JP5996083B2 - 風車翼及びその製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、風力発電装置に用いられる風車翼及びその製造方法に関する。

近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風力発電装置の普及が進んでいる。風力発電装置は、風の運動エネルギーを風車翼（正確には風車翼を含むロータ全体）の回転エネルギーに変換し、さらにこの回転エネルギーを発電機にて電力に変換するようになっている。

一般に、風車翼は、所望の翼型が得られるようなモールドを用いて製造される。例えば特許文献１には、風車翼の典型的な製造方法の一つとして、モールド上に載置したドライ繊維シートに樹脂を含浸させ、該樹脂を硬化させて風車翼を製造する方法が開示されている。このような製造方法では、通常、モールドの形状に合わせた一種類の風車翼のみ製造可能であり、翼型毎にモールドが必要となる。

また、環境条件に応じて風車翼の性能を調整するために、既存の風車翼の先端に延長ユニットを接続して、風車翼を改造する構成が特許文献２及び３に開示されている。

特開２００９−２８７５１４号公報 欧州特許出願公開第２３６５２１２号明細書 欧州特許出願公開第２４４４６５７号明細書

ところで、本発明者は、風車翼に関する研究に携わる中、様々な状況において、風車翼の翼長調整によって風車翼を短翼化する技術が有用であると考えるに至った。
例えば、既設の風力発電装置においては、風車翼への落雷や他の何らかの原因で運転停止を余儀なくされている風力発電装置、また、エロージョンやその他の経年劣化による翼損傷によって大幅に性能低下した状態で運転を継続している風力発電装置が多く存在する。風力発電装置の翼換装を行えば発電量は回復するが、旧型の風力発電装置の場合、風車翼メーカーが旧型翼の製造設備（モールド）を廃却していることがあり、この場合には、旧型翼そのものの入手は困難である。また、風力発電装置は年々大型化が進んでいるために、旧型の翼長の短い翼は最新の大型の翼によって代替できないのが通常である。したがって、入手が比較的容易な最新の風力発電装置用の大型翼を翼長調整によって短翼化したうえで、旧型の風力発電装置に装着することが考えられる。
また、複数機種の風力発電装置の風車翼を一つのモールドで製造する場合にも、風車翼の翼長調整による短翼化技術は有用であると考えられる。

この点、特許文献１には、そもそも、翼長調整に関する技術が開示されていない。また、特許文献２及び３の方法は、延長ユニットの付加によって翼を延長する構成が記載されているのみで、長尺な風車翼を短翼化する方法については何ら提示されていない。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、長尺な基準翼から所望の長さの風車翼を製造し得る風車翼の製造方法およびこれによって製造された風車翼を提供することである。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼の製造方法は、
翼長方向の位置が異なるｍ個（但し、ｍは偶数）の切断面で基準翼を切断して、（ｍ＋１）個のセクションを得る切断ステップと、
前記セクションのうち、最も翼根部側のセクション及び最も翼先端部側のセクションを含み、且つ、互いに隣接しない（ｍ／２＋１）個のセクションを相互に接合して、前記基準翼よりも短い風車翼を得る接合ステップとを備えることを特徴とする。

上記風車翼の製造方法は、基準翼よりも短い所望長さの風車翼を得ることができるため、様々な状況において有用である。
例えば、上記風車翼の製造方法によれば、基準翼用のモールドから複数種類の長さの風車翼を製造することもでき、風力発電装置の機種ごとにモールドを準備する必要が無くなり、製造コストの低廉化が可能になる。また、基準翼としての最新の風力発電装置の大型翼から旧型の風力発電装置用の風車翼を得ることができるから、旧型の風力発電装置用の風車翼の入手が困難である場合であっても、風車翼の損傷によって運転停止を余儀なくされたり、性能低下を被ったりしている旧型の風力発電装置の翼換装が可能となる。さらに、最新の風力発電装置用の風車翼は、旧型翼よりも高性能・低騒音・低荷重を実現するために最新技術による設計がなされたものが多いので、旧型翼が入手可能な状況においても、風車翼の高性能化・低騒音化・低荷重化の観点から上記風車翼の製造方法は有用である。

幾つかの実施形態において、前記切断ステップでは、前記接合ステップにおいて相互に接合される一対の前記セクションの各々の前記切断面は、該切断面における前縁と後縁とを結ぶ幅方向線の長さが互いに略一致するように前記基準翼のコード方向に対してなす角度が設定される。
なお、本明細書において、「コード方向」とは、翼軸線に直交し、基準翼の前縁と後縁を結ぶ線（コード）の方向をいう。また、「翼軸線」とは、基準翼の翼長方向に沿った軸線のことをいい、例えば、基準翼の各半径位置における翼断面の中心線（背側面と腹側面から等しい距離にある点を前縁から後縁までつないだ線）上の翼厚最大位置を翼長方向に接続した線として定義される。
これにより、接合ステップにて接合される一対のセクション間の接合面において、前縁および後縁のそれぞれの連続性が確保され、風車翼の空力性能を高く維持することができる。

一実施形態では、前記接合ステップでは、前記一対の前記セクションのうち前記翼根部側の前記セクションに属する第１切断面と、前記一対の前記セクションのうち前記翼先端部側の前記セクションに属する第２切断面とが接合され、前記第１切断面内の前記幅方向線は、前記コード方向に平行であるか、又は、前記後縁から前記前縁に向かうにつれて前記翼先端側に近づくように前記コード方向に対して傾斜しており、前記第２切断面内の前記幅方向線は、前記後縁から前記前縁に向かうにつれて前記翼根部側に近づくように前記コード方向に対して傾斜している。
このように、翼根部側の第１切断面の幅方向線は、コード方向に平行であるか、又は、後縁から前縁に向かうにつれて翼先端側に近づくようにコード方向に対して傾斜しているので、第１切断面を端面として有する翼根部側のセクションでは後縁側の翼長は前縁側の翼長以下になる。一方、翼先端部側の第２切断面の幅方向線は、後縁から前縁に向かうにつれて翼根部側に近づくようにコード方向に対して傾斜しているので、第２切断面を端面として有する翼先端部側のセクションでは後縁側の方が前縁側よりも翼長が短くなる。このため、翼根部側のセクションと翼先端部側のセクションとを接合したとき、翼根部側のセクションに対して翼先端部側のセクションが後縁側に屈曲した後退角を有する風車翼が得られる。よって、雨滴や砂塵等の衝突角度を浅くし、耐エロージョン性を向上させることができる。また、風車翼が後退角を有することにより、騒音増加の抑制及び疲労荷重の低減も図れる。

他の実施形態では、前記切断面の個数ｍが４以上の偶数であり、前記翼根部側からｉ（ｉは（ｍ−１）以下の奇数）番目の切断面内の前記幅方向線は、前記コード方向に平行であるか、又は、前記後縁から前記前縁に向かうにつれて前記翼先端側に近づくように前記コード方向に対して傾斜しており、前記翼根部側から（ｉ＋１）番目の切断面内の前記幅方向線は、前記後縁から前記前縁に向かうにつれて前記翼根部側に近づくように前記コード方向に対して傾斜している。
これにより、翼根部側のセクションに対して翼先端部側のセクションが後縁側に屈曲した後退角を有する風車翼が得られ、耐エロージョン性の向上や、騒音抑制及び疲労荷重低減といったメリットを享受できる。また、上述のように、翼根部側からｉ番目の切断面と（ｉ＋１）番目の切断面とのセットを複数設けることで、風車翼の前縁及び後縁をそれぞれ滑らかな曲線に近づけることができ、風車翼の空力性能を向上させることができる。

幾つかの実施形態において、前記切断ステップでは、前記接合ステップにおいて相互に接合される一対の前記セクションの各々の前記切断面は、該切断面の最大厚位置における前記基準翼の腹側面上の点と背側面上の点とを結ぶ厚さ方向線の長さが互いに略一致するように前記基準翼の翼厚方向に対してなす角度が設定される。
これにより、接合ステップにて接合される一対のセクション間の接合面において、腹側面（正圧面）及び背側面（負圧面）のそれぞれの連続性が確保され、風車翼の空力性能を高く維持することができる。
なお、本明細書において、「翼厚方向」とは、翼軸線及びコード方向に直交し、腹側面と背側面とを結ぶ線の方向をいう。

一実施形態では、前記接合ステップでは、前記一対の前記セクションのうち前記翼根部側の前記セクションに属する第１切断面と、前記一対の前記セクションのうち前記翼先端部側の前記セクションに属する第２切断面とが接合され、前記第１切断面内の前記厚さ方向線は、前記翼厚方向に平行であるか、又は、前記腹側面から前記背側面に向かうにつれて前記翼先端側に近づくように前記翼厚方向に対して傾斜しており、前記第２切断面内の前記厚さ方向線は、前記腹側面から前記背側面に向かうにつれて前記翼根部側に近づくように前記翼厚方向に対して傾斜している。
このように、翼根部側の第１切断面の厚さ方向線は、翼厚方向に平行であるか、又は、腹側面から背側面に向かうにつれて翼先端側に近づくように翼厚方向に対して傾斜しているので、第１切断面の翼根部側のセクションでは腹側面における翼長は背側面における翼長以下になる。一方、翼先端部側の第２切断面の厚さ方向線は、基準翼の腹側面から背側面に向かうにつれて翼根部側に近づくように翼厚方向に対して傾斜しているので、第２切断面の翼先端部側のセクションでは腹側面の方が背側面よりも翼長が短くなる。このため、翼根部側のセクションと翼先端部側のセクションとを接合したとき、翼根部側のセクションに対して翼先端部側のセクションが腹側面に屈曲した風車翼が得られる。これにより、ウィングレットと同様の作用が得られる。すなわち、翼端渦が発生し難く、翼効率の高い風車翼を製造することができる。

他の実施形態では、前記切断面の個数ｍが４以上の偶数であり、前記翼根部側からｉ（ｉは（ｍ−１）以下の奇数）番目の切断面内の前記厚さ方向線は、前記翼厚方向に平行であるか、又は、前記基準翼の腹側面から背側面に向かうにつれて前記翼先端側に近づくように前記翼厚方向に対して傾斜しており、前記翼根部側から（ｉ＋１）番目の切断面内の前記厚さ方向線は、前記基準翼の腹側面から背側面に向かうにつれて前記翼根部側に近づくように前記翼厚方向に対して傾斜している。
これにより、翼根部側のセクションに対して翼先端部側のセクションが腹側面に屈曲した風車翼が得られ、ウィングレットと同様な効果を享受できる。また、上述のように、翼根部側からｉ番目の切断面と（ｉ＋１）番目の切断面とのセットを複数個設けることで、風車翼の腹側面及び背側面をそれぞれ滑らかな曲線に近づけることができ、空力性能を向上させることができる。

幾つかの実施形態では、前記ｍ個の切断面は、前記接合ステップで相互に接合される一対の前記セクションのうち前記翼根部側の前記セクションに属する第１切断面と、前記一対の前記セクションのうち前記翼先端部側の前記セクションに属し、前記第１切断面に接合される第２切断面とを含み、前記第１切断面における前縁と後縁とを結ぶ第１幅方向線が前記コード方向に対してなす角度がα_１、前記第２切断面における前縁と後縁とを結ぶ第２幅方向線が前記コード方向に対してなす角度がα_２であり、且つ、前記第１切断面の最大厚位置における前記基準翼の腹側面上の点と背側面上の点とを結ぶ第１厚さ方向線が前記翼厚方向に対してなす角度がβ_１、前記第２切断面の最大厚位置における前記腹側面上の点と前記背側面上の点とを結ぶ第２厚さ方向線が前記翼厚方向に対してなす角度がβ_２であって、前記第１切断面と前記第２切断面の翼厚比が略等しいとき、以下の関係式を満たす。
（ｃｏｓβ_１／ｃｏｓα_１）≒（ｃｏｓβ_２／ｃｏｓα_２）
これにより、風車翼の連続性を確保し、風車翼の空力性能をより一層向上させることができる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼は、
翼長方向の位置が異なるｍ個（但し、ｍは偶数）の切断面で基準翼を切断して得られる（ｍ＋１）個のセクションのうち、最も翼根部側のセクション及び最も翼先端部側のセクションを含み、且つ、互いに隣接しない（ｍ／２＋１）個のセクションが相互に接合されて構成されることを特徴とする。

上記風車翼は、基準翼よりも短い所望長さであるため、上述の様々な状況において有用である。

幾つかの実施形態では、隣接する２つの前記セクションの接合面の形状が略一致している。
これにより、風車翼の連続性を確保でき、風車翼の空力性能を高く維持することができる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置は、
風車翼と、
前記風車翼の回転によって駆動されるように構成された発電機とを備え、
前記風車翼は、翼長方向の位置が異なるｍ個（但し、ｍは偶数）の切断面で基準翼を切断して得られる（ｍ＋１）個のセクションのうち、最も翼根部側のセクション及び最も翼先端部側のセクションを含み、且つ、互いに隣接しない（ｍ／２＋１）個のセクションが相互に接合されて構成されることを特徴とする。

上記風力発電装置は、基準翼よりも短い所望長さの風車翼を有するため、様々な状況において有用である。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、基準翼よりも短い所望長さの風車翼を得ることができる。このことは、様々な状況において有益である。
例えば、風力発電装置の機種ごとに風車翼製造用のモールドを個別に準備する必要が無くなり、風車翼の製造コストの低廉化が可能になる。また、基準翼としての最新の風力発電装置の大型翼から旧型の風力発電装置用の風車翼を得ることができるから、旧型の風力発電装置用の風車翼の入手が困難である場合であっても、旧型の風力発電装置の翼換装が可能となる。さらに、旧型翼が入手可能な状況下においても、風車翼の高性能化・低騒音化・低荷重化の観点から、基準翼よりも短い所望長さの風車翼が得られることは有益である。

風力発電装置の構成例を示す図である。 一実施形態に係る基準翼の構成例を示す斜視図である。 一実施形態における各切断面を説明する図であり、（ａ）は腹側から視た基準翼の側面図で、（ｂ）は後縁側から視た基準翼の平面図である。 一実施形態における各切断面を説明する図であり、（ａ）は第１切断面を示す図で、（ｂ）は第２切断面を示す図である。 一実施形態に係る風車翼の構成例を示す斜視図である。 他の実施形態における各切断面を説明する図であり、（ａ）は腹側から視た基準翼の側面図で、（ｂ）は後縁側から視た基準翼の平面図である。 他の実施形態に係る風車翼の構成例を示す斜視図である。

以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、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。

まず、図１を参照しながら本明細書で用いる用語を説明する。図１は、風力発電装置の構成例を示す図である。

図１に示す風力発電装置１００は、１本以上（この例では３本）の風車翼１１０と、風車翼１１０が取り付けられるハブ１０２と、風車翼１１０及びハブ１０２を含むロータを支持するナセル１０４と、ナセル１０４を旋回自在に支持するタワー１０６とを備える。ここで、幾つかの実施形態では、風車翼１１０は、後述する製造方法によって得られる風車翼３０（図５参照）や風車翼５０（図７参照）である。なお、ロータの回転は不図示の発電機に入力されて、該発電機において電力が生成されるようになっている。
風車翼１１０のハブ１０２への取付けは、風車翼１１０の翼根部１１４をハブ１０２に任意の締結部材を用いて固定することで行われる。

以下、本明細書において、風車翼１１０の回転中心Ｏ（すなわち、ロータの回転中心）から風車翼１１０の翼先端部１１２までの距離を回転半径Ｒ、回転中心Ｏから任意の半径位置Ｐまでの風車翼１１０の長さを、半径位置Ｐにおける半径距離ｒと称する。なお、ここでは、風車翼１１０について、回転中心Ｏ、回転半径Ｒ、半径距離ｒの定義を説明したが、これらの用語の定義は後述の基準翼についても当てはまる。

本実施形態に係る風車翼の製造方法は、基準翼を用いて、基準翼より翼長が短い風車翼を製造するものである。
幾つかの実施形態では、基準翼を、翼長方向の位置が異なるｍ個（但し、ｍは偶数）の切断面で切断して（ｍ＋１）個のセクションを得る切断ステップと、（ｍ＋１）個のセクションのうち、最も翼根部側のセクション及び最も翼先端部側のセクションを含み、且つ、互いに隣接しない（ｍ／２＋１）個のセクションを相互に接合して、基準翼よりも短い風車翼を得る接合ステップとを備える。

図２は一実施形態に係る基準翼の構成例を示す斜視図である。図３は一実施形態における各切断面を説明する図であり、（ａ）は腹側から視た基準翼の側面図で、（ｂ）は後縁側から視た基準翼の平面図である。図４は一実施形態における各切断面を説明する図であり、（ａ）は第１切断面を示す図で、（ｂ）は第２切断面を示す図である。図５は一実施形態に係る風車翼の構成例を示す斜視図である。
なお、図２〜図５に示す例示的な実施形態では、切断面の個数ｍ＝２である。

図２に示す基準翼１は、所望の長さの風車翼３０（図５参照）を製造するための材料となる翼である。
同図に示すように、基準翼１は、翼先端部２と、翼根部４と、翼先端部２と翼根部４との間に位置する翼型部６とを備えている。翼型部６は、前縁（ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）７と後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）８とを有する。また、翼型部６は、前縁７と後縁８の間に設けられた腹側面（正圧面：ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｉｄｅ）９及び背側面（負圧面：ｓｕｃｔｉｏｎ ｓｉｄｅ）１０を有する。

基準翼１は、モールドを用いて成型されてもよい。例えば、モールド上に載置した繊維織物シートに樹脂を含浸させ、該樹脂を加熱硬化することによって基準翼１が成型される。また、別の成型方法として、繊維織物シートに含浸された樹脂がＢステージまで予め半硬化されたプリプレグをモールド上に載置し、該プリプレグの樹脂を加熱硬化することによって基準翼１が成型される。
さらにまた、基準翼１は、最終的に得たい風車翼３０より翼長が長い既存の翼であってもよい。

図２〜図４に示す一実施形態では、まず、切断ステップにて、翼長方向Ｌの位置が異なる２個の第１切断面１２及び第２切断面１４で基準翼１を切断する。ここで、第１切断面１２は翼根部４側の半径位置Ｐ_１における切断面であり、第２切断面１４は翼先端部２側の半径位置Ｐ_２における切断面である。すなわち、第１切断面１２は、後述する接合ステップで相互に接合される一対のセクション３２，３６のうち翼根部４側のセクション３２に属する切断面であり、第２切断面１４は、一対のセクション３２，３６のうち翼先端部２側のセクション３６に属する切断面である。なお、切断ステップにおける第１切断面１２及び第２切断面１４の設定例については後述する。
このように、基準翼１が第１切断面１２及び第２切断面１４の２箇所で切断されることによって、翼根部４側から順に第１セクション３２、第２セクション３４及び第３セクション３６を含む３つのセクションが得られる。

次いで、接合ステップにて、最も翼根部４側の第１セクション３２及び最も翼先端部２側の第３セクション３６を相互に接合して、図５に示す風車翼３０を得る。すなわち、３つのセクション３２，３４，３６の中間に位置する第２セクション３４を取り除き、互いに隣接しない翼根部４側の第１セクション３２と翼先端部２側の第３セクション３６を互いに接合し、風車翼３０を得る。なお、接合ステップでは、第１セクション３２の第１接合面２２（第１切断面１２）の前縁７及び後縁８を、それぞれ、第３セクション３６の第２接合面２４（第２切断面１４）の前縁７及び後縁８に合わせてもよい。同様に、接合ステップにおいて、第１セクション３２の第１接合面２２の腹側面９及び背側面１０を、それぞれ、第３セクション３６の第２接合面２４の腹側面９及び背側面１０に合わせてもよい。
接合ステップにおけるセクション間の接合方法は特に限定されないが、例えば、接着剤による接合、ボルト締結による接合等が用いられる。風車翼３０は、基準翼１から第２セクション３４を取り除いた状態となっているので、基準翼１よりも短い風車翼３０が得られる。

以下、図３及び図４を参照して、切断ステップにおける第１切断面１２及び第２切断面１４の設定例について、詳細に説明する。

ここで、図３（ａ）に示す基準翼１において、「翼軸線Ｌ」は、基準翼１の翼長方向に沿った軸線のことをいい、例えば、基準翼１の各半径位置における翼断面の中心線（背側面１０と腹側面９から等しい距離にある点を前縁７から後縁８までつないだ線）の翼厚最大位置を翼長方向に接続した線として定義される。さらに、「コード方向Ｃ」とは、翼軸線Ｌに直交し、基準翼１の前縁７と後縁８を結ぶ線（コード）の方向をいう。さらにまた、「翼厚方向Ｔ」とは、翼軸線Ｌ及びコード方向Ｃに直交し、腹側面９と背側面１０とを結ぶ線の方向をいう。

図３（ａ）及び図４（ａ），（ｂ）を参照して、上記接合ステップにおいて相互に接合される一対のセクション３２，３６の各々の切断面１２，１４は、コード方向Ｃに対してなす角度が次のように設定されてもよい。すなわち、第１切断面１２における前縁７と後縁８とを結ぶ幅方向線１３Ａの長さｌ_ｃ１と、第２切断面１４における前縁７と後縁８とを結ぶ幅方向線１５Ａの長さｌ_ｃ２とが略同一となるように、第１切断面１２の幅方向線１３Ａがコード方向Ｃに対してなす角度α_１、及び、第２切断面１４の幅方向線１４Ａがコード方向Ｃに対してなす角度α_２がそれぞれ設定されてもよい。
具体的には、半径位置Ｐ_１におけるコード長がｃ_１、半径位置Ｐ_２におけるコード長がｃ_２である場合、長さｌ_ｃ１はｃ_１／ｃｏｓα_１で近似され、長さｌ_ｃ２はｃ_２／ｃｏｓα_２で近似されるので、以下の関係式（１）を満たす角度α_１、角度α_２に設定してもよい。
（ｃ_１／ｃｏｓα_１）≒（ｃ_２／ｃｏｓα_２） …（１）
これにより、図５に示すように、接合ステップにて接合される第１接合面２２及び第２接合面２４において、前縁７および後縁８のそれぞれの連続性が確保され、風車翼３０の空力性能を高く維持することができる。また、第１セクション３２の第１接合面２２及び第３セクション３６の第２接合面２４の形状が略一致するように構成してもよい。

また、接合ステップにて接合される一対のセクション３２，２６のうち翼根部４側の第１セクション３２に属する第１切断面１２の幅方向線１３Ａは、コード方向Ｃに平行であるか、又は、後縁８から前縁７に向かうにつれて翼先端部２側に近づくようにコード方向Ｃに対して傾斜していてもよい。すなわち、第１切断面１２のコード方向Ｃに対する角度α_１が０°以上であってもよい。
一方、接合ステップにて接合される一対のセクション３２，３６のうち翼先端部２側の第３セクション３６に属する第２切断面１４の幅方向線１５Ａは、基準翼１の後縁８から前縁７に向かうにつれて翼根部４側に近づくようにコード方向Ｃに対して傾斜していてもよい。すなわち、第２切断面１４のコード方向Ｃに対する角度α_２が０°より大きくてもよい。
このとき、コード長が翼根部４から翼先端部２へ向けて翼長方向に単調減少する場合、上記式（１）を満たすためには、第１切断面１２の角度α_１は第２切断面１４の角度α_２より小さいであってもよい。

このように、翼根部４側の第１クション３２に属する第１切断面１２の幅方向線１３Ａは、コード方向Ｃに平行であるか、又は、後縁８から前縁７に向かうにつれて翼先端２側に近づくようにコード方向Ｃに対して傾斜しているので、第１セクション３２では後縁８側の翼長は前縁７側の翼長以下になる。一方、翼先端部２側の第３セクション３６に属する第２切断面１４の幅方向線１５Ａは、後縁８から前縁７に向かうにつれて翼根部４側に近づくようにコード方向Ｃに対して傾斜しているので、第３セクション３６では後縁８側の方が前縁７側よりも翼長が短くなる。このため、第１セクション３２と第３セクション３６とを接合したとき、図５に示すように、第１セクション３２の翼軸線Ｌ_１に対して第３セクション３６の翼軸線Ｌ_２が後縁側に屈曲した後退角を有する風車翼３０が得られる。よって、雨滴や砂塵等の衝突角度を浅くし、耐エロージョン性を向上させることができる。また、風車翼３０が後退角を有することにより、騒音増加の抑制及び疲労荷重の低減も図れる。

図３（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）を参照して、上記接合ステップにおいて相互に接合される一対のセクション３２，３６の各々の切断面１２，１４は、翼厚方向Ｔに対してなす角度が次のように設定されてもよい。すなわち、第１切断面１２の最大厚位置における腹側面９上の点と背側面１０上の点とを結ぶ厚さ方向線１３Ｂの長さｌ_ｔ１と、第２切断面１４の最大厚位置における腹側面９上の点と背側面１０上の点とを結ぶ厚さ方向線１５Ｂの長さｌ_ｔ２とが略同一となるように、第１切断面１２の厚さ方向線１３Ｂが翼厚方向Ｔに対してなす角度β_１、及び、第２切断面１４の厚さ方向線１５Ｂが翼厚方向Ｔに対してなす角度β_２がそれぞれ設定されてもよい。
具体的には、半径位置Ｐ_１における翼厚がｔ_１、半径位置Ｐ_２における翼厚がｔ_２である場合、長さｌ_ｔ１はｔ_１／ｃｏｓβ_１で近似され、長さｌ_ｔ２はｔ_２／ｃｏｓβ_２で近似されるので、以下の関係式（２）を満たす角度β_１、角度β_２に設定してもよい。
（ｔ_１／ｃｏｓβ_１）≒（ｔ_２／ｃｏｓβ_２） …（２）
これにより、図５に示すように、接合ステップにて接合される第１接合面２２及び第２接合面２４において、腹側面９及び背側面１０のそれぞれの連続性が確保され、風車翼３０の空力性能を高く維持することができる。

また、接合ステップにて接合される一対のセクション３２，２６のうち翼根部４側の第１セクション３２に属する第１切断面１２の厚さ方向線１３Ｂは、翼厚方向Ｔに平行であるか、又は、基準翼１の腹側面９から背側面１０に向かうにつれて翼先端２側に近づくように翼厚方向Ｔに対して傾斜していてもよい。すなわち、第１切断面１２が翼厚方向Ｔに対してなす角度β_１は０°以上であってもよい。
一方、接合ステップにて接合される一対のセクション３２，２６のうち翼先端部２側の第３セクション３６に属する第２切断面１４の厚さ方向線１５Ｂは、基準翼１の腹側面９から背側面１０に向かうにつれて翼根部４側に近づくように翼厚方向Ｔに対して傾斜していてもよい。すなわち、第２切断面１４が翼厚方向Ｔに対してなす角度β_２は０°より大きくてもよい。

このように、翼根部４側の第１セクション３２に属する第１切断面１２の厚さ方向線１３Ｂは、翼厚方向Ｔに平行であるか、又は、基準翼１の腹側面９から背側面１０に向かうにつれて翼先端２側に近づくように翼厚方向Ｔに対して傾斜しているので、第１セクション３２では腹側面９における翼長は背側面１０における翼長以下になる。一方、翼先端部２側の第３セクション３６に属する第２切断面１４の厚さ方向線１５Ｂは、基準翼１の腹側面９から背側面１０に向かうにつれて翼根部４側に近づくように翼厚方向Ｔに対して傾斜しているので、第３セクション３６では腹側面９の方が背側面１０よりも翼長が短くなる。このため、第１セクション３２と第３セクション３６とを接合したとき、図５に示すように、第１セクション３２に対して第３セクション３６が腹側面９に屈曲した風車翼３０が得られる。これにより、ウィングレットと同様の作用が得られる。すなわち、翼端渦が発生し難く、翼効率の高い風車翼３０を製造することができる。

また、図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）を参照して、第１切断面１２と第２切断面１４の翼厚比（＝翼厚／コード長）が略等しいとき、すなわち、（ｔ_１／ｃ_１）≒（ｔ_２／ｃ_２）のとき、以下の関係式（３）を満たすように各切断面１４，２４の角度を設定してもよい。
（ｃｏｓβ_１／ｃｏｓα_１）≒（ｃｏｓβ_２／ｃｏｓα_２） …（３）
さらに、α_１≒β_１（＝０を含む）のとき、α_２≒β_２を満たすように、各切断面１４，２４の角度を設定してもよい。
これにより、風車翼の連続性を確保し、風車翼の空力性能をより一層向上させることができる。

さらにまた、第１切断面１２の半径位置Ｐ_１は、０．９＞ｒ_１／Ｒ≧０．７で規定され、且つ、第２切断面１４の半径位置Ｐ_２は、ｒ_２／Ｒ≧０．９で規定されてもよい。ここで、Ｒは基準翼１の回転半径であり、ｒ_１は半径位置Ｐ_１における半径距離であり、ｒ_２は半径位置Ｐ_２における半径距離である。
このように基準翼１の切断位置Ｐ_１及びＰ_２を設定すれば、風のエネルギーをロータの回転エネルギーに変換する翼効率を維持しながら、翼端渦の発生を抑制可能で、空力性能の高い風車翼３０を製造可能となる。

図６は他の実施形態における各切断面を説明する図であり、（ａ）は腹側から視た基準翼の側面図で、（ｂ）は後縁側から視た基準翼の平面図である。図７は他の実施形態に係る風車翼の構成例を示す斜視図である。
なお、図６及び図７に示す例示的な実施形態では、切断面の個数ｍ＝４である。

図６に示す他の実施形態では、切断ステップにおいて、翼長方向Ｌの位置が異なる４個の切断面（翼根部４側から順に、第１切断面４２、第２切断面４４、第３切断面４６、第４切断面４８）で基準翼１を切断する。ここで、第１切断面４２は半径位置Ｐ_１における切断面であり、第２切断面４４は半径位置Ｐ_２における切断面であり、第３切断面４６は半径位置Ｐ_３における切断面であり、第４切断面４８は半径位置Ｐ_４における切断面である。切断ステップにおける第１切断面４２〜第４切断面４８の設定例については後述する。なお、基準翼１の構成については図２と同一であるので説明を省略する。
このように、基準翼１が第１切断面４２〜第４切断面４８の４箇所で切断されることによって、翼根部４側から順に第１セクション５２、第２セクション５４、第３セクション５６、第４セクション５８、第５セクション６０を含む５つのセクションが得られる。

次いで、接合ステップにて、最も翼根部４側の第１セクション５２及び最も翼先端部２側の第５セクション６０を含み、且つ、互いに隣接しない３個のセクションを相互に接合する。すなわち、互いに隣接しない第１セクション５２と第３セクション５６とを相互に接合するとともに、互いに隣接しない第３セクション５６と第５セクション６０とを相互に接合する。こうして、図７に示す風車翼５０を得る。

以下、図６（ａ）、（ｂ）を参照して、切断ステップにおける第１切断面４２〜第４切断面４８の設定例について、詳細に説明する。

図６（ａ）を参照して、第１セクション５２に属する第１切断面４２の幅方向線４３Ａの長さｌ_ｃ１と、第３セクション５６に属する第２切断面４４の幅方向線４５Ａの長さｌ_ｃ２とが略同一となるように、コード方向Ｃに対する幅方向線４３Ａの角度α_１、及び、コード方向Ｃに対する幅方向線４５Ａの角度α_２がそれぞれ設定されてもよい。
具体的には、半径位置Ｐ_１におけるコード長がｃ_１、半径位置Ｐ_２におけるコード長がｃ_２である場合、長さｌ_ｃ１はｃ_１／ｃｏｓα_１で近似され、長さｌ_ｃ２はｃ_２／ｃｏｓα_２で近似されるので、以下の関係式（４）を満たす角度α_１、角度α_２に設定してもよい。
（ｃ_１／ｃｏｓα_１）≒（ｃ_２／ｃｏｓα_２） …（４）

一方、第３セクション５６に属する第３切断面４６の幅方向線４７Ａの長さｌ_ｃ１’と、第５セクション６０に属する第４切断面４８の幅方向線４９Ａの長さｌ_ｃ２’とが略同一となるように、コード方向Ｃに対する幅方向線４７Ａの角度α_１’、及び、コード方向Ｃに対する幅方向線４９Ａの角度α_２’がそれぞれ設定されてもよい。
具体的には、半径位置Ｐ_３におけるコード長がｃ_１’、半径位置Ｐ_４におけるコード長がｃ_２’である場合、長さｌ_ｃ１’はｃ_１’／ｃｏｓα_１’で近似され、長さｌ_ｃ２’はｃ_２’／ｃｏｓα_２’で近似されるので、以下の関係式（５）を満たす角度α_１’、角度α_２’に設定してもよい。
（ｃ_１’／ｃｏｓα_１’）≒（ｃ_２’／ｃｏｓα_２’） …（５）

このように角度α_１，α_２，α_１’，α_２’を設定すれば、図７に示すように、接合ステップにて接合される第１接合面６２及び第２接合面６４と、第３接合面６６及び第４接合面６８とにおいて、前縁７および後縁８のそれぞれの連続性が確保され、風車翼３０の空力性能を高く維持することができる。

図６（ｂ）を参照して、第１セクション５２に属する第１切断面４２の厚さ方向線４３Ｂの長さｌ_ｔ１と、第３セクション５６に属する第２切断面４４の厚さ方向線４５Ｂの長さｌ_ｔ２とが略同一となるように、翼厚方向Ｔに対する厚さ方向線４３Ｂの角度β_１、及び、翼厚方向Ｔに対する厚さ方向線４５Ｂの角度β_２がそれぞれ設定されてもよい。
具体的には、半径位置Ｐ_１における翼厚がｔ_１、半径位置Ｐ_２における翼厚がｔ_２である場合、長さｌ_ｔ１はｔ_１／ｃｏｓβ_１で近似され、長さｌ_ｔ２はｔ_２／ｃｏｓβ_２で近似されるので、以下の関係式（６）を満たす角度β_１、角度β_２に設定してもよい。
（ｔ_１／ｃｏｓβ_１）≒（ｔ_２／ｃｏｓβ_２） …（６）

一方、第３セクション５６に属する第３切断面４６の厚さ方向線４７Ｂの長さｌ_ｔ１’と、第５セクション６０に属する第４切断面４８の厚さ方向線４９Ｂの長さｌ_ｔ２’とが略同一となるように、翼厚方向Ｔに対する厚さ方向線４７Ｂの角度β_１’、及び、翼厚方向Ｔに対する厚さ方向線４９Ｂの角度β_２’がそれぞれ設定されてもよい。
具体的には、半径位置Ｐ_３における翼厚がｔ_１’、半径位置Ｐ_４における翼厚がｃ_２’である場合、長さｌ_ｔ１’はｔ_１’／ｃｏｓβ_１’で近似され、長さｌ_ｔ２’はｔ_２’／ｃｏｓβ_２’で近似されるので、以下の関係式（７）を満たす角度β_１’、角度β_２’に設定してもよい。
（ｔ_１’／ｃｏｓβ_１’）≒（ｔ_２’／ｃｏｓβ_２’） …（７）

このように角度β_１，β_２，β_１’，β_２’を設定すれば、図７に示すように、接合ステップにて接合される第１接合面６２及び第２接合面６４と、第３接合面６６及び第４接合面６８とにおいて、腹側面９及び背側面１０のそれぞれの連続性が確保され、風車翼５０の空力性能を高く維持することができる。

また、図６及び７に示す例示的な実施形態では切断面の個数ｍが４であるが、切断面の個数ｍが４以上の偶数である場合、切断面のコード方向Ｃ又は翼長方向Ｔに対する傾斜角は以下のように設定してもよい。

すなわち、翼根部４側からｉ（ｉは（ｍ−１）以下の奇数）番目の切断面（図６では１番目の第１切断面４２と、３番目の第３切断面４６）の幅方向線は、コード方向Ｃに平行であるか、又は、後縁８から前縁７に向かうにつれて翼先端２側に近づくようにコード方向Ｃに対して傾斜していてもよい。すなわち、図６においては、角度α_１、α_１’が０°以上であってもよい。
一方、翼根部４側から（ｉ＋１）番目の切断面（図６では２番目の第２切断面４４と、４番目の第４切断面４８）の幅方向線は、後縁８から前縁７に向かうにつれて翼根部４側に近づくようにコード方向Ｃに対して傾斜していてもよい。すなわち、図６においては、角度α_２、α_２’が０°より大きくてもよい。
これにより、図７に示すように、翼根部４側の第１セクション５２の翼軸線Ｌ_１に対して翼先端部２側の第３セクション５６の翼軸線Ｌ_２、及び、翼根部４側の第３セクション５６の翼軸線Ｌ_２に対して翼先端部２側の第５セクション６０の翼軸線Ｌ_３が後縁８側に屈曲した後退角を有する風車翼５０が得られ、耐エロージョン性の向上や、騒音抑制及び疲労荷重低減といったメリットを享受できる。また、上述のように、翼根部４側からｉ番目の切断面と（ｉ＋１）番目の切断面とのセットを複数設けることで、風車翼５０前縁７及び後縁８をそれぞれ滑らかな曲線に近づけることができ、風車翼５０の空力性能を向上させることができる。

さらに、図６（ｂ）に示すように、翼根部４側からｉ（ｉは（ｍ−１）以下の奇数）番目の切断面（図６では１番目の第１切断面４２と、３番目の第３切断面４６）の厚さ方向線は、翼厚方向Ｔに平行であるか、又は、腹側面９から背側面１０に向かうにつれて翼先端２側に近づくように翼厚方向Ｔに対して傾斜していてもよい。すなわち、図６においては、角度β_１、β_１’が０°以上であってもよい。
一方、翼根部４側から（ｉ＋１）番目の切断面（図６では２番目の第２切断面４４と、４番目の第４切断面４８）の厚さ方向線は、腹側面９から背側面１０に向かうにつれて翼根部４側に近づくように翼厚方向Ｔに対して傾斜していてもよい。すなわち、図６においては、角度β_２、β_２’が０°より大きくてもよい。
これにより、図７に示すように、翼根部４側の第１セクション５２の翼軸線Ｌ_１に対して翼先端部２側の第３セクション５６の翼軸線Ｌ_２、及び、翼根部４側の第３セクション５６の翼軸線Ｌ_２に対して翼先端部２側の第５セクション６０の翼軸線Ｌ_３が腹側面９に屈曲した風車翼５０が得られ、ウィングレットと同様な効果を享受できる。また、上述のように、翼根部４側からｉ番目の切断面と（ｉ＋１）番目の切断面とのセットを複数設けることで、風車翼５０の腹側面９及び背側面１０をそれぞれ滑らかな曲線に近づけることができ、空力性能を向上させることができる。

以上説明したように、上述の実施形態によれば、基準翼１よりも短い所望長さの風車翼３０，５０を得ることができる。このことは、様々な状況において有益である。
例えば、風力発電装置の機種ごとに風車翼製造用のモールドを個別に準備する必要が無くなり、風車翼３０，５０の製造コストの低廉化が可能になる。また、基準翼１としての最新の風力発電装置の大型翼から旧型の風力発電装置用の風車翼３０，５０を得ることができるから、旧型の風力発電装置用の風車翼の入手が困難である場合であっても、旧型の風力発電装置の翼換装が可能となる。さらに、旧型翼が入手可能な状況下においても、風車翼の高性能化・低騒音化・低荷重化の観点から、基準翼１よりも短い所望長さの風車翼３０，５０が得られることは有益である。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
なお、上述の実施形態では、基準翼１の切断面の個数ｍが２又は４の場合について説明したが、切断ステップにおける切断面の個数ｍは２以上の偶数であればよく、特に限定されるものではない。

１ 基準翼
２ 翼先端部
４ 翼根部
６ 翼型部
７ 前縁
８ 後縁
９ 腹側面
１０ 背側面
１２，４２ 第１切断面
２２，６２ 第１接合面
１４，４４ 第２切断面
２４，６４ 第２接合面
３０，５０ 風車翼
３２，５２ 第１セクション
３４，５４ 第２セクション
３６，５６ 第３セクション
４６ 第３切断面
４８ 第４切断面
５８ 第４セクション
６０ 第５セクション
６６ 第３接合面
６８ 第４接合面

Claims (11)

1. 翼長方向の位置が異なるｍ個（但し、ｍは偶数）の切断面で基準翼を切断して、（ｍ＋１）個のセクションを得る切断ステップと、
   前記セクションのうち、最も翼根部側のセクション及び最も翼先端部側のセクションを含み、且つ、互いに隣接しない（ｍ／２＋１）個のセクションを相互に接合して、前記基準翼よりも短い風車翼を得る接合ステップとを備えることを特徴とする風車翼の製造方法。
2. 前記切断ステップでは、前記接合ステップにおいて相互に接合される一対の前記セクションの各々の前記切断面は、該切断面における前縁と後縁とを結ぶ幅方向線の長さが互いに略一致するように前記基準翼のコード方向に対してなす角度が設定されることを特徴とする請求項１に記載の風車翼の製造方法。
3. 前記接合ステップでは、前記一対の前記セクションのうち前記翼根部側の前記セクションに属する第１切断面と、前記一対の前記セクションのうち前記翼先端部側の前記セクションに属する第２切断面とが接合され、
   前記第１切断面内の前記幅方向線は、前記コード方向に平行であるか、又は、前記後縁から前記前縁に向かうにつれて前記翼先端部側に近づくように前記コード方向に対して傾斜しており、
   前記第２切断面内の前記幅方向線は、前記後縁から前記前縁に向かうにつれて前記翼根部側に近づくように前記コード方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の風車翼の製造方法。
4. 前記切断面の個数ｍが４以上の偶数であり、前記翼根部側からｉ（ｉは（ｍ−１）以下の奇数）番目の切断面内の前記幅方向線は、前記コード方向に平行であるか、又は、前記後縁から前記前縁に向かうにつれて前記翼先端部側に近づくように前記コード方向に対して傾斜しており、
   前記翼根部側から（ｉ＋１）番目の切断面内の前記幅方向線は、前記後縁から前記前縁に向かうにつれて前記翼根部側に近づくように前記コード方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項２又は３に記載の風車翼の製造方法。
5. 前記切断ステップでは、前記接合ステップにおいて相互に接合される一対の前記セクションの各々の前記切断面は、該切断面の最大厚位置における前記基準翼の腹側面上の点と背側面上の点とを結ぶ厚さ方向線の長さが互いに略一致するように前記基準翼の翼厚方向に対してなす角度が設定されることを特徴とする請求項１に記載の風車翼の製造方法。
6. 前記接合ステップでは、前記一対の前記セクションのうち前記翼根部側の前記セクションに属する第１切断面と、前記一対の前記セクションのうち前記翼先端部側の前記セクションに属する第２切断面とが接合され、
   前記第１切断面内の前記厚さ方向線は、前記翼厚方向に平行であるか、又は、前記腹側面から前記背側面に向かうにつれて前記翼先端部側に近づくように前記翼厚方向に対して傾斜しており、
   前記第２切断面内の前記厚さ方向線は、前記腹側面から前記背側面に向かうにつれて前記翼根部側に近づくように前記翼厚方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の風車翼の製造方法。
7. 前記切断面の個数ｍが４以上の偶数であり、前記翼根部側からｉ（ｉは（ｍ−１）以下の奇数）番目の切断面内の前記厚さ方向線は、前記翼厚方向に平行であるか、又は、前記基準翼の腹側面から背側面に向かうにつれて前記翼先端部側に近づくように前記翼厚方向に対して傾斜しており、
   前記翼根部側から（ｉ＋１）番目の切断面内の前記厚さ方向線は、前記基準翼の腹側面から背側面に向かうにつれて前記翼根部側に近づくように前記翼厚方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項５又は６に記載の風車翼の製造方法。
8. 前記ｍ個の切断面は、前記接合ステップで相互に接合される一対の前記セクションのうち前記翼根部側の前記セクションに属する第１切断面と、前記一対の前記セクションのうち前記翼先端部側の前記セクションに属し、前記第１切断面に接合される第２切断面とを含み、
   前記第１切断面における前縁と後縁とを結ぶ第１幅方向線が前記コード方向に対してなす角度がα_１、前記第２切断面における前縁と後縁とを結ぶ第２幅方向線が前記コード方向に対してなす角度がα_２であり、且つ、前記第１切断面の最大厚位置における前記基準翼の腹側面上の点と背側面上の点とを結ぶ第１厚さ方向線が前記翼厚方向に対してなす角度がβ_１、前記第２切断面の最大厚位置における前記腹側面上の点と前記背側面上の点とを結ぶ第２厚さ方向線が前記翼厚方向に対してなす角度がβ_２であって、前記第１切断面と前記第２切断面の翼厚比が略等しいとき、以下の関係式を満たすことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の風車翼の製造方法。
   （ｃｏｓβ_１／ｃｏｓα_１）≒（ｃｏｓβ_２／ｃｏｓα_２）
9. 翼長方向の位置が異なるｍ個（但し、ｍは偶数）の切断面で基準翼を切断して得られる（ｍ＋１）個のセクションのうち、最も翼根部側のセクション及び最も翼先端部側のセクションを含み、且つ、互いに隣接しない（ｍ／２＋１）個のセクションが相互に接合されて構成されることを特徴とする風車翼。
10. 隣接する２つの前記セクションの接合面の形状が略一致していることを特徴とする請求項９に記載の風車翼。
11. 風車翼と、
    前記風車翼の回転によって駆動されるように構成された発電機とを備え、
    前記風車翼は、翼長方向の位置が異なるｍ個（但し、ｍは偶数）の切断面で基準翼を切断して得られる（ｍ＋１）個のセクションのうち、最も翼根部側のセクション及び最も翼先端部側のセクションを含み、且つ、互いに隣接しない（ｍ／２＋１）個のセクションが相互に接合されて構成されることを特徴とする風力発電装置。

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