JP6122945B2 - 風力発電装置のロータブレード - Google Patents

Description

本発明は、風力発電装置のロータブレード、並びに風力発電装置に関する。

風力発電装置用のロータブレードは、一般的に知られている。そのようなロータブレードは、特に空気力学的要求を考慮した断面ないし輪郭（プロフィール）を有する。通常、風力発電装置は、複数のロータブレードを備えた空気力学的ロータを有する。そのような風力発電装置が例として図５に示されている。そのようなロータブレードの空気力学的特性は、これらの特性がロータブレードの出力性能に強く影響を及ぼし、従って風力発電装置の出力性能に強く影響を及ぼすので、極めて重要である。ロータブレードの出力性能を向上させるためには、それらの断面ないし輪郭が最適化される。例えば風力の弱い地域、即ち特に内陸部においてできるだけ不変の電力生産を保証するためには、空気力学的ロータは、８０メートルよりも大きな値になることもあるロータ直径を有する。このことは、そのように大きな風力発電装置、従って極めて大きなロータブレードでは、ロータブレード重量の増大をもたらすことになる。大きくて重いロータブレードは、運転時に風力発電装置へ作用する大きな負荷を発生させる。それに加え、製造、並びに各々の建造場所への輸送が複雑且つ困難になる。またそのように大きなロータブレードの輸送のために有利であろう二分割式のロータブレードの実現は、発生する負荷と、分割箇所により追加的に発生する安定性の減少とが原因で、限定的にのみ可能である。

ドイツ特許商標庁により、本願の優先権基礎出願に関しては、以下の先行技術文献が調査された。

DE 10 2008 052 858 A1 DE 10 2008 003 411 A1 DE 103 07 628 A1 US 5,474,425 A EP 2 339 171 A2

従って本発明の基礎をなす課題は、上記の問題点の少なくとも１つを解消するか又は軽減することであり、特に、できるだけ剛性が高く且つロータブレード重量が少なく、それにより機械構造及びタワーへの負荷が減少されると共に、簡単に輸送可能なロータブレードを提供することである。また少なくとも代替的な解決策が提案されるべきである。

前記課題を解決するために、本発明により、請求項１によるロータブレードが提案される。
即ち本発明の一視点により、風力発電装置のロータブレードであって、ロータハブにロータブレードを結合するためのロータブレード付根部と、該ロータブレード付根部とは反対側に配設されたロータブレード先端部とを有し、前記ロータブレード付根部から前記ロータブレード先端部までを０％から１００％として測定した前記ロータブレードの全長の３０％から６０％までに対応する範囲に対して中間領域が定められており、断面深さに対する断面厚さの比率として定義される相対的な断面厚さが、前記ロータブレード付根部と前記ロータブレード先端部との間にある前記中間領域において局所的な極大を有することを特徴とするロータブレードが提供される。
尚、本願の特許請求の範囲に付記されている図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）風力発電装置のロータブレードであって、ロータハブにロータブレードを結合するためのロータブレード付根部と、該ロータブレード付根部とは反対側に配設されたロータブレード先端部とを有し、断面深さに対する断面厚さの比率として定義される相対的な断面厚さが、前記ロータブレード付根部と前記ロータブレード先端部との間にある中間領域において局所的な極大を有すること。
（形態２）前記局所的な極大の相対的な断面厚さは、３５％から５０％まで、特に４０％から４５％までの値であることが好ましい。
（形態３）前記ロータブレードは、前記局所的な極大の領域において、１５００ｍｍから３５００ｍｍまで、特にほぼ２０００ｍｍの断面深さを有することが好ましい。
（形態４）前記ロータブレードは、第１ロータブレード部分と第２ロータブレード部分とから構成されており、前記第１ロータブレード部分は、前記ロータブレード付根部を有し、前記第２ロータブレード部分は、前記ロータブレード先端部を有し、前記第１ロータブレード部分と前記第２ロータブレード部分とは、所定の分割箇所において互いに結合されており、前記分割箇所は、前記ロータブレード付根部と前記ロータブレード先端部との間にある前記中間領域、及び／又は前記局所的な極大の領域に配設されていることが好ましい。
（形態５）前記ロータブレードは、７から１０まで、好ましくは８から９までの範囲内の周速比になるよう設計されていることが好ましい。
（形態６）前記ロータブレードは、前記ロータブレード付根部から前記ロータブレード先端部までを測定した前記ロータブレードの全長の９０％から９５％までの範囲内において、前記ロータブレード付根部の領域における断面深さのほぼ５％から１５％まで、特にほぼ１０％に対応する断面深さを有すること、及び／又は、前記ロータブレードは、前記ロータブレードの全長の５％から２５％まで、好ましくは５％から３５％まで、特に前記ロータブレード付根部から前記中間領域に至るまで、直線的な厚さ経過形態を有することが好ましい。
（形態７）前記ロータブレードは、前記ロータブレード付根部において、少なくとも３９００ｍｍ、特に４０００ｍｍから８０００ｍｍまでの範囲内の断面深さを有し、及び／又は、前記ロータブレード付根部から出発し、全長の９０％から９５％の範囲内、特に９０％のところにおいて、最大で１０００ｍｍ、特に７００ｍｍから４００ｍｍまでの範囲内の断面深さを有することが好ましい。
（形態８）前記ロータブレードは、前記中間領域において、前記ロータブレード付根部の領域における断面深さの、ほぼ２０％から３０％まで、特にほぼ２５％に対応する断面深さを有することが好ましい。
（形態９）形態１〜８のいずれか１つに記載のロータブレードを少なくとも１つ備えた風力発電装置。

風力発電装置の上記ロータブレードは、ロータハブにロータブレードを結合するためのロータブレード付根部と、該ロータブレード付根部とは反対側に配設されたロータブレード先端部とを有する。この際、断面深さ（プロフィール深さないし奥行き）に対する断面厚さ（プロフィール厚さ）の比率として定義される相対的な断面厚さが、ロータブレード付根部とロータブレード先端部との間にある中間領域（例えばロータブレードの全長の３０％から６０％までに対応する範囲内にある）において局所的な極大を有する。断面深さとは、以下、断面の長さ、即ち断面先端部（ブレードの前方側）と断面後方エッジ（ブレードの後方側）との間の間隔として理解される。断面厚さは、断面上面部（ブレードの上側）と断面下面部（ブレードの下側）との間の間隔を表わしている。従って相対的な断面厚さは、断面厚さが小さい及び／又は断面深さが大きい場合に小さい値を有する。

相対的な断面厚さは、ロータブレード付根部とロータブレード先端部との間において局所的な極大を有する。この局所的な極大は、ロータブレード付根部とロータブレード先端部との間にある中間領域内にあり、好ましくはロータブレード付根部からロータブレード先端部までを測定したロータブレードの全長の３０％から６０％までの範囲内にある。従って例えばロータブレードの全長が６０メートルの場合、局所的な極大は、好ましくは１８メートルから３６メートルまでの範囲内にある。つまり相対的な断面厚さは、ロータブレード付根部から出発して先ずは減少し、それから中間領域において局所的な極大に至るまで増加し、即ち所定の位置まで増加し、この所定の位置の周辺部において相対的な断面厚さはその極大よりも大きな値をもたない。ロータブレードの中間領域における局所的な極大は、特に断面深さがロータブレード付根部から出発して中間領域に至るまで強く減少することにより実現される。同時に又は選択的に断面厚さを増加させることができ、或いは断面厚さを断面深さほどの強さではなく減少させることも可能である。それにより特にロータブレード付根部と中間領域との間において材料の節約が達成され、従って重量の減少が達成される。断面厚さの増加により、ロータブレードの高い安定性が得られる。

中間領域における断面深さの減少は、確かにそこで負荷能力（荷重に耐える能力）の減少を結果として伴うだろうが、同時にロータブレードの重量の減少が達成される。ロータブレードの効率の万一の劣化は、より少ない重量の達成のために甘受される。しかしこの際、中間領域においては、できるだけ良好な効率のもと、より一層、安定性と剛性に焦点が置かれ、中間領域の外側の領域においては、より一層、高効率に焦点が置かれる。従って、断面深さが中間領域から外側へとロータブレード先端部に向かい、少なくとも中間領域におけるよりも弱い程度で減少するという断面（プロフィール）が提案される。

好ましくは、局所的な極大の相対的な断面厚さは、３５％から５０％まで、特に４０％から４５％までの値である。通常、相対的な断面厚さは、ロータブレード付根部において１００％から４０％までの値で始まる。この際、ほぼ１００％の値とは、断面厚さが断面深さとほぼ同じであることを意味する。その後、この値は、単調に減少する。本発明による一実施形態において、この値は、ロータブレード付根部から出発し、局所的な極小に達するまで、先ずは減少する。局所的な極小の後、相対的な断面厚さは、ほぼ３５％から５０％までの値になるまで上昇を記録する。

好ましい一実施形態において、ロータブレードは、中間領域において及び／又は局所的な極大の領域において、１５００ｍｍから３５００ｍｍまで、特にほぼ２０００ｍｍの断面深さを有する。つまりロータブレードがロータブレード付根部の領域においてほぼ６０００ｍｍの断面深さを有するのであれば、断面深さは、中間領域に至るまで及び／又は局所的な極大の領域に至るまで、ほぼ３分の１だけ減少する。

特に好ましい一実施形態において、ロータブレードは、第１ロータブレード部分と第２ロータブレード部分とから（組み合わせて）構成されており、第１ロータブレード部分は、ロータブレード付根部を有し、第２ロータブレード部分は、ロータブレード先端部を有する。第１ロータブレード部分と第２ロータブレード部分とは、分割箇所において互いに結合されている。この際、分割箇所は、ロータブレード付根部とロータブレード先端部との間にある中間領域、及び／又は局所的な極大の領域に配設されている。

２つのロータブレード部分からロータブレードを構成することにより、風力発電装置の対応する設置場所へのロータブレードの輸送が多大に容易化される。分割箇所が中間領域にあると、このことは、ロータ直径が例えば８０メートルを超える場合には、各々ほぼ４０メートルのロータブレード部分を２つ輸送すれば済むことを意味する。更に中間領域及び／又は相対的な断面厚さの局所的な極大の領域において、特に断面厚さの大きいところの断面深さは小さくなっている。それによりロータブレードは、この箇所において堅固に形成されている。従って分割箇所により発生する追加的な負荷は、十分に吸収される。

好ましくは、ロータブレードは、７から１０まで、好ましくは８から９までの範囲内の周速比（先端速度率）になるよう設計されている。この際、周速比とは、風速に対するロータブレード先端部における周速度の比率として定義される。高い設計周速比は、高い出力係数（Leistungsbeiwert）をもたらし、スリムで高速回転するブレードをもたらしてくれる。

更なる一実施形態において、ロータブレードは、ロータブレード付根部からロータブレード先端部までを測定したロータブレードの全長の９０％から９５％までの範囲内において、ロータブレード付根部の領域における断面深さのほぼ５％から１５％まで、特にほぼ１０％に対応する断面深さを有する。

ロータブレード先端部の領域において断面深さをそのように減少させることにより、機械構造及びタワーに作用する負荷、特に空気力学的負荷が減少される。基本的に比較的スリムなロータブレードが提案される。

有利な一実施形態において、ロータブレードは、ロータブレード付根部において、少なくとも３９００ｍｍ、特に４０００ｍｍから８０００ｍｍまでの範囲内の断面深さを有し、及び／又はロータブレード付根部から出発し、全長の９０％から９５％の範囲内、特に９０％のところにおいて、最大で１０００ｍｍ、特に７００ｍｍから４００ｍｍまでの範囲内の断面深さを有する。

好ましくは、ロータブレードは、ロータブレードの中間領域において、特にロータブレードの全長の５０％のところで、及び／又は局所的な極大の領域において、ロータブレード付根部の領域における断面深さの、ほぼ２０％から３０％まで、特にほぼ２５％に対応する断面深さを有する。ロータブレード付根部の領域において断面深さが例えば６０００ｍｍであると、局所的な極大の領域及び／又は中間領域における断面深さは、ほぼ１５００ｍｍに対応するに過ぎない。ロータブレード付根部から中間領域に至るまでの断面深さのこの迅速な減少により、負荷の少ない、特に空気力学的負荷の少ないスリムな断面ないし輪郭が得られる。これらの負荷は、他の既知のロータブレードの場合よりも少ない。既知の断面においてロータブレード深さは、通常は実質的に直線的に減少する。それにより特にロータブレード付根部と中間領域との間において、より大きな断面深さが存在し、従ってより多くの材料を必要としている。

更に本発明により、上述の実施形態の少なくとも１つによるロータブレードを少なくとも１つ備えた風力発電装置（風力エネルギー設備）が提案される。そのような風力発電装置は、高い設計周速比と高い出力係数（風力による１次エネルギーと生産される最終エネルギー（電力）との間の比率のこと：電力係数 Leistungsbeiwert, performance coefficient）とにより、スリムで高速回転する少なくとも１つのロータブレードに基づき、経済的に効率がよい。それにより該風力発電装置は、特に部分負荷領域における運転及び／又は風力が弱い場合にも適しており、従って内陸部のためにも適している。該風力発電装置は、好ましくは３つのロータブレードを有する。

以下、添付の図面に関連し、本発明の実施例を詳細に説明する。この際、図面は、部分的に簡素化された概略図を含んでいる。

一ロータブレードの概略図を示す図である。 規格化されたロータ半径に対して相対的な断面厚さがプロットされているグラフを示す図である。 半径に対して深さがプロットされているグラフを示す図である。 半径に対して厚さがプロットされているグラフを示す図である。 一風力発電装置を斜視図として示す図である。 一ロータブレードを側面図として示す図である。 図６のロータブレードを別の側面図として示す図である。

図１は、一実施例のロータブレード１の様々な断面形状（プロフィールジオメトリ）の分布状況を示している。ロータブレード１において部分ごとに断面厚さ（Profildicke）２と断面深さ（Profiltiefe）３が図示されている。ロータブレード１は、一方の端部においてロータブレード付根部４を有し、該端部とは反対側の端部において、ロータブレード先端部を取り付けるための結合領域５を有する。ロータブレード付根部４においてロータブレード１は、大きな断面深さ３を有する。それに対して結合領域５において断面深さ３は、遥かに小さくなっている。断面深さ３は、断面付根部４と称することもできるロータブレード付根部４から出発し、中間領域６に至るまで明らかに減少する。中間領域６には（二分割式のロータブレード用の）分割箇所を設けることができる（非図示）。中間領域６から結合領域５に至るまで、断面深さ３はほぼ一定である。図示されたロータブレード１は、小さなロータブレード先端部を取り付けるために設けられており、該ロータブレード先端部は、図示されたロータブレード１の長さの１％よりも小さい長さを有し、従ってここでは無視することができる。

図２は、風力発電装置の様々なロータブレードについて、各々（比較検討できるよう）規格化（normiert）されたロータ半径に対して相対的な断面厚さがプロットされたグラフを示している。相対的な断面厚さは、縦座標においてパーセントで記入されており、５％ごとの間隔で１０％から６０％まで推移している。横座標には、各々規格化されたロータ半径が０（ロータの回転中心）から１（ロータブレード先端部）まで０.１ごとの間隔で記入されている。この際、ロータ半径は、各々、ロータのロータハブに取り付けられた少なくとも１つのロータブレードを有するロータに関するものである。各々のロータブレードの長さは、ロータブレード付根部からロータブレード先端部へと延在している。ロータブレードは、規格化されたロータ半径のほぼ０.０５の値のところのロータブレード付根部で始まり、規格化されたロータ半径の１の値のところのロータブレード先端部において終わっている。ロータブレード先端部の領域において、規格化されたロータ半径の値は、大凡、該当するロータブレードのパーセント表示の長さに対応する。特に規格化されたロータ半径の１の値は、ロータブレード長の１００％と同じである。

図２のグラフでは、全部で６つの曲線を見ることができる。これらの曲線は、エネルコン社（Enercon GmbH）の既知の或いは計画された様々な風力発電装置におけるロータブレードの相対的な断面厚さの経過曲線を表わしている。この際、曲線１００は、ほぼ７０ｍのロータ直径を有する風力発電装置（Typ E-70）を示しており、曲線１０２は、ほぼ８２ｍのロータ直径を有する風力発電装置（Typ E-82）を示しており、曲線１０３は、ほぼ９２ｍのロータ直径を有する風力発電装置（Typ E-92）を示しており、曲線１０４は、ほぼ１０１ｍのロータ直径を有する風力発電装置（Typ E-101）を示しており、曲線１０５は、ほぼ１１５ｍのロータ直径を有する風力発電装置（Typ E-115）を示しており、曲線１０６は、ほぼ１２６ｍのロータ直径を有する風力発電装置（Typ E-126）を示している。曲線１００、１０２、１０４、１０６は、既知の従来技術を示しており、曲線１０３、１０５は、各々本発明による実施例の相対的な断面厚さの経過曲線を示している。これらの曲線のうち、曲線１００、１０２の相対的な断面厚さの経過曲線は、実質的に単調に減少するよう延在していることが見てとれる。曲線１００、１０２は、ロータブレード付根部の領域において始まり、即ち相対的な断面厚さが４５％と５０％の間にあり規格化されたロータ半径が０.０と０.１の間のところから始まっている。これらの各々の曲線は、規格化されたロータ半径が１.０に至るまで、局所的な極大又は極小はもたない。相対的な断面厚さの値は、連続的に減少している。

本発明の一実施例による曲線１０３は、ロータブレード付根部において相対的な断面厚さがほぼ５５％のところ、また規格化されたロータ半径がほぼ０.０と０.１の間のところから始まり、それから先ず、規格化されたロータ半径が０.３のところでほぼ４０％の相対的な断面厚さへと低下している。その後、相対的な断面厚さの経過曲線は、規格化されたロータ半径が０.４のところでほぼ４２％の局所的な極大に達するまで上昇する。従って相対的な断面厚さは、再び２％分だけその局所的な極大に向かって上昇する。局所的な極大は、ロータブレードの中間領域にある。従って局所的な極大は、１％よりも大きい最大変位（maximale Auslenkung）を有する。その後、相対的な断面厚さは、規格化されたロータ半径が１.０に至るまで、従って１００％のロータブレード長に至るまで単調に減少し、ほぼ１５％の値に至る。

別の一実施例による曲線１０５の経過曲線は、曲線１０３のものと類似している。相対的な断面厚さは、ロータブレード付根部においてほぼ４５％のところから始まり、それから、規格化されたロータ半径がほぼ０.２５のところで４０％よりも低い値へと低下し、その後、上昇する。規格化されたロータ半径がほぼ０.４５のところで相対的な断面厚さの値は、ほぼ４２％の値を有する局所的な極大に達する。このことは、ほぼ３％の再上昇に対応する。引き続き、相対的な断面厚さの経過曲線は、規格化されたロータ半径がほぼ０.８のところで相対的な断面厚さが１５％の値に達するまで実質的に単調に低下する。

曲線１００及び１０２と異なり、曲線１０３及び１０５は、中間領域において局所的な極大を有する。この際、局所的な極大は、この領域において、断面深さの減少により、同時に断面厚さの減少をそれに比べて少なくすることにより得られる。相対的な断面厚さのこの経過曲線により達成される断面は、スリムなロータブレードを提供し、該ロータブレードにおいては、既知のロータブレードと異なり、断面深さがロータブレードの全長にわたりロータブレード付根部から出発して先ずは迅速に減少することにより、吸収する負荷は少なくなる。それにより空気力学的負荷も減少され、従って動力室（タービンルーム）に発生する負荷が減少される。更にロータブレードは、中間領域から（ロータブレード先端部へと）ほぼ一定の断面厚さをもつことが可能である。それによりロータブレードは、安定性を獲得する。既知のロータブレードにおいて断面は、台形形状を有し、該台形形状は、図２のグラフでは、相対的な断面厚さの単調に低下する経過曲線により明らかにされている。

曲線１０４の相対的な断面厚さは、ロータブレード付根部において４４％のところから始まっている。相対的な断面厚さは、先ず、規格化されたロータ半径が０.１のところでほぼ４２％の値へ減少する。その後、相対的な断面厚さは、ロータブレード長のほぼ１５％に対応する規格化されたロータ半径が０.２のところまで、ほぼ４２.５％の値へと僅かに上昇する。従って曲線１０４による経過曲線は、確かに局所的な極大を有するが、この極大は、ロータブレードの中間領域にはなく、特記すべき勾配をもつものでもない。特にそのような経過曲線は、中間領域に分割箇所を有する二分割式のロータブレードにおいて適しているとも言えない。

図４の両方の曲線で示されているように、ロータブレード付根部から中間領域への直線的な厚さ経過形態も有利である。曲線１０４のロータブレードはもたないそのような直線的な経過形態は、構造的に有利である。そのようなロータブレードは、良好に製造可能であり、均等な応力経過を有する。更に外部から負荷がかかる場合には、比較的均等な変形を期待することできる。そのような直線的な経過形態は、図示の実施形態のためにだけに限らず、基本的に有利である。直線的な厚さ経過形態は、ロータブレードの全長の５％から２５％までの領域、好ましくは５％から３５％までの領域、特にロータブレード付根部から中間領域に至るまでの領域において提案される。

曲線１０６による相対的な断面厚さの経過曲線は、ロータブレード付根部の領域においてほぼ５２％のところから始まっている。引き続き、相対的な断面厚さの値は、規格化されたロータ半径が０.２に至るまで、ほぼ４２.５％へと減少する。その後、相対的な断面厚さは、ほぼ一定に経過し、即ち特記すべき勾配をもたない。この領域は、数学的な意味において鞍点（あんてん）と称することもできる。規格化されたロータ半径がほぼ０.３のところから、相対的な断面厚さは、極めて単調に低下する。

ロータブレード付根部の領域において、図示された複数の実施例の相対的な断面厚さの経過曲線は、１００％のところでは始まっていないが、それに対し、他の既知のロータブレード付根部では１００％のところで始まるであろう。その際にはロータブレード付根部の領域において断面深さと断面厚さはほぼ同一である。ところが図示された経過曲線は、４０％と５０％の間のところから始まっている。このことは、特にロータブレード付根部の領域における渦流形成に関し、空気力学的な利点をもたらし、該渦流形成は、そのような断面形状により抑制され、少なくとも減少される。

図３は、ミリメートル単位のロータ半径（グラフでは単に「半径」と表記）に対し、ミリメートル単位の断面深さ（グラフでは単に「深さ」と表記）が表わされたグラフを示している。断面深さは、５００ｍｍごとの間隔で０ｍｍから６０００ｍｍまで表示されている。ロータ半径は、５０００ｍｍごとの間隔で０ｍｍから６００００ｍｍまで表示されている。図３では、２つの曲線２００及び２０２を見ることができ、この際、曲線２００は、本発明による一実施例の断面深さの経過曲線を示している。曲線２０２は、それに対する比較として他のロータブレードの経過曲線を示している。曲線２００は、エネルコン社の型番Ｅ−１１５による風力発電装置の断面深さの経過曲線を示している。

２つの曲線２００、２０２は、ロータブレード付根部においてほぼ同じ断面深さで始まっている。この断面深さは、５５００ｍｍと６０００ｍｍの間の範囲内にある。その後、両方の曲線２００、２０２は、ロータ半径が２００００ｍｍと２５０００ｍｍの間で断面深さが３０００ｍｍと３５００ｍｍの間の範囲内に達するまで減少する。その後、曲線２００の断面深さは、曲線２０２の断面深さよりも明らかに大きく減少している。つまり例えばロータ半径が２５４００ｍｍのところで曲線２００の断面深さは、既に２５００ｍｍであり、それに対して曲線２０２の断面深さは、まだ３０００ｍｍである。ロータ半径が３５０００ｍｍのところで曲線２００の断面深さは、ほぼ１５５０ｍｍであり、それに対して曲線２０２の断面深さは、まだ２５００ｍｍである。羽根先端部の領域、即ちロータ半径が５５０００ｍｍから６００００ｍｍまでの範囲内で初めて断面深さは、再びほぼ同様に減少する。

図４は、図３の断面深さに関し、各々、ミリメートル単位のロータ半径（グラフでは単に「半径」と表記）に対し、ミリメートル単位の断面深さ（グラフでは単に「深さ」と表記）が表わされたグラフを示している。断面厚さは、２００ｍｍごとの間隔で０ｍｍから２８００ｍｍまで表示されている。ロータ半径は、５０００ｍｍごとの間隔で０ｍｍから６００００ｍｍまで表示されている。２つの曲線３００及び３０２が示されており、この際、曲線３００は、本発明による一実施例の断面厚さの経過曲線を示しており、曲線３０２は、それに対する比較として他のロータブレードの断面厚さの経過曲線を示している。曲線３００は、エネルコン社の型番Ｅ−１１５による風力発電装置の断面厚さの経過曲線を示している。

図３及び図４の曲線２００或いは曲線３００のロータブレードは、ロータブレード付根部とロータブレード先端部との間にある中間領域において、相対的な断面厚さの局所的な極大を有する。

図５は、基礎部４０３に建設されたタワー４０２を有する風力発電装置（風力エネルギー設備）４００を示している。基礎部４０３とは反対側の上端部には、ロータ４０５を有するナセル４０４（動力室：タービンルーム）が設けられており、前記ロータ４０５は、実質的にロータハブ４０６と、該ロータハブ４０６に取り付けられた３つのロータブレード４０７、４０８、４０９とから構成される。ロータ４０５は、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーへ変換するためにナセル４０４の内部に設けられた発電機と連結されている。ナセル４０４は（水平方向において）回転可能な状態でタワー４０２に支承されており、タワー４０２の基礎部４０３は、必要な構造的安定性を提供する。

図６は、一実施例のロータブレード５００を、その全長Ｉにわたり、即ち０％から１００％までの範囲にわたり側面図として示している。ロータブレード５００は、一方の端部においてロータブレード付根部５０４を有し、それとは反対側の端部においてロータブレード先端部５０７を有する。ロータブレード先端部５０７は、結合領域５０５においてロータブレードの残りの部分と結合されている。ロータブレード５００は、ロータブレード付根部５０４において大きな断面深さを有する。それに対して結合領域５０５及びロータブレード先端部５０７において断面深さは、遥かに小さくなっている。断面深さは、断面付根部５０４と称することもできるロータブレード付根部５０４から出発し、中間領域５０６に至るまで明らかに減少している。中間領域５０６（例えばロータブレードの全長の３０％から６０％までの範囲、或いはそれよりも広いないし狭い範囲であってもよい）には、分割箇所を設けることができる（非図示）。中間領域５０６から結合領域５０５に至るまで、断面深さは、ほぼ一定である。

ロータブレード５００は、ロータブレード付根部５０４の領域において、二分割式の形態を有する。従ってロータブレード５００は、基本輪郭部５０９を有し、該基本輪郭部５０９には、ロータブレード付根部５０４の領域において、ロータブレード５００のロータブレード深さを増加させるための別の追加部分５０８が配設されている。この際、追加部分５０８は、例えば基本輪郭部５０９に接着固定されている。そのような二分割式の形態は、設置場所への輸送時の操作性をより簡単にし、またより簡単に製造することが可能である。

更に図６では、ハブ結合領域５１０を見ることができる。ロータブレード５００は、ハブ結合領域５１０を介してロータハブへ結合される。

図７は、図６のロータブレード５００の別の側面図を示している。基本輪郭部５０９と、ロータブレード断面深さを増加させるための追加部分５０８と、中間領域５０６と、ロータブレード付根部５０４と、ハブ結合領域５１０と、ロータブレード先端部５０７への結合領域５０５とを有するロータブレード５００を見ることができる。ロータブレード先端部５０７は、所謂ウイングレット（翼端板 Winglet）として構成されている。それによりロータブレード先端部５０７における渦流が減少される。

１ ロータブレード
２ 断面厚さ
３ 断面深さ
４ ロータブレード付根部
５ 結合領域
６ 中間領域

１００ 従来技術の経過曲線（E-70）
１０２ 従来技術の経過曲線（E-82）
１０３ 本発明の経過曲線（E-92）
１０４ 従来技術の経過曲線（E-101）
１０５ 本発明の経過曲線（E-115）
１０６ 従来技術の経過曲線（E-126）

２００ 本発明の経過曲線（E-115）
２０２ 比較用の経過曲線
３００ 本発明の経過曲線（E-115）
３０２ 比較用の経過曲線

４００ 風力発電装置
４０２ タワー
４０３ 基礎部
４０４ ナセル
４０５ ロータ
４０６ ロータハブ
４０７ ロータブレード
４０８ ロータブレード
４０９ ロータブレード

５００ ロータブレード
５０４ ロータブレード付根部
５０５ 結合領域
５０６ 中間領域
５０７ ロータブレード先端部
５０８ 追加部分
５０９ 基本輪郭部
５１０ ハブ結合領域

Claims (9)

1. 風力発電装置のロータブレードであって、
   ロータハブにロータブレード（１）を結合するためのロータブレード付根部（４）と、該ロータブレード付根部（４）とは反対側に配設されたロータブレード先端部とを有し、
   前記ロータブレード付根部（４）から前記ロータブレード先端部までを０％から１００％として測定した前記ロータブレード（１）の全長の３０％から６０％までに対応する範囲に対して中間領域（６）が定められており、
   断面深さ（３）に対する断面厚さ（２）の比率として定義される相対的な断面厚さが、前記ロータブレード付根部（４）と前記ロータブレード先端部との間にある前記中間領域（６）において局所的な極大を有すること
   を特徴とするロータブレード。
2. 前記局所的な極大の相対的な断面厚さは、３５％から５０％までの値であること
   を特徴とする、請求項１に記載のロータブレード。
3. 前記ロータブレード（１）は、前記局所的な極大の領域において、１５００ｍｍから３５００ｍｍまでの断面深さ（３）を有すること
   を特徴とする、請求項１又は２に記載のロータブレード。
4. 前記ロータブレード（１）は、第１ロータブレード部分と第２ロータブレード部分とから構成されており、
   前記第１ロータブレード部分は、前記ロータブレード付根部（４）を有し、前記第２ロータブレード部分は、前記ロータブレード先端部を有し、
   前記第１ロータブレード部分と前記第２ロータブレード部分とは、所定の分割箇所において互いに結合されており、
   前記分割箇所は、前記ロータブレード付根部（４）と前記ロータブレード先端部との間にある前記中間領域（６）、及び／又は前記局所的な極大の領域に配設されていること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロータブレード。
5. 前記ロータブレード（１）は、７から１０までの範囲内の周速比になるよう設計されていること
   を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータブレード。
6. 前記ロータブレード（１）は、前記ロータブレード（１）の全長の９０％から９５％までの範囲内において、前記ロータブレード付根部（４）の領域における断面深さ（３）の５％から１５％までに対応する断面深さ（３）を有すること、及び／又は、
   前記ロータブレード（１）は、前記ロータブレード（１）の全長の５％から２５％まで直線的な厚さ経過形態を有すること
   を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロータブレード。
7. 前記ロータブレード（１）は、前記ロータブレード付根部（４）において、少なくとも３９００ｍｍの断面深さ（３）を有し、及び／又は、前記ロータブレード付根部（４）から出発し、全長の９０％から９５％の範囲内において、最大で１０００ｍｍの断面深さ（３）を有すること
   を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータブレード。
8. 前記ロータブレード（１）は、前記中間領域（６）において、前記ロータブレード付根部（４）の領域における断面深さの２０％から３０％までに対応する断面深さを有すること
   を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のロータブレード。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のロータブレード（１）を少なくとも１つ備えた風力発電装置。

Images