(57)【要約】【課題】風力発電装置用ロータブレードをピッチング軸受に対する荷重に関して改善する。【解決手段】風力発電装置用のロータブレードは、翼根部及び翼端部と、風力発電装置のロータハブにロータブレードを結合するための翼根部側に配置されたフランジ（７）と、ロータブレードの迎角（β）の調節のためのピッチング軸受（９ｂ、９ａ）とを有する。ロータブレードはピッチングされない支持体（１１）を有し、支持体（１１）にはフランジ（７）が形成されており、ピッチング軸受（９ｂ、９ａ）は支持体（１１）に結合されておりかつフランジ（７）から翼端部（５）の方向に離隔されている。支持体（１１）は、ロータブレードが風力発電装置に組付けられた状態においてピッチング軸（Ｐ）がフランジ（７）よりも風力発電装置のタワー軸（Ｔ）からより大きく離隔するようピッチング軸（Ｐ）に対し斜めに配向された部分を、ピッチング軸受（９ｂ、９ａ）とフランジ（７）との間に有する。【選択図】図３
2019518160.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置用のロータブレードであって、
翼根部及び翼端部（５）と、
風力発電装置のロータハブにロータブレードを結合するための翼根部側に配置されたフランジ（７）と、
ロータブレードの迎角（β）の調節のためのピッチング軸受（９ｂ、９ａ）と
を有し、
ロータブレードはピッチングされない支持体（１１）を有し、支持体（１１）にはフランジ（７）が形成されており、ピッチング軸受（９ｂ、９ａ）は支持体（１１）に結合されておりかつフランジ（７）から翼端部（５）の方向に離隔されており、
支持体（１１）は、ロータブレードが風力発電装置に組付けられた状態においてピッチング軸（Ｐ）がフランジ（７）よりも風力発電装置のタワー軸（Ｔ）からより大きく離隔するようピッチング軸（Ｐ）に対し斜めに配向された部分を、ピッチング軸受（９ｂ、９ａ）とフランジ（７）との間に有する、
ロータブレード。
【請求項２】
請求項１に記載のロータブレードにおいて、
ロータブレードは、更に、風がその周囲を流れる空気力学的ブレード表面が形成されている外部構造体（１３）を有し、外部構造体（１３）は、ピッチング軸受（９ｂ、９ａ）によって、ピッチング軸（Ｐ）の周りで回動可能に支持体（１１）に軸受け支持されている、
ロータブレード。
【請求項３】
請求項２に記載のロータブレードにおいて、
ピッチング軸受は、外部構造体（１３）と支持体（１１）との間のアキシャル荷重、ラジアル荷重及び傾斜モーメントを受容するただ１つの軸受（９ａ）を有する、
ロータブレード。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のロータブレードにおいて、
ピッチング軸受は、少なくともアキシャル荷重を、有利にはアキシャル荷重及びラジアル荷重を、とりわけ好ましくはアキシャル荷重、ラジアル荷重及び傾斜モーメントを受容する第１軸受（９ａ）と、付加的に、少なくともラジアル荷重を受容する支持軸受としての第２軸受（９ｂ）を有する、
ロータブレード。
【請求項５】
請求項４に記載のロータブレードにおいて、
第１軸受（９ａ）は、第２軸受（９ｂ）よりもフランジから大きく離隔されている、
ロータブレード。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載のロータブレードにおいて、
ロータブレードは、翼端部（５）の方向に翼根部（３）から離隔されたピッチング面（Ｅ、Ｅ２）を有し、
ロータブレードは、ピッチング面に沿って非ピッチング部分（１３ｃ）とピッチング部分（１３ａ）とに分割される、
ロータブレード。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載のロータブレードにおいて、
外部構造体（１３ａ）と支持体（１１）との間にオーバーラップ領域（１３ｂ）が形成されている、
ロータブレード。
【請求項８】
請求項７に記載のロータブレードにおいて、
外部構造体（１３ａ）には、ピッチング軸受（９ａ）によって回動可能に支持体（１１）に軸受け支持されているシャフト状端部（１４）が配されている、
ロータブレード。
【請求項９】
請求項７に記載のロータブレードにおいて、
支持体（１１）は、外部構造体（１３ａ）の内部に配されている、
ロータブレード。
【請求項１０】
請求項１〜９の何れかに記載の、とりわけ請求項９に記載のロータブレードにおいて、
翼根部（３）と外部構造体（１３ａ）との間においてほぼピッチング面（Ｅ）にまで延在するブレードカバー（１６）が配設されている、
ロータブレード。
【請求項１１】
発電機、有利には同期発電機と、発電機を駆動するために発電機と連結されているロータハブ（１０６）と、ロータハブ（１０６）を駆動するためにロータハブ（１０６）に結合された１つ又は複数のロータブレード（１、１’）とを有する風力発電装置であって、
ロータブレード（１、１’）が請求項１〜１０の何れかに応じて構成されている、
風力発電装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の風力発電装置において、
各ロータブレード（１、１’、１’’）には、ギアに噛合する駆動ピニオンを備えたピッチング駆動装置が夫々１つ割り当てられている、
風力発電装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の風力発電装置において、
ギアは、外部構造体又は外部構造体に配されたシャフト状端部に、又はピッチング軸受に直接的に、配されており、有利にはピッチング軸受の軸受リングに形成されている、
風力発電装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の風力発電装置において、
ギアは、６０°〜２７０°の間の、有利には９０°〜１８０°の間の角度領域に沿って形成されている、
風力発電装置。
【請求項１５】
請求項１２〜１４の何れかに記載の風力発電装置において、
ギアは、複数の並置されたセグメントを有する、
風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、翼根部及び翼端部と、ロータハブにロータブレードを結合するための翼根部側に配置されたフランジと、ロータブレードの迎角の調節のための及びブレード荷重を受容するためのピッチング軸受とを有する、風力発電装置用のロータブレードに関する。
【０００２】
本発明は、更に、発電機、有利には同期発電機と、発電機を駆動するために発電機と連結されているロータハブと、ロータハブを駆動するためにロータハブに結合された１つ又は複数のロータブレードとを有する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
上記のタイプのロータブレードないしロータブレードアレンジメントは一般的に既知である。ブレード荷重（負荷）とは、ロータブレードの自重によって及び作用する風の負荷によって引き起こされる力（複数）として理解されるものである。既知のロータブレードアレンジメントの場合、通常、ピッチング軸受は翼根部に直接的に配置されており、この場合、ピッチング軸受は、第１軸受リングによって直接的に又はフランジを介してロータハブに結合され、他方の側では、第２軸受リングによってロータブレードに結合される。ピッチング軸受の外部側又は内部側を介して、又は更なる要素を介して、ロータブレード全体が風に対するその迎角についてピッチング軸受において直接的に調節される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現代の風力発電装置はますます大型化している。現行のロータブレードのブレード長は今や５０メートルのメルクマールを明白に超えている。これと同時に現れる大きな質量のために及びロータブレードに作用する大きな力のために、ピッチング軸受もそれに応じて大きな荷重を受ける。この荷重は、ラジアル力（荷重）、アキシャル力（荷重）及び傾斜モーメント（傾きトルク）を含む。これによって、大きな軸受摩擦（Lagerreibung）が生じる。ピッチング運動を駆動するためには、大きな摩擦及び大きな質量のために、大きな駆動力（複数）が必要である。
【０００６】
更に認められることは、ロータブレードのロータハブへの取り付けは大きなコストを伴うことであり、これはロータブレードをロータハブに正確に設置するためにはロータハブは精密に加工されなければならないからであるが、このことはロータハブの大きな構造複雑性のために困難であることが判明することもある。
【０００７】
大型風力発電装置について一般的に生じる更なる問題は、必要的自由距離（Freigang）、即ち、ロータブレードの回転面と風力発電装置タワーのタワー表面との間の水平距離である。大抵のタワーは部分的に僅かに円錐状に構成されているため、最大ロータブレード長は制限されている。
【０００８】
上記の知見に基づき、既知のロータブレードを改善するための要求がある。
【０００９】
それゆえ、本発明の課題は、技術水準（既知技術）に認められる上記の欠点を可及的に大幅に克服することにある。とりわけ、本発明の課題は、ロータブレードアレンジメントをピッチング軸受に対する荷重に関して改善すること、更にとりわけロータブレードアレンジメントのための及びそのようなロータブレードアレンジメントを有する風力発電装置のためのコスト削減を全体として可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、冒頭に掲げたタイプの風力発電装置用ロータブレードにおいて、ロータブレードがフランジが形成されている支持体を有し、ピッチング軸受が支持体に結合されておりかつフランジから翼端部の方向に離隔されていることによって、その課題を解決する。本発明は、風の力のためにピッチング軸受に対して作用する傾斜モーメント（傾きトルク：Kippmomente）が生成する軸受摩耗（Lagerverschleiss）及び軸受摩擦の主原因であり、従ってピッチング軸受及びピッチング駆動装置の必然的大寸法化の主原因であるという知見に基づく。これから出発して、本発明は、ピッチング軸受に作用する結果として生じる傾斜モーメントを低減することを目的とする。本発明は、ピッチング軸受が翼端部の方向にフランジから離隔されて配置されることによって、この目的を達成する。かくして、実質的に２つの面モーメント（Flaechenmomente）がピッチング軸受に作用する；一方は、ピッチング軸受から翼端部の方向に延伸する面（に作用する）力（Flaechenkraft）に起因する面モーメントである。他方、ピッチング軸受に対しては、ピッチング軸受と翼根部との間の面力に起因する対抗モーメント（Gegenmoment）が他方向（逆方向）に作用する。これら２つのモーメントは部分的に相殺されるため、結果として生じる傾斜モーメント（これはピッチング軸受に作用する）は、ピッチング軸受がロータブレードの内側端部に翼根側に配置されている既知の解決策と比べて顕著に低減される。これにより一連の利点が得られる。結果として生じる傾斜モーメントはより小さくなるため、より小さい寸法のピッチング軸受を使用することができ、これにより、風力発電装置タワーによって支持され、ロータブレード（複数）が取り付けられるナセルの質量は減少する。ピッチング軸受のサイズはより小さくなるため、迎角の調節のために動かす必要がある質量はより小さくなり、軸受回転抵抗（軸受摩擦）もより小さくなり、そのため、より小さい寸法のピッチング駆動装置の使用も可能になる。このため、本発明の風力発電装置用ロータブレード及び風力発電装置の製造及び調達（Anschaffung）のコストは、全体として、減少される。
【００１２】
本発明に応じ、支持体は、ロータブレードが風力発電装置に組付けられた状態においてピッチング軸がフランジよりも風力発電装置のタワー軸からより大きく離隔するようピッチング軸に対し斜めに（角度をなして）配向された支持体軸を、ピッチング軸受とフランジとの間に有する。そのような実施形態のロータブレードはピッチング面に折れ目（Knick）を有するということができる。外部構造体は、その折れ目のために、ブレード軸受面に円錐角を有する従来のロータブレードが突出するであろうよりも、ナセルから前方により大きく突出する。かくして、ロータブレードと風力発電装置のタワーとの間の自由距離（間隔）は大きくなり、そのため、従来よりもより長いロータブレードの使用が可能になる。ピッチング軸と支持体軸との間の角度は、有利には１°〜１５°の範囲であり、更に有利には２°〜１０°の範囲であり、とりわけ有利には３°〜５°の範囲である。
【００１３】
支持体は、本発明に応じ、例えばコーン状又はシャフト状に形成され、有利には少なくとも部分的に多角形状又はシリンダ（円筒ないし円柱）状の横断面を有する構造部材として理解されるものである。有利には、支持体は、少なくとも部分的に円錐台（切頭円錐）状に構成される。
【００１４】
本発明の枠内において、フランジとピッチング軸受との間の距離についていえば、当該距離は０．５ｍ以上の範囲の距離として理解されるべきものである。好ましい実施形態では、該距離は５ｍ以上、とりわけ好ましくは１０ｍ以上である。本発明は、ロータブレードが、更に、風がその周囲を流れる空気力学的ブレード表面が形成されている外部構造体を有し、外部構造体が、ピッチング軸受によって、ピッチング軸の周りで回動可能に支持体に軸受け支持されていることによって、有利に発展的に構成される。これにより、安定性を図るために、ロータハブに静止的に（固定的に）結合され非可動的な（動かされない）支持体を完全に構成することができるが、その理由は、空気力学的機能が主として外部構造体によって担われるからである。使用される軸受機構ないしシステム（Lagerung）に依存して、荷重（負荷）は支持体に伝達され、更に（ロータ）ハブに伝達される。そのため、荷重は支持体によっても担われる。
【００１５】
尤も、代替的に又は付加的に、支持体もその外周面が、運転時に風がその周囲を流れる場合には、空気力学的に構成されることができる。
【００１６】
本発明の好ましい一実施形態では、ピッチング軸受は、外部構造体と支持体との間のアキシャル荷重、ラジアル荷重及び曲げ荷重（Biegebelastungen）を受容する（吸収する）ただ１つの軸受（装置）を有する。そのような軸受（装置）は、有利には、モーメント軸受（Momentenlager）として、又は、とりわけ複列型の、４点軸受として構成される。
【００１７】
好ましい代替的一実施形態では、ピッチング軸受は、少なくともアキシャル荷重を、有利には少なくともアキシャル荷重及びラジアル荷重を、とりわけ好ましくはアキシャル荷重、ラジアル荷重及び傾斜モーメントを受容する（吸収する）第１軸受と、付加的に、ラジアル荷重を受容する（吸収する）支持軸受（Stuetzlager）としての第２軸受を有する。軸受コンセプト（Lagerungskonzept）に依存して、第２軸受は、とりわけ固定・浮動・軸受・ソルーション（Fest-Los-Lager-Loesung）の場合及び支持軸受機構（Stuetzlagerung）（Ｏ配置又はＸ配置：O-Anordnung oder X-Anordnung）の場合、ラジアル荷重もアキシャル荷重も受容するよう構成されている。
【００１８】
更なる好ましい一実施形態では、第２軸受は、ラジアル荷重を受容するための滑面として構成されている。滑面は、例えば銅合金又はホワイトメタル製のストライプ（帯状物）をそれぞれ配することによって、有利には支持体に及び／又は（ロータ）ブレードに形成される。滑面の平均粗さ（ラフネス）Ｒａは、有利には、例えばＩＳＯ ２５１７８：２００９に応じて決定される、Ｒａ≦１．０μｍの範囲にある。そのような一実施形態では、第１軸受は、有利にはモーメント軸受又は４点軸受であり、又は、代替的に、従来の固定軸受機構（Festlagerung）又は固定軸受機構と浮動軸受機構（Loslagerung）の組み合わせであり、他方、支持軸受としての第２軸受は、例えばラジアル軸受とすることができる。
【００１９】
第１軸受と第２軸受とを有する上記の実施形態についていえば、第１軸受は、上に定義したように、フランジから離隔（されて配置）されている軸受である。第２軸受は、第１軸受よりも、翼根部のより近くに配置されている。有利には、第２軸受は、フランジ面から０．５ｍ未満の距離のところに配置されており、とりわけ好ましくはフランジ面に直接配置される。
【００２０】
更なる好ましい一実施形態では、ロータブレードは、翼端部の方向に翼根部から離隔（されて配置）されたピッチング面を有し、及び、ロータブレードは、ピッチング面に沿って非ピッチング部分とピッチング部分とに分割される。この実施形態によって、一方では、支持体と外部構造体の並置が可能になり、その際、支持体は、ロータブレードの回転運動に関し、風力発電装置の半径方向内方に、すなわちハブ側に、配置されており、その半径方向外方には、外部構造体がピッチング軸受を介して取り付けられる。
【００２１】
第１の好ましい実施形態では、外部構造体はピッチング軸受のインナーリングと結合されている。この構成では、例えば、ピッチング軸受によって受容されかつ支持体の内側において軸受け支持されるシャフト状端部が外部構造体に結合されることができる。シャフト状端部は、有利には、モータ駆動式のピッチング駆動装置によって、外部構造体のピッチ角の調節のために、直接的に又はピッチング軸受のインナーリングによって、駆動される。支持体は、この実施形態では、シャフト状端部が嵌入する中空体であり、有利には、ロータブレードの外側表面の一部分を有する（構成する）。
【００２２】
第２の代替的実施形態では、外部構造体は、ピッチング軸受のアウターリングと結合している。この実施形態によって、外部構造体と支持体との間に、支持体が外部構造体の内部に配置されているオーバーラップ領域を形成することが可能になる。そのような実施形態では、オーバーラップ領域の翼根部を指向する側の端部は、ピッチング面を定義する（規定する）。オーバーラップ領域では、外部構造体は、いわばハウジングのように支持体の上方に（外側に）配され、該支持体を覆う（カバーする）。オーバーラップ領域は、ほぼ翼根部にまで延在することが可能であり、そのような実施形態では、（ロータ）ブレードは、外側から観察すると、翼根部においてピッチングが行われる従来の軸受のように機能するが、実際には、モーメントの釣り合い（平衡化）のために、摩擦は顕著により小さくなり、従って、ピッチングのために必要な力もより小さくなる。この実施形態は、更なる利点も有する：支持体が人間等が移動できる程に十分な寸法に構成されている場合、ロータブレードは、組付けられた状態において、内部から少なくともピッチング面にまで人間等によって移動されることができる。このことは、軽量構造のために、しばしば繊維複合材料で製造される従来のロータブレードの場合、必ずしも可能ではない。しかしながら、支持体は、（人間等の）移動によって引き起こされるであろう機械的荷重に対し、軽量に構成された外部構造体を保護する。
【００２３】
有利には、外部構造体は多部分的に（複数の部分から）構成されており、ピッチング軸受から、とりわけピッチング軸受の第１軸受から翼端部にまで延在する第１部分と、ピッチング軸受から、とりわけピッチング軸受の第１軸受からピッチング面にまで延在する第２部分とを有する。とりわけ好ましくは、外部構造体の第１部分と第２部分は、（第１）ピッチング軸受の回動リング、とりわけアウターリングによって互いに結合されるが、この結合は例えば、第１部分と第２部分が、ピッチング軸受のアウターリングの対向する端面（上下面）において夫々ピッチング軸受に結合されることによって行われる。とりわけ好ましくは、外部構造体の第２部分は、フランジ面の近くにまで延在する。
【００２４】
更なる好ましい一実施形態では、ロータブレードは、翼根部と外部構造体との間においてほぼピッチング面にまで延在する、とりわけオーバーラップ領域に境を接する、ピッチングされないブレードカバー（ブレードアウターシェル：Blattverkleidung）を有する。
【００２５】
そのようなブレードカバーは、有利には、ロータブレードが取り付けられた状態において所定の迎角範囲について可及的に減少された流れ抵抗と可及的に小さい乱流形成を保証するために、同様に空気力学的に最適化されるよう構成されることができる。ブレードカバーは、支持体と構造的に結合することも可能であり、或いは、支持体と一体的に構成されることも可能であろう。
【００２６】
本発明は、更に、冒頭に記載したタイプの風力発電装置において、ロータブレードが上記の好ましい実施形態の何れかに応じて構成されることによって、その課題を解決する。ピッチング軸受とピッチング駆動装置の負荷（荷重）はより小さいため、信頼性の大きい運転を期待できると同時に、風力発電装置のコストの削減を期待できる。本発明の風力発電装置の更なる利点及び好ましい実施形態に関しては、ロータブレードについての上記の説明が参照される。
【００２７】
本発明に応じた風力発電装置は、有利には、各ロータブレードに、ギア（ないしギア歯部：Verzahnung）に噛合する駆動ピニオンを備えたピッチング駆動装置が夫々１つ割り当てられることによって、発展的に構成される。
【００２８】
ギアは、有利には、外部構造体又は外部構造体に配されたシャフト状端部に、又はピッチング軸受の１つの軸受のないしピッチング軸受の複数の軸受の１つの可動軸受リングに直接的に、配される。有利には、ギアは軸受リングに形成される。
【００２９】
ギアは、有利には、６０°〜２７０°の間の、有利には９０°〜１８０°の間の角度領域に沿って形成される。
【００３０】
更に有利には、ギアは、上記の角度領域を一緒にカバーする複数の並置された（相接して並列的に配置された）セグメントを有する。
【００３１】
本発明は以下において好ましい実施例に基づき添付の図面を参照して詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施例における風力発電装置の模式図。
【図２ａ】第１実施例に応じたロータブレードを有する図１の風力発電装置の部分図。
【図２ｂ】第２実施例に応じたロータブレードを有する図１の風力発電装置の部分図。
【図３】本発明に応じたロータブレードを有する好ましい一実施例に応じた本発明の風力発電装置の一例。
【実施例】
【００３３】
図１は、タワー１０２とナセル１０４とを有する風力発電装置１００の一例を示す。ナセル１０４には、３つのロータブレード１とスピナ１１０とを有するロータハブ１０６が配されている。ロータハブ１０６は、運転時、風によって回転運動し、それによって、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００３４】
図２ａは、図１に応じたロータブレード１を部分的断面図で模式的に示す。ロータブレード１は翼根部３と翼端部５を有する。翼根側の端部に、ロータブレード１は、ロータハブ１０６に結合するためのフランジ７を有する。
【００３５】
ロータブレード１はピッチング軸受９ａを有する。ピッチング軸受９ａはフランジ７から距離Ａ１のところに離隔（されて）配置されている。ピッチング軸受９ａは有利にはモーメント軸受又は（複列型）４点軸受として構成される。ピッチング軸受９ａは内側軸受リング（インナーリング）によって支持体１１に固定されている。支持体１１はフランジ７を有し、ロータハブ１０６に固定的に結合されている。ピッチング軸受９ａは、そのアウターリングにおいて、外部構造体１３に固定的に結合しているため、外部構造体１３は支持体１１に対し相対的にピッチング軸受９ａによって回動可能に軸受け支持されている。ピッチング軸受９ａはピッチング軸Ｐを定義（規定）する。このピッチング軸Ｐの周りで、ロータブレード１ないしその外部構造体１３は角度βだけ迎角を調節することができる。
【００３６】
好ましい一代替例では、ピッチング軸受機構ないしシステム（Pitchlagerung）は、フランジ７から距離Ａ２のところにおいて支持体１１に配置されており、かつ、外部構造体１３を追加的に支持する支持軸受９ｂを有する。
【００３７】
外部構造体１３は有利には均一な（一様な）部分として構成され、領域１３ｂには、支持体１１と外部構造体１３との間のオーバーラップ領域が形成される。好ましい一代替例では、外部構造体１３は多部分的に（複数の部分から）構成され、互いに結合されているか又は夫々軸受９ａによって互いに結合されている第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを有する。
【００３８】
外部構造体１３と支持体１１との間のオーバーラップの領域において、ピッチング面は、オーバーラップが形成されている限りにおいて、フランジ７の方向に翼根部３へ（その位置が）移動する。図２ａの図示の実施例では、ピッチング面は、領域１３ａ及び１３ｂが回動する仮想の均一な外部構造体１３の場合、Ｅ２で示される位置にあるであろう。
【００３９】
本発明のピッチング軸受機構の機能については、ピッチング軸受機構がピッチング軸受９ａのみを有することを前提として以下に説明する：ロータブレードに対し、一方では、外部構造体の領域１３ａにおいて、力Ｆ２が作用し、領域１３ｂにおいて、力Ｆ１が作用する。力Ｆ１はピッチング軸受９ａについての（を支点とする）レバーアーム（Hebelarm）ｌ１を有し、力Ｆ２はピッチング軸受９ａについての（を支点とする）レバーアームｌ２を有する。結果として生じる傾斜モーメント（傾きトルク）は、方程式Ｍ＝Ｆ２×ｌ２−Ｆ１×ｌ１によって与えられる。これに対し、ピッチング軸受機構がフランジ７に直接的に配置されているとすれば、結果として生じる傾斜モーメント（傾きトルク）は、顕著により大きいであろう：この場合、モーメント（トルク）は、力Ｆ１とその（作用点の）フランジからの距離の積と力Ｆ２とその（作用点の）フランジからの距離の積との和で与えられるであろう。この場合に風力発電装置に生じるモーメントは、本発明に応じて生じる傾斜モーメントより４倍より大きいであろうことが直ちに理解できる。
【００４０】
ロータブレード１の安定性は、付加的なピッチング軸受９ｂの使用によって付加的に（更に）改善される。
【００４１】
図２ｂは、風力発電装置１００’のためのロータブレード１’の図２ａの実施例に対する代替的な一実施例を示す。領域１３ａのみが外部構造体として機能するこの実施例では、支持体１１は内部に位置するのではなく、外部に位置する中空体として構成され、有利には、外部において、ピッチング面Ｅと翼根部との間のブレードカバー１６として機能する。外部構造体１３ａは、支持体１１（内）において回動可能に軸受け支持される（軸支される）シャフト状端部１４を有する。領域１３ａは、ロータブレードのピッチング部分（ピッチングされる部分）であり、他方、ピッチング面Ｅとフランジ７との間には非ピッチング部分（ピッチングされない部分）１３ｃが形成されている。
【００４２】
図２ａ、２ｂに示した実施例では、ピッチング軸Ｐは、翼根部３の中心から翼端部５の中心にまで延伸するロータブレードの長手軸にほぼ相当する。
【００４３】
図３に示した実施例は、状態（構造）が少々異なる。図３には同様に本発明に応じた風力発電装置１００”の一例が記載されているが、図２の記載とは異なるロータブレード１”を備えている。ロータブレード１”は、同様に、翼根部３と翼端部５とを有する。フランジ７は、支持体１１に形成されており、ロータハブ１０６と結合している。ロータブレード１”の外部構造体１３は、同様に、ピッチング軸Ｐの周りで角度βだけ調節可能である。ロータブレード１”は、ピッチング軸受機構（不図示）によってピッチング面Ｅにおいてピッチング部分１３ａと非ピッチング部分１３ｃとに分割されているが、オーバーラップ（領域）は存在しないため、非ピッチング部分は支持体１１によって特徴付けられ、ピッチング部分は外部構造体１３によって特徴付けられる。
【００４４】
図２の記載との本質的な相違は、支持体軸Ｚを有する支持体１１がその支持体軸Ｚに関してピッチング軸Ｐに対し相対的に角度αだけ斜めに（角度をなして）配向されており、その結果、外部構造体１３とピッチング軸Ｐは、ロータブレード１”の翼根部側の端部にあるフランジ７よりも、風力発電装置１００”のタワー１０２の垂直軸Ｔからより大きく離隔されて位置していることである。この角度αによって、ロータブレード１”は、風力発電装置１００”のタワー１０２の垂直軸Ｔからより大きく引き離され、かくして、タワー自由距離Ｆは、ロータブレードの長さが同じであれば、大きくなり、ないしは、ロータブレード１”は、要求される（定められた）最小の自由距離に達するまでより長く構成されることができる。更に、本発明に応じた構造によって、図面参照符号１０４’によって示されている、極めてコンパクトなナセルないし機械室サイズが達成される。
【００４５】
上記の説明から分かる通り、本発明に応じた各側面に従うことにより、その機能により荷重（負荷）状況が改善された風力発電装置を達成することができる。
【図１】
2019518160.tif 000003
【図２ａ】
2019518160.tif 000004
【図２ｂ】
2019518160.tif 000005
【図３】
2019518160.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成31年1月16日(2019.1.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力発電装置用のロータブレードであって、
翼根部及び翼端部（５）と、
風力発電装置のロータハブにロータブレードを結合するための翼根部側に配置されたフランジ（７）と、
ロータブレードの迎角（β）の調節のためのピッチング軸受（９ｂ、９ａ）と
を有し、
ロータブレードはピッチングされない支持体（１１）を有し、支持体（１１）にはフランジ（７）が形成されており、ピッチング軸受（９ｂ、９ａ）は支持体（１１）に結合されておりかつフランジ（７）から翼端部（５）の方向に離隔されており、
支持体（１１）は、ロータブレードが風力発電装置に組付けられた状態においてピッチング軸（Ｐ）がフランジ（７）よりも風力発電装置のタワー軸（Ｔ）からより大きく離隔するようピッチング軸（Ｐ）に対し斜めに配向された部分を、ピッチング軸受（９ｂ、９ａ）とフランジ（７）との間に有する、
ロータブレード。
【請求項２】
請求項１に記載のロータブレードにおいて、
ロータブレードは、更に、風がその周囲を流れる空気力学的ブレード表面が形成されている外部構造体（１３）を有し、外部構造体（１３）は、ピッチング軸受（９ｂ、９ａ）によって、ピッチング軸（Ｐ）の周りで回動可能に支持体（１１）に軸受け支持されている、
ロータブレード。
【請求項３】
請求項２に記載のロータブレードにおいて、
ピッチング軸受は、外部構造体（１３）と支持体（１１）との間のアキシャル荷重、ラジアル荷重及び傾斜モーメントを受容するただ１つの軸受（９ａ）を有する、
ロータブレード。
【請求項４】
請求項１又は２に記載のロータブレードにおいて、
ピッチング軸受は、少なくともアキシャル荷重を受容する第１軸受（９ａ）と、付加的に、少なくともラジアル荷重を受容する支持軸受としての第２軸受（９ｂ）を有する、
ロータブレード。
【請求項５】
請求項４に記載のロータブレードにおいて、
第１軸受（９ａ）は、第２軸受（９ｂ）よりもフランジから大きく離隔されている、
ロータブレード。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載のロータブレードにおいて、
ロータブレードは、翼端部（５）の方向に翼根部（３）から離隔されたピッチング面（Ｅ、Ｅ２）を有し、
ロータブレードは、ピッチング面に沿って非ピッチング部分（１３ｃ）とピッチング部分（１３ａ）とに分割される、
ロータブレード。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載のロータブレードにおいて、
外部構造体（１３ａ）と支持体（１１）との間にオーバーラップ領域（１３ｂ）が形成されている、
ロータブレード。
【請求項８】
請求項７に記載のロータブレードにおいて、
外部構造体（１３ａ）には、ピッチング軸受（９ａ）によって回動可能に支持体（１１）に軸受け支持されているシャフト状端部（１４）が配されている、
ロータブレード。
【請求項９】
請求項７に記載のロータブレードにおいて、
支持体（１１）は、外部構造体（１３ａ）の内部に配されている、
ロータブレード。
【請求項１０】
請求項６に記載のロータブレードにおいて、
翼根部（３）と外部構造体（１３ａ）との間においてほぼピッチング面（Ｅ）にまで延在するブレードカバー（１６）が配設されている、
ロータブレード。
【請求項１１】
発電機と、発電機を駆動するために発電機と連結されているロータハブ（１０６）と、ロータハブ（１０６）を駆動するためにロータハブ（１０６）に結合された１つ又は複数のロータブレード（１、１’）とを有する風力発電装置であって、
ロータブレード（１、１’）が請求項１〜１０の何れかに応じて構成されている、
風力発電装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の風力発電装置において、
各ロータブレード（１、１’、１’’）には、ギアに噛合する駆動ピニオンを備えたピッチング駆動装置が夫々１つ割り当てられている、
風力発電装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の風力発電装置において、
ギアは、外部構造体又は外部構造体に配されたシャフト状端部に、又はピッチング軸受に直接的に、配されている、
風力発電装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の風力発電装置において、
ギアは、６０°〜２７０°の間の角度領域に沿って形成されている、
風力発電装置。
【請求項１５】
請求項１２〜１４の何れかに記載の風力発電装置において、
ギアは、複数の並置されたセグメントを有する、
風力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、翼根部及び翼端部と、ロータハブにロータブレードを結合するための翼根部側に配置されたフランジと、ロータブレードの迎角の調節のための及びブレード荷重を受容するためのピッチング軸受とを有する、風力発電装置用のロータブレードに関する。
【０００２】
本発明は、更に、発電機、有利には同期発電機と、発電機を駆動するために発電機と連結されているロータハブと、ロータハブを駆動するためにロータハブに結合された１つ又は複数のロータブレードとを有する風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
上記のタイプのロータブレードないしロータブレードアレンジメントは一般的に既知である。ブレード荷重（負荷）とは、ロータブレードの自重によって及び作用する風の負荷によって引き起こされる力（複数）として理解されるものである。既知のロータブレードアレンジメントの場合、通常、ピッチング軸受は翼根部に直接的に配置されており、この場合、ピッチング軸受は、第１軸受リングによって直接的に又はフランジを介してロータハブに結合され、他方の側では、第２軸受リングによってロータブレードに結合される。ピッチング軸受の外部側又は内部側を介して、又は更なる要素を介して、ロータブレード全体が風に対するその迎角についてピッチング軸受において直接的に調節される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ ２０１３／３３０１９４ Ａ１
【特許文献２】ＤＥ １０ ２０１４ ２０３５０８ Ａ１
【特許文献３】ＤＥ １０ ２００８ ０３７６０５ Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現代の風力発電装置はますます大型化している。現行のロータブレードのブレード長は今や５０メートルのメルクマールを明白に超えている。これと同時に現れる大きな質量のために及びロータブレードに作用する大きな力のために、ピッチング軸受もそれに応じて大きな荷重を受ける。この荷重は、ラジアル力（荷重）、アキシャル力（荷重）及び傾斜モーメント（傾きトルク）を含む。これによって、大きな軸受摩擦（Lagerreibung）が生じる。ピッチング運動を駆動するためには、大きな摩擦及び大きな質量のために、大きな駆動力（複数）が必要である。
【０００６】
更に認められることは、ロータブレードのロータハブへの取り付けは大きなコストを伴うことであり、これはロータブレードをロータハブに正確に設置するためにはロータハブは精密に加工されなければならないからであるが、このことはロータハブの大きな構造複雑性のために困難であることが判明することもある。
【０００７】
大型風力発電装置について一般的に生じる更なる問題は、必要的自由距離（Freigang）、即ち、ロータブレードの回転面と風力発電装置タワーのタワー表面との間の水平距離である。大抵のタワーは部分的に僅かに円錐状に構成されているため、最大ロータブレード長は制限されている。
【０００８】
上記の知見に基づき、既知のロータブレードを改善するための要求がある。
【０００９】
それゆえ、本発明の課題は、技術水準（既知技術）に認められる上記の欠点を可及的に大幅に克服することにある。とりわけ、本発明の課題は、ロータブレードアレンジメントをピッチング軸受に対する荷重に関して改善すること、更にとりわけロータブレードアレンジメントのための及びそのようなロータブレードアレンジメントを有する風力発電装置のためのコスト削減を全体として可能にすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一視点により、風力発電装置用のロータブレードが提供される。ロータブレードは、
翼根部及び翼端部と、
風力発電装置のロータハブにロータブレードを結合するための翼根部側に配置されたフランジと、
ロータブレードの迎角の調節のためのピッチング軸受と
を有する。
ロータブレードはピッチングされない支持体を有し、支持体にはフランジが形成されており、ピッチング軸受は支持体に結合されておりかつフランジから翼端部の方向に離隔されている。
支持体は、ロータブレードが風力発電装置に組付けられた状態においてピッチング軸がフランジよりも風力発電装置のタワー軸からより大きく離隔するようピッチング軸に対し斜めに配向された部分を、ピッチング軸受とフランジとの間に有する（形態１・基本構成）。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、冒頭に掲げたタイプの風力発電装置用ロータブレードにおいて、ロータブレードがフランジが形成されている支持体を有し、ピッチング軸受が支持体に結合されておりかつフランジから翼端部の方向に離隔されていることによって、その課題を解決する。本発明は、風の力のためにピッチング軸受に対して作用する傾斜モーメント（傾きトルク：Kippmomente）が生成する軸受摩耗（Lagerverschleiss）及び軸受摩擦の主原因であり、従ってピッチング軸受及びピッチング駆動装置の必然的大寸法化の主原因であるという知見に基づく。これから出発して、本発明は、ピッチング軸受に作用する結果として生じる傾斜モーメントを低減することを目的とする。本発明は、ピッチング軸受が翼端部の方向にフランジから離隔されて配置されることによって、この目的を達成する。かくして、実質的に２つの面モーメント（Flaechenmomente）がピッチング軸受に作用する；一方は、ピッチング軸受から翼端部の方向に延伸する面（に作用する）力（Flaechenkraft）に起因する面モーメントである。他方、ピッチング軸受に対しては、ピッチング軸受と翼根部との間の面力に起因する対抗モーメント（Gegenmoment）が他方向（逆方向）に作用する。これら２つのモーメントは部分的に相殺されるため、結果として生じる傾斜モーメント（これはピッチング軸受に作用する）は、ピッチング軸受がロータブレードの内側端部に翼根側に配置されている既知の解決策と比べて顕著に低減される。これにより一連の利点が得られる。結果として生じる傾斜モーメントはより小さくなるため、より小さい寸法のピッチング軸受を使用することができ、これにより、風力発電装置タワーによって支持され、ロータブレード（複数）が取り付けられるナセルの質量は減少する。ピッチング軸受のサイズはより小さくなるため、迎角の調節のために動かす必要がある質量はより小さくなり、軸受回転抵抗（軸受摩擦）もより小さくなり、そのため、より小さい寸法のピッチング駆動装置の使用も可能になる。このため、本発明の風力発電装置用ロータブレード及び風力発電装置の製造及び調達（Anschaffung）のコストは、全体として、減少される。
【００１２】
本発明に応じ、支持体は、ロータブレードが風力発電装置に組付けられた状態においてピッチング軸がフランジよりも風力発電装置のタワー軸からより大きく離隔するようピッチング軸に対し斜めに（角度をなして）配向された支持体軸を、ピッチング軸受とフランジとの間に有する。そのような実施形態のロータブレードはピッチング面に折れ目（Knick）を有するということができる。外部構造体は、その折れ目のために、ブレード軸受面に円錐角を有する従来のロータブレードが突出するであろうよりも、ナセルから前方により大きく突出する。かくして、ロータブレードと風力発電装置のタワーとの間の自由距離（間隔）は大きくなり、そのため、従来よりもより長いロータブレードの使用が可能になる。ピッチング軸と支持体軸との間の角度は、有利には１°〜１５°の範囲であり、更に有利には２°〜１０°の範囲であり、とりわけ有利には３°〜５°の範囲である。
【００１３】
支持体は、本発明に応じ、例えばコーン状又はシャフト状に形成され、有利には少なくとも部分的に多角形状又はシリンダ（円筒ないし円柱）状の横断面を有する構造部材として理解されるものである。有利には、支持体は、少なくとも部分的に円錐台（切頭円錐）状に構成される。
【００１４】
本発明の枠内において、フランジとピッチング軸受との間の距離についていえば、当該距離は０．５ｍ以上の範囲の距離として理解されるべきものである。好ましい実施形態では、該距離は５ｍ以上、とりわけ好ましくは１０ｍ以上である。本発明は、ロータブレードが、更に、風がその周囲を流れる空気力学的ブレード表面が形成されている外部構造体を有し、外部構造体が、ピッチング軸受によって、ピッチング軸の周りで回動可能に支持体に軸受け支持されていることによって、有利に発展的に構成される。これにより、安定性を図るために、ロータハブに静止的に（固定的に）結合され非可動的な（動かされない）支持体を完全に構成することができるが、その理由は、空気力学的機能が主として外部構造体によって担われるからである。使用される軸受機構ないしシステム（Lagerung）に依存して、荷重（負荷）は支持体に伝達され、更に（ロータ）ハブに伝達される。そのため、荷重は支持体によっても担われる。
【００１５】
尤も、代替的に又は付加的に、支持体もその外周面が、運転時に風がその周囲を流れる場合には、空気力学的に構成されることができる。
【００１６】
本発明の好ましい一実施形態では、ピッチング軸受は、外部構造体と支持体との間のアキシャル荷重、ラジアル荷重及び曲げ荷重（Biegebelastungen）を受容する（吸収する）ただ１つの軸受（装置）を有する。そのような軸受（装置）は、有利には、モーメント軸受（Momentenlager）として、又は、とりわけ複列型の、４点軸受として構成される。
【００１７】
好ましい代替的一実施形態では、ピッチング軸受は、少なくともアキシャル荷重を、有利には少なくともアキシャル荷重及びラジアル荷重を、とりわけ好ましくはアキシャル荷重、ラジアル荷重及び傾斜モーメントを受容する（吸収する）第１軸受と、付加的に、ラジアル荷重を受容する（吸収する）支持軸受（Stuetzlager）としての第２軸受を有する。軸受コンセプト（Lagerungskonzept）に依存して、第２軸受は、とりわけ固定・浮動・軸受・ソルーション（Fest-Los-Lager-Loesung）の場合及び支持軸受機構（Stuetzlagerung）（Ｏ配置又はＸ配置：O-Anordnung oder X-Anordnung）の場合、ラジアル荷重もアキシャル荷重も受容するよう構成されている。
【００１８】
更なる好ましい一実施形態では、第２軸受は、ラジアル荷重を受容するための滑面として構成されている。滑面は、例えば銅合金又はホワイトメタル製のストライプ（帯状物）をそれぞれ配することによって、有利には支持体に及び／又は（ロータ）ブレードに形成される。滑面の平均粗さ（ラフネス）Ｒａは、有利には、例えばＩＳＯ ２５１７８：２００９に応じて決定される、Ｒａ≦１．０μｍの範囲にある。そのような一実施形態では、第１軸受は、有利にはモーメント軸受又は４点軸受であり、又は、代替的に、従来の固定軸受機構（Festlagerung）又は固定軸受機構と浮動軸受機構（Loslagerung）の組み合わせであり、他方、支持軸受としての第２軸受は、例えばラジアル軸受とすることができる。
【００１９】
第１軸受と第２軸受とを有する上記の実施形態についていえば、第１軸受は、上に定義したように、フランジから離隔（されて配置）されている軸受である。第２軸受は、第１軸受よりも、翼根部のより近くに配置されている。有利には、第２軸受は、フランジ面から０．５ｍ未満の距離のところに配置されており、とりわけ好ましくはフランジ面に直接配置される。
【００２０】
更なる好ましい一実施形態では、ロータブレードは、翼端部の方向に翼根部から離隔（されて配置）されたピッチング面を有し、及び、ロータブレードは、ピッチング面に沿って非ピッチング部分とピッチング部分とに分割される。この実施形態によって、一方では、支持体と外部構造体の並置が可能になり、その際、支持体は、ロータブレードの回転運動に関し、風力発電装置の半径方向内方に、すなわちハブ側に、配置されており、その半径方向外方には、外部構造体がピッチング軸受を介して取り付けられる。
【００２１】
第１の好ましい実施形態では、外部構造体はピッチング軸受のインナーリングと結合されている。この構成では、例えば、ピッチング軸受によって受容されかつ支持体の内側において軸受け支持されるシャフト状端部が外部構造体に結合されることができる。シャフト状端部は、有利には、モータ駆動式のピッチング駆動装置によって、外部構造体のピッチ角の調節のために、直接的に又はピッチング軸受のインナーリングによって、駆動される。支持体は、この実施形態では、シャフト状端部が嵌入する中空体であり、有利には、ロータブレードの外側表面の一部分を有する（構成する）。
【００２２】
第２の代替的実施形態では、外部構造体は、ピッチング軸受のアウターリングと結合している。この実施形態によって、外部構造体と支持体との間に、支持体が外部構造体の内部に配置されているオーバーラップ領域を形成することが可能になる。そのような実施形態では、オーバーラップ領域の翼根部を指向する側の端部は、ピッチング面を定義する（規定する）。オーバーラップ領域では、外部構造体は、いわばハウジングのように支持体の上方に（外側に）配され、該支持体を覆う（カバーする）。オーバーラップ領域は、ほぼ翼根部にまで延在することが可能であり、そのような実施形態では、（ロータ）ブレードは、外側から観察すると、翼根部においてピッチングが行われる従来の軸受のように機能するが、実際には、モーメントの釣り合い（平衡化）のために、摩擦は顕著により小さくなり、従って、ピッチングのために必要な力もより小さくなる。この実施形態は、更なる利点も有する：支持体が人間等が移動できる程に十分な寸法に構成されている場合、ロータブレードは、組付けられた状態において、内部から少なくともピッチング面にまで人間等によって移動されることができる。このことは、軽量構造のために、しばしば繊維複合材料で製造される従来のロータブレードの場合、必ずしも可能ではない。しかしながら、支持体は、（人間等の）移動によって引き起こされるであろう機械的荷重に対し、軽量に構成された外部構造体を保護する。
【００２３】
有利には、外部構造体は多部分的に（複数の部分から）構成されており、ピッチング軸受から、とりわけピッチング軸受の第１軸受から翼端部にまで延在する第１部分と、ピッチング軸受から、とりわけピッチング軸受の第１軸受からピッチング面にまで延在する第２部分とを有する。とりわけ好ましくは、外部構造体の第１部分と第２部分は、（第１）ピッチング軸受の回動リング、とりわけアウターリングによって互いに結合されるが、この結合は例えば、第１部分と第２部分が、ピッチング軸受のアウターリングの対向する端面（上下面）において夫々ピッチング軸受に結合されることによって行われる。とりわけ好ましくは、外部構造体の第２部分は、フランジ面の近くにまで延在する。
【００２４】
更なる好ましい一実施形態では、ロータブレードは、翼根部と外部構造体との間においてほぼピッチング面にまで延在する、とりわけオーバーラップ領域に境を接する、ピッチングされないブレードカバー（ブレードアウターシェル：Blattverkleidung）を有する。
【００２５】
そのようなブレードカバーは、有利には、ロータブレードが取り付けられた状態において所定の迎角範囲について可及的に減少された流れ抵抗と可及的に小さい乱流形成を保証するために、同様に空気力学的に最適化されるよう構成されることができる。ブレードカバーは、支持体と構造的に結合することも可能であり、或いは、支持体と一体的に構成されることも可能であろう。
【００２６】
本発明は、更に、冒頭に記載したタイプの風力発電装置において、ロータブレードが上記の好ましい実施形態の何れかに応じて構成されることによって、その課題を解決する。ピッチング軸受とピッチング駆動装置の負荷（荷重）はより小さいため、信頼性の大きい運転を期待できると同時に、風力発電装置のコストの削減を期待できる。本発明の風力発電装置の更なる利点及び好ましい実施形態に関しては、ロータブレードについての上記の説明が参照される。
【００２７】
本発明に応じた風力発電装置は、有利には、各ロータブレードに、ギア（ないしギア歯部：Verzahnung）に噛合する駆動ピニオンを備えたピッチング駆動装置が夫々１つ割り当てられることによって、発展的に構成される。
【００２８】
ギアは、有利には、外部構造体又は外部構造体に配されたシャフト状端部に、又はピッチング軸受の１つの軸受のないしピッチング軸受の複数の軸受の１つの可動軸受リングに直接的に、配される。有利には、ギアは軸受リングに形成される。
【００２９】
ギアは、有利には、６０°〜２７０°の間の、有利には９０°〜１８０°の間の角度領域に沿って形成される。
【００３０】
更に有利には、ギアは、上記の角度領域を一緒にカバーする複数の並置された（相接して並列的に配置された）セグメントを有する。
【００３１】
ここに、本発明の好ましい形態を示す。
（形態１）上記基本構成参照。
（形態２）形態１のロータブレードにおいて、ロータブレードは、更に、風がその周囲を流れる空気力学的ブレード表面が形成されている外部構造体を有し、外部構造体は、ピッチング軸受によって、ピッチング軸の周りで回動可能に支持体に軸受け支持されていることが好ましい。
（形態３）形態２のロータブレードにおいて、ピッチング軸受は、外部構造体と支持体との間のアキシャル荷重、ラジアル荷重及び傾斜モーメントを受容するただ１つの軸受を有することが好ましい。
（形態４）形態１又は２のロータブレードにおいて、ピッチング軸受は、少なくともアキシャル荷重を受容する第１軸受と、付加的に、少なくともラジアル荷重を受容する支持軸受としての第２軸受を有することが好ましい。
（形態５）形態４のロータブレードにおいて、第１軸受は、第２軸受よりもフランジから大きく離隔されていることが好ましい。
（形態６）形態１〜５の何れかのロータブレードにおいて、ロータブレードは、翼端部の方向に翼根部から離隔されたピッチング面を有し、
ロータブレードは、ピッチング面に沿って非ピッチング部分とピッチング部分とに分割されることが好ましい。
（形態７）形態１〜６の何れかのロータブレードにおいて、外部構造体と支持体との間にオーバーラップ領域が形成されていることが好ましい。
（形態８）形態７のロータブレードにおいて、外部構造体には、ピッチング軸受によって回動可能に支持体に軸受け支持されているシャフト状端部が配されていることが好ましい。
（形態９）形態７のロータブレードにおいて、支持体は、外部構造体の内部に配されていることが好ましい。
（形態１０）形態６のロータブレードにおいて、翼根部と外部構造体との間においてほぼピッチング面にまで延在するブレードカバーが配設されていることが好ましい。
（形態１１）発電機と、発電機を駆動するために発電機と連結されているロータハブと、ロータハブを駆動するためにロータハブに結合された１つ又は複数のロータブレードとを有する風力発電装置も有利に提供される。風力発電装置において、ロータブレードは形態１〜１０の何れかに応じて構成されていることが好ましい。
（形態１２）形態１１の風力発電装置において、各ロータブレードには、ギアに噛合する駆動ピニオンを備えたピッチング駆動装置が夫々１つ割り当てられていることが好ましい。
（形態１３）形態１２の風力発電装置において、ギアは、外部構造体又は外部構造体に配されたシャフト状端部に、又はピッチング軸受に直接的に、配されていることが好ましい。
（形態１４）形態１２又は１３の風力発電装置において、ギアは、６０°〜２７０°の間の角度領域に沿って形成されていることが好ましい。
（形態１５）形態１２〜１４の何れかの風力発電装置において、ギアは、複数の並置されたセグメントを有することが好ましい。
本発明は以下において好ましい実施例に基づき添付の図面を参照して詳細に説明される。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照符号は専ら発明の理解を助けるためのものに過ぎず、本発明を図示の態様に限定することは意図していない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施例における風力発電装置の模式図。
【図２ａ】第１実施例に応じたロータブレードを有する図１の風力発電装置の部分図。
【図２ｂ】第２実施例に応じたロータブレードを有する図１の風力発電装置の部分図。
【図３】本発明に応じたロータブレードを有する好ましい一実施例に応じた本発明の風力発電装置の一例。
【実施例】
【００３３】
図１は、タワー１０２とナセル１０４とを有する風力発電装置１００の一例を示す。ナセル１０４には、３つのロータブレード１とスピナ１１０とを有するロータハブ１０６が配されている。ロータハブ１０６は、運転時、風によって回転運動し、それによって、ナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００３４】
図２ａは、図１に応じたロータブレード１を部分的断面図で模式的に示す。ロータブレード１は翼根部３と翼端部５を有する。翼根側の端部に、ロータブレード１は、ロータハブ１０６に結合するためのフランジ７を有する。
【００３５】
ロータブレード１はピッチング軸受９ａを有する。ピッチング軸受９ａはフランジ７から距離Ａ１のところに離隔（されて）配置されている。ピッチング軸受９ａは有利にはモーメント軸受又は（複列型）４点軸受として構成される。ピッチング軸受９ａは内側軸受リング（インナーリング）によって支持体１１に固定されている。支持体１１はフランジ７を有し、ロータハブ１０６に固定的に結合されている。ピッチング軸受９ａは、そのアウターリングにおいて、外部構造体１３に固定的に結合しているため、外部構造体１３は支持体１１に対し相対的にピッチング軸受９ａによって回動可能に軸受け支持されている。ピッチング軸受９ａはピッチング軸Ｐを定義（規定）する。このピッチング軸Ｐの周りで、ロータブレード１ないしその外部構造体１３は角度βだけ迎角を調節することができる。
【００３６】
好ましい一代替例では、ピッチング軸受機構ないしシステム（Pitchlagerung）は、フランジ７から距離Ａ２のところにおいて支持体１１に配置されており、かつ、外部構造体１３を追加的に支持する支持軸受９ｂを有する。
【００３７】
外部構造体１３は有利には均一な（一様な）部分として構成され、領域１３ｂには、支持体１１と外部構造体１３との間のオーバーラップ領域が形成される。好ましい一代替例では、外部構造体１３は多部分的に（複数の部分から）構成され、互いに結合されているか又は夫々軸受９ａによって互いに結合されている第１部分１３ａ及び第２部分１３ｂを有する。
【００３８】
外部構造体１３と支持体１１との間のオーバーラップの領域において、ピッチング面は、オーバーラップが形成されている限りにおいて、フランジ７の方向に翼根部３へ（その位置が）移動する。図２ａの図示の実施例では、ピッチング面は、領域１３ａ及び１３ｂが回動する仮想の均一な外部構造体１３の場合、Ｅ２で示される位置にあるであろう。
【００３９】
本発明のピッチング軸受機構の機能については、ピッチング軸受機構がピッチング軸受９ａのみを有することを前提として以下に説明する：ロータブレードに対し、一方では、外部構造体の領域１３ａにおいて、力Ｆ２が作用し、領域１３ｂにおいて、力Ｆ１が作用する。力Ｆ１はピッチング軸受９ａについての（を支点とする）レバーアーム（Hebelarm）ｌ１を有し、力Ｆ２はピッチング軸受９ａについての（を支点とする）レバーアームｌ２を有する。結果として生じる傾斜モーメント（傾きトルク）は、方程式Ｍ＝Ｆ２×ｌ２−Ｆ１×ｌ１によって与えられる。これに対し、ピッチング軸受機構がフランジ７に直接的に配置されているとすれば、結果として生じる傾斜モーメント（傾きトルク）は、顕著により大きいであろう：この場合、モーメント（トルク）は、力Ｆ１とその（作用点の）フランジからの距離の積と力Ｆ２とその（作用点の）フランジからの距離の積との和で与えられるであろう。この場合に風力発電装置に生じるモーメントは、本発明に応じて生じる傾斜モーメントより４倍より大きいであろうことが直ちに理解できる。
【００４０】
ロータブレード１の安定性は、付加的なピッチング軸受９ｂの使用によって付加的に（更に）改善される。
【００４１】
図２ｂは、風力発電装置１００’のためのロータブレード１’の図２ａの実施例に対する代替的な一実施例を示す。領域１３ａのみが外部構造体として機能するこの実施例では、支持体１１は内部に位置するのではなく、外部に位置する中空体として構成され、有利には、外部において、ピッチング面Ｅと翼根部との間のブレードカバー１６として機能する。外部構造体１３ａは、支持体１１（内）において回動可能に軸受け支持される（軸支される）シャフト状端部１４を有する。領域１３ａは、ロータブレードのピッチング部分（ピッチングされる部分）であり、他方、ピッチング面Ｅとフランジ７との間には非ピッチング部分（ピッチングされない部分）１３ｃが形成されている。
【００４２】
図２ａ、２ｂに示した実施例では、ピッチング軸Ｐは、翼根部３の中心から翼端部５の中心にまで延伸するロータブレードの長手軸にほぼ相当する。
【００４３】
図３に示した実施例は、状態（構造）が少々異なる。図３には同様に本発明に応じた風力発電装置１００”の一例が記載されているが、図２の記載とは異なるロータブレード１”を備えている。ロータブレード１”は、同様に、翼根部３と翼端部５とを有する。フランジ７は、支持体１１に形成されており、ロータハブ１０６と結合している。ロータブレード１”の外部構造体１３は、同様に、ピッチング軸Ｐの周りで角度βだけ調節可能である。ロータブレード１”は、ピッチング軸受機構（不図示）によってピッチング面Ｅにおいてピッチング部分１３ａと非ピッチング部分１３ｃとに分割されているが、オーバーラップ（領域）は存在しないため、非ピッチング部分は支持体１１によって特徴付けられ、ピッチング部分は外部構造体１３によって特徴付けられる。
【００４４】
図２の記載との本質的な相違は、支持体軸Ｚを有する支持体１１がその支持体軸Ｚに関してピッチング軸Ｐに対し相対的に角度αだけ斜めに（角度をなして）配向されており、その結果、外部構造体１３とピッチング軸Ｐは、ロータブレード１”の翼根部側の端部にあるフランジ７よりも、風力発電装置１００”のタワー１０２の垂直軸Ｔからより大きく離隔されて位置していることである。この角度αによって、ロータブレード１”は、風力発電装置１００”のタワー１０２の垂直軸Ｔからより大きく引き離され、かくして、タワー自由距離Ｆは、ロータブレードの長さが同じであれば、大きくなり、ないしは、ロータブレード１”は、要求される（定められた）最小の自由距離に達するまでより長く構成されることができる。更に、本発明に応じた構造によって、図面参照符号１０４’によって示されている、極めてコンパクトなナセルないし機械室サイズが達成される。
【００４５】
上記の説明から分かる通り、本発明に応じた各側面に従うことにより、その機能により荷重（負荷）状況が改善された風力発電装置を達成することができる。
【００４６】
以下に、本発明の態様を付記する。
（付記１）風力発電装置用のロータブレード。ロータブレードは、
翼根部及び翼端部と、
風力発電装置のロータハブにロータブレードを結合するための翼根部側に配置されたフランジと、
ロータブレードの迎角の調節のためのピッチング軸受と
を有する。
ロータブレードはピッチングされない支持体を有し、支持体にはフランジが形成されており、ピッチング軸受は支持体に結合されておりかつフランジから翼端部の方向に離隔されている。
支持体は、ロータブレードが風力発電装置に組付けられた状態においてピッチング軸がフランジよりも風力発電装置のタワー軸からより大きく離隔するようピッチング軸に対し斜めに配向された部分を、ピッチング軸受とフランジとの間に有する。
（付記２）上記のロータブレードにおいて、ロータブレードは、更に、風がその周囲を流れる空気力学的ブレード表面が形成されている外部構造体を有し、外部構造体は、ピッチング軸受によって、ピッチング軸の周りで回動可能に支持体に軸受け支持されている。
（付記３）上記のロータブレードにおいて、ピッチング軸受は、外部構造体と支持体との間のアキシャル荷重、ラジアル荷重及び傾斜モーメントを受容するただ１つの軸受を有する。
（付記４）上記のロータブレードにおいて、ピッチング軸受は、少なくともアキシャル荷重を、有利にはアキシャル荷重及びラジアル荷重を、とりわけ好ましくはアキシャル荷重、ラジアル荷重及び傾斜モーメントを受容する第１軸受と、付加的に、少なくともラジアル荷重を受容する支持軸受としての第２軸受を有する。
（付記５）上記のロータブレードにおいて、第１軸受は、第２軸受よりもフランジから大きく離隔されている。
（付記６）上記のロータブレードにおいて、ロータブレードは、翼端部の方向に翼根部から離隔されたピッチング面を有し、
ロータブレードは、ピッチング面に沿って非ピッチング部分とピッチング部分とに分割される。
（付記７）上記のロータブレードにおいて、外部構造体と支持体との間にオーバーラップ領域が形成されている。
（付記８）上記のロータブレードにおいて、外部構造体には、ピッチング軸受によって回動可能に支持体に軸受け支持されているシャフト状端部が配されている。
（付記９）上記のロータブレードにおいて、支持体は、外部構造体の内部に配されている。
（付記１０）上記のロータブレードにおいて、翼根部と外部構造体との間においてほぼピッチング面にまで延在するブレードカバーが配設されている。
（付記１１）発電機、有利には同期発電機と、発電機を駆動するために発電機と連結されているロータハブと、ロータハブを駆動するためにロータハブに結合された１つ又は複数のロータブレードとを有する風力発電装置。風力発電装置において、ロータブレードは付記１〜１０の何れかに応じて構成されている。
（付記１２）上記の風力発電装置において、各ロータブレードには、ギアに噛合する駆動ピニオンを備えたピッチング駆動装置が夫々１つ割り当てられている。
（付記１３）上記の風力発電装置において、ギアは、外部構造体又は外部構造体に配されたシャフト状端部に、又はピッチング軸受に直接的に、配されており、有利にはピッチング軸受の軸受リングに形成されている。
（付記１４）上記の風力発電装置において、ギアは、６０°〜２７０°の間の、有利には９０°〜１８０°の間の角度領域に沿って形成されている。
（付記１５）上記の風力発電装置において、ギアは、複数の並置されたセグメントを有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２ａ】
2019518160.tif 000007
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２ｂ】
2019518160.tif 000008
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
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【国際調査報告】
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2019518160.tif 000012
2019518160.tif 000013
2019518160.tif 000014
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