から始まり、前記第１ブレード先端の方向に構造セクション長さで延伸する構造セクション（２２７）を備え、前記構造セクション（２２７）は、０．３未満、および／または０．２５未満、および／または０．２未満の誘導係数を有している、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のロータ（１０６，２０６）。
7. 前記第２長手方向延長部は、前記構造セクションの長さよりも大きい、
   請求項６に記載のロータ（１０６，２０６）。
8. 前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）は、０から０．４の間の誘導係数を有し、好ましくは、前記二次ロータブレードは、前記第２ブレード先端に隣接する領域において、０．１より小さい、例えば、０の誘導係数を有し、前記第２根元領域に隣接する領域において、０．２５と０．４の間、特に、０．３と０．３５の間、例えば、１／３の誘導係数を有している、
   請求項１から７のいずれか１項に記載のロータ（１０６，２０６）。
9. ２つの一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）および／または２つの二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）を備え、前記一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）および前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）は、互いに隣接して配置されている、好ましくは、それぞれ９０度の角度を囲むように配置されている、
   請求項１から８のいずれか１項に記載のロータ（１０６，２０６）。
10. ３つの一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）および／または３つの二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）を備え、前記一次ロータブレード（１０８，２２０，２２２，２２４）および前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）は、互いに隣接して配置されている、好ましくは、それぞれ６０度の角度を囲むように配置されている、
    請求項１から９のいずれか１項に記載のロータ（１０６，２０６）。
11. 前記二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）上に配置された少なくとも１つの高揚力システムであって、以下を含む、または以下のように構成されている、
    －スラット、
    －スロットキャップ、
    －ファウラーフラップ、
    －ボルテックスジェネレータ、および/または、
    －ガーニーフラップ、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載のロータ（１０６，２０６）。
12. 一次ロータブレードも結合される少なくとも３つの一次コネクタポイントと、
    二次ロータブレード（１１２，２３０，２３２，２３４）に結合される少なくとも３つの二次コネクタポイントと、
    を備えた風力タービン（１００，２００）のロータ（１０６，２０６）用のハブ。
13. タワー（１０２，２０２）と
    前記タワー（１０２，２０２）上に設けられ、請求項１から１１のいずれか１項に記載のロータ（１０６，２０６）および／または請求項１２に記載のハブを有するナセル（１０４）と、
    を備えた風力タービン（１００，２００）。

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