(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータブレード（２０，１０８，２００）がロータハブに固定されている内側部分（２５，２５０）と、
ロータブレード先端（２１）を有する外側部分（２４，２４０）と、
を備える風力発電装置−ロータブレードであって、
内側部分（２５，２５０）には、截頭された後縁（２３，６３，６３０）を備えるフラットバックプロフィール（２６，６６，４６，４６０）が少なくとも部分的に設けられており、該フラットバックプロフィール（２６，６６，４６，４６０）の外側に、ロータブレード（２０，１０８，２００）における後流を能動的にコントロールするための少なくとも１つの通流コントロールユニット（３３，５３，５４，７９，８１）が設けられており、
該通流コントロールユニット（３３，５３，５４，７９，８１）は、長手軸を備える少なくとも１つのシリンダ状本体を有し、該少なくとも１つのシリンダ状本体は、前記長手軸を中心に回転可能であり、
少なくとも１つの通流コントロールユニット（３３，５３，５４，７９，８１）は、前記截頭された後縁（２３，６３，６３０）に設けられている、風力発電装置−ロータブレード。
【請求項２】
通流コントロールユニット（３３，５３，５４，７９，８１）は、第１の長手軸を備える少なくとも１つの第１のシリンダ状本体と、第２の長手軸を備える少なくとも１つの第２のシリンダ状本体とを有し、
少なくとも１つの第１のシリンダ状本体は第１の長手軸を中心にして、少なくとも１つの第２のシリンダ状本体は第２の長手軸を中心にして回転可能である、請求項１に記載の風力発電装置−ロータブレード。
【請求項３】
第１のシリンダ状本体と第２のシリンダ状本体は、フラットバックプロフィール（２６，６６，４６，４６０）の周囲を流れる気流を移動するためのコンベアベルト（７９，８１，７１２，７９０）によって接続されている、請求項２に記載の風力発電装置−ロータブレード。
【請求項４】
少なくとも１つのシリンダ状本体ないし第１および／または第２のシリンダ状本体は、通流方向におよび／または通流方向とは反対の方向に回転可能である、請求項２または３に記載の風力発電装置−ロータブレード。
【請求項５】
通流コントロールユニットは、ロータブレードに組み込まれている、請求項１から４のいずれか一項に記載の風力発電装置−ロータブレード。
【請求項６】
截頭された後縁（４３）は、第１のシリンダ状本体に対する第１の切欠部（４３ａ）と、第２のシリンダ状本体に対する第２の切欠部（４３ｂ）とを有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の風力発電装置−ロータブレード。
【請求項７】
少なくとも１つの通流コントロールユニット（３３，５３，５４，７９，８１）は、フラットバックプロフィール（２６，４６，６６，４６０）の翼上面（３１，５１，７１，５１０）および／または翼下面（３０，５０，７０，５００）に配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の風力発電装置−ロータブレード。
【請求項８】
フラットバックプロフィール（２６，４６，６６，４６０）には複数のシリンダ状本体がロータブレードの翼幅方向に配置されており、
該複数のシリンダ状本体は、少なくとも部分的に互いに異なる直径および／または互いに異なる長さを有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の風力発電装置−ロータブレード。
【請求項９】
複数のシリンダ状本体は、少なくとも部分的に互いに異なる回転数および／または回転方向で回転可能である、請求項８に記載の風力発電装置−ロータブレード。
【請求項１０】
ロータブレード（２０，１０８，２００）がロータハブに固定されている内側部分（２５，２５０）と、
ロータブレード先端（２１）を有する外側部分（２４，２４０）と、
を備える風力発電装置−ロータブレードであって、
内側部分（２５，２５０）には、根元領域（２５１）が設けられており、該根元領域は円形の断面（２５２）を有し、該円形の断面（２５２）の断面形状の外側に、ロータブレード（２０，１０８，２００）における後流を能動的にコントロールするための少なくとも１つの通流コントロールユニット（２５３）が設けられており、
該通流コントロールユニット（３３，５３，５４，７９，８１）は、長手軸を備える少なくとも１つのシリンダ状本体を有し、該少なくとも１つのシリンダ状本体は、前記長手軸を中心に回転可能である、風力発電装置−ロータブレード。
【請求項１１】
タワー（１０２）と、
該タワー（１０２）に回転可能に支承されたナセル（１０４）と、
該ナセル（１０４）に回転可能に支承されたロータ（１０６）と、
該ロータ（１０６）に固定された複数の風力発電装置−ロータブレード（２０，１０８，２００）と、を備え、
前記風力発電装置−ロータブレードの少なくとも１つは請求項１から１０のいずれか一項にしたがい構成されている、風力発電装置。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の風力発電装置−ロータブレード（２０，１０８，２００）の後流をコントロールする方法であって、
ロータブレード（２０，１０８，２００）に当たる気流を少なくとも１つの通流コントロールユニット（３３，５３，５４，７９，８１）によって移動し、これにより後流が縮小される、方法。
【請求項１３】
通流コントロールユニット（３３，５３，５４，７９，８１）は所定の周速度で回転する、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置−ロータブレード並びに風力発電装置に関する。さらに本発明は風力発電装置のロータブレードの後流（Stroemungsnachlau）をコントロールするための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電流形成のために使用される風力発電装置は一般に公知であり、例えば図１のように構成されている。ここで風からのロータの機械的な力の受け入れ（Leistungsaufnahme）は、とりわけロータブレードの構成に依存している。力の受け入れを高めることにより、風力発電装置の効率および出力が上昇する。風力発電装置の出力をさらに上昇させるための通常の対策は、ロータ直径を拡大することである。ロータ直径の増大と共に、通常は同様にハブ領域におけるロータブレードの翼弦長（Profiltiefen）も増大する。ここでロータ直径が大きい場合には翼弦長も、輸送の際に規定の最大輸送寸法および輸送ロジスティクスに関して問題が生じ得るほどに大きくなる。この問題を解決するために、いわゆるフラットバックプロフィール（Flatbackprofile）を使用することがすでに公知である。このようなプラットバックプロフィールとは、以下では、後縁が厚いため、すなわち截頭されているため翼弦長方向に短縮された翼プロフィールであると理解される。このようなフラットバックプロフィールにより、最大輸送寸法に関連するロジスティクスからの標準規格（Vorgaben）を考慮することができる。しかしこのようなフラットバックプロフィールの欠点は、翼プロフィールの揚力係数（Auftriebsbeiwert）が所定の相対的翼厚からは、同じ相対的翼厚ではあるが、テーパー状の、すなわち尖った後縁を備える従来の翼プロフィールよりも減少し、同時に抗力係数（Widerstandsbeiwert）が上昇することである。このことは、ロータブレードの空気力学的な能力係数（Leistungsbeiwert）の悪化を引き起こし、したがって風力発電装置の出力損失を引き起こす。
【０００３】
ロータブレードは周囲を流れる風を受ける。ここで周囲を流れることには摩擦が伴う。この摩擦は、ロータブレードの後方における気流の剥離された領域（Gebiet abgeloester Stroemung）、すなわちいわゆる後流の原因となる。後流には渦が形成され、これらの渦は風力発電装置の出力能力に影響する。後流および渦の数と大きさも、ここではロータブレードの翼プロフィールの構成に依存する。ここでは後流が僅かであることが風力発電装置の出力能力に対して好ましい。まさに上に記載したフラットバックプロフィールまたはロータハブの領域で部分的に使用されるような例えば円形の断面の場合には、大きな後流が発生し、相応して風力発電装置の大きな出力損失も発生する。
【０００４】
非特許文献１には、自転するローラを翼ないし翼プロフィールにおいて使用することが記載されている。ローラは通流方向に自転し、翼プロフィールの前縁、後縁および翼上面に設けることができる。
【０００５】
優先権の基礎となるドイツ特許出願においてドイツ特許商標庁は、以下の刊行物を調査した：DE 10 2013 204 879 A1, DE 101 52 449 A1, DE 10 2011 012 965 A1, DE 103 48 060 A1 および DE 10 2007 059 285 A1。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】DE 10 2013 204 879 A1
【特許文献２】DE 101 52 449 A1
【特許文献３】DE 10 2011 012 965 A1
【特許文献４】DE 103 48 060 A1
【特許文献５】DE 10 2007 059 285 A1
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"Moving surface boundary-layer control: A Review", V. J. Modi, Journal of Fluids and Structures (1997), Volume 11, pages 627 - 663
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって本発明の基礎とする課題は、前記問題の少なくとも１つに対処することである。とりわけフラットバックプロフィールまたは実質的に円形の断面を備えるロータブレードを有する風力発電装置の出力損失を格段に低減し、またはそれどころか回避する解決策を創出することが望まれる。少なくとも代わりの解決策を提案することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題を解決するために本発明によれば、請求項１による風力発電装置−ロータブレードが提案される。
即ち本発明の第１の視点により、ロータブレードがロータハブに固定されている内側部分と、ロータブレード先端を有する外側部分と、を備える風力発電装置−ロータブレードであって、内側部分には、截頭された後縁を備えるフラットバックプロフィールが少なくとも部分的に設けられており、該フラットバックプロフィールの外側に、ロータブレードにおける後流を能動的にコントロールするための少なくとも１つの通流コントロールユニットが設けられており、該通流コントロールユニットは、長手軸を備える少なくとも１つのシリンダ状本体を有し、該少なくとも１つのシリンダ状本体は、前記長手軸を中心に回転可能であり、少なくとも１つの通流コントロールユニットは、前記截頭された後縁に設けられている、風力発電装置−ロータブレードが提供される。
更に本発明の第２の視点により、ロータブレードがロータハブに固定されている内側部分と、ロータブレード先端を有する外側部分と、を備える風力発電装置−ロータブレードであって、内側部分には、根元領域が設けられており、該根元領域は円形の断面を有し、該円形の断面の断面形状の外側に、ロータブレードにおける後流を能動的にコントロールするための少なくとも１つの通流コントロールユニットが設けられており、該通流コントロールユニットは、長手軸を備える少なくとも１つのシリンダ状本体を有し、該少なくとも１つのシリンダ状本体は、前記長手軸を中心に回転可能である、風力発電装置−ロータブレードが提供される。
更に本発明の第３の視点により、タワーと、該タワーに回転可能に支承されたナセルと、該ナセルに回転可能に支承されたロータと、該ロータに固定された複数の風力発電装置−ロータブレードと、を備え、前記風力発電装置−ロータブレードの少なくとも１つは、前記第１の視点または前記第２の視点にしたがい構成されている、風力発電装置が提供される。
更に本発明の第４の視点により、前記風力発電装置−ロータブレードの後流をコントロールする方法であって、ロータブレードに当たる気流を少なくとも１つの通流コントロールユニットによって移動し、これにより後流が縮小される、方法が提供される。
本発明では以下の形態が可能である。
（形態１）ロータブレードがロータハブに固定されている内側部分と、ロータブレード先端）を有する外側部分と、を備える風力発電装置−ロータブレードであって、内側部分には、截頭された後縁を備えるフラットバックプロフィールが少なくとも部分的に設けられており、該フラットバックプロフィールには、ロータブレードにおいて後流をコントロールするための少なくとも１つの通流コントロールユニットが設けられており、該通流コントロールユニットは、長手軸を備える少なくとも１つのシリンダ状本体を有し、該少なくとも１つのシリンダ状本体は前記長手軸を中心に回転可能であり、少なくとも１つの通流コントロールユニットは、前記截頭された後縁に設けられている、風力発電装置−ロータブレードが提供される。
（形態２）通流コントロールユニットは、第１の長手軸を備える少なくとも１つの第１のシリンダ状本体と、第２の長手軸を備える少なくとも１つの第２のシリンダ状本体とを有し、少なくとも１つの第１のシリンダ状本体は第１の長手軸を中心にして、少なくとも１つの第２のシリンダ状本体は第２の長手軸を中心にして回転可能であることが好ましい。
（形態３）第１のシリンダ状本体と第２のシリンダ状本体は、フラットバックプロフィールの周囲を流れる気流を移動するためのコンベアベルトによって接続されていることが好ましい。
（形態４）少なくとも１つのシリンダ状本体ないし第１および／または第２のシリンダ状本体は、通流方向におよび／または通流方向とは反対の方向に回転可能であることが好ましい。
（形態５）通流コントロールユニットは、ロータブレードに組み込まれていることが好ましい。
（形態６）截頭された後縁は、第１のシリンダ状本体に対する第１の切欠部と、第２のシリンダ状本体に対する第２の切欠部とを有することが好ましい。
（形態７）少なくとも１つの通流コントロールユニットは、フラットバックプロフィールの翼上面および／または翼下面に設けられていることが好ましい。
（形態８）フラットバックプロフィールには複数のシリンダ状本体がロータブレードの翼幅方向に配置されており、該複数のシリンダ状本体は、少なくとも部分的に互いに異なる直径および／または互いに異なる長さを有することが好ましい。
（形態９）複数のシリンダ状本体は、少なくとも部分的に互いに異なる回転数および／または回転方向で回転可能であることが好ましい。
（形態１０）ロータブレードがロータハブに固定されている内側部分と、ロータブレード先端を有する外側部分と、を備える風力発電装置−ロータブレードであって、内側部分には根元領域が設けられており、該根元領域は実質的に円形の断面を有し、該実質的に円形の断面には、ロータブレードにおいて後流をコントロールするための少なくとも１つのコントロールユニットが設けられている、風力発電装置−ロータブレードが提供される。
（形態１１）タワーと、該タワーに回転可能に支承されたナセルと、該ナセルに回転可能に支承されたロータと、該ロータに固定された複数のロータブレードと、を備え、前記ロータブレードの少なくとも１つは形態１から１０のいずれか一にしたがい構成されている、風力発電装置が提供される。
（形態１２）形態１から１１のいずれか一に記載の風力発電装置−ロータブレードの後流をコントロールする方法であって、ロータブレードに当たる気流を少なくとも１つの通流コントロールユニットによって移動し、これにより後流が縮小される、方法が提供される。
（形態１３）コントロールユニットは所定の周速度で回転することが好ましい。
なお、特許請求の範囲に付記した図面参照番号はもっぱら理解を助けるためであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
ここでロータブレードは、ロータブレードがロータハブに固定されている内側部分と、ロータブレード先端を有する外側部分とを含む。内側部分は外側部分と固定可能である。ロータブレードは内側部分に、截頭された後縁を備える一フラットバックプロフィールを少なくとも部分的に有し、フラットバックプロフィールには、ロータブレードにおいて後流をコントロールするための少なくとも１つの通流コントロールユニットが設けられている。ここでロータブレードの内側部分は、ロータブレードの最大翼弦長を全体で有することができる。ここで内側部分は、とりわけロータブレード根元から、すなわちロータブレードハブへの接続領域からロータブレードの略中央に達している。
【００１１】
ロータブレードは、内側部分に少なくとも部分的にフラットバックプロフィールを有する。すなわち翼弦長方向に短縮されており、かつ厚い後縁を備える翼プロフィールを有する。ここで後縁の厚さは、好ましくは０．５ｍ超であり、とりわけ厚さは０．７ｍから５ｍの範囲にある。ここでこのようなフラットバックプロフィールは、有利には、最大輸送寸法に関するロジスティクスからの標準規格を考慮する。さらに構成部材の寸法に起因する負荷の場合において、強風による負荷の低減が、翼弦長の低減に基づいて考慮される。
【００１２】
風力発電装置の出力損失を引き起こさないようにするためにロータブレードは内側部分に、ロータブレードにおいて後流を能動的にコントロールするための少なくとも１つの通流コントロールユニットを有する。このようなコントロールユニットは、ロータブレード表面にある回転ないし運動する壁ないしエレメントの形に構成されている。回転ないし運動する壁により気流が、とりわけフラットバックプロフィールの後縁において運動ないし加速される。とりわけ気流は翼弦線（Profilsehne）の方向に偏向される。ここで翼弦線とは、前縁と後縁を通って延在する仮想の直線であると理解される。これにより後流の低減が、ロータブレードの一般的に上昇する揚力係数と低下される抗力係数によって達成される。有利には揚力係数の格段の増大は、気流剥離（Stroemungsabriss）の発生時における翼プロフィールの臨界的迎角（kritischer Anstellwinkel）の格段の上昇との組み合わせで達成することができる。したがって、このようなコントロールユニットをフラットバックプロフィールにおいて使用することによって、比較的に大きな翼弦長を備える従来の翼プロフィールの場合のような揚力係数を達成することができ、これによりブレード奥行きの低減により発生する風力発電装置の出力損失を回避することができる。さらにコントロールユニットを介してプロフィール特性、すなわち揚力係数および抗力係数に影響を与えることができる。これによりロータブレード設計および装置制御の際に新規の可能性が創出される。したがってフラットバックプロフィールと少なくとも１つのコントロールユニットとのこのような組み合わせは、フラットバックプロフィールの利点をロータブレードの従来の翼プロフィールの利点と組み合わせる。すなわち、ロータブレードの最大輸送寸法が維持され、同時に従来の翼プロフィールの場合と少なくとも同じ風力発電装置出力が維持される。
【００１３】
好ましくはコントロールユニットは、長手軸を備える少なくとも１つのシリンダ状本体を有し、少なくとも１つのシリンダ状本体は長手軸を中心に回転可能である（すなわち回転運動する壁を構成する）。少なくとも１つのシリンダ状本体がその長手軸を中心に回転運動することにより、この箇所の気流が運動ないし加速される（すなわち能動的に制御される）。後流が低減され、これにより揚力係数が上昇される。とりわけ複数のシリンダ状本体がフラットバックプロフィールに設けられており、これらの本体はそれぞれ１つの長手軸を有し、および／または共通の長手軸を有する。ここでこのようなシリンダ状本体は、とりわけ中空シリンダとして構成されている。ここでこのようなシリンダ状本体の大きさは、とりわけロータブレードの翼幅にわたって変化する。
【００１４】
特に好ましい一実施形態でコントロールユニットは、第１の長手軸を備える少なくとも１つの第１のシリンダ状本体と、第２の長手軸を備える少なくとも１つの第２のシリンダ状本体とを有し、少なくとも１つの第１のシリンダ状本体は第１の長手軸を中心にして、少なくとも１つの第２のシリンダ状本体は第２の長手軸を中心にして回転可能であり、第１のシリンダ状本体と第２のシリンダ状本体とは、フラットバックプロフィールの周囲を流れる気流を移動するためのコンベアベルトによって接続されている。ここでコンベアベルトはとりわけ第１と第２のシリンダ状本体の表面に、このコンベアベルトが第１と第２のシリンダ状本体の周囲で運動するように設けられている。したがってコンベアベルトは、第１と第２のシリンダ状本体を取り囲む。気流はコンベアベルトに付着し、したがってコンベアベルトにより加速ないし連行される。これにより気流は翼弦線の方向に偏向される。このことは後流の縮小を引き起こす。これにより揚力係数を高めることができる。
【００１５】
ここで第１の長手軸は翼弦長方向で第２の長手軸の前方に配置されている。すなわちとりわけ截頭された後縁と第２の長手軸との間に配置されている。および／または第１の長手軸は翼プロフィールの翼上面に、第２の長手軸は翼プロフィールの翼下面に配置されている。ここで第１と第２のシリンダ状本体は通流方向に、および／またはその反対方向に回転可能である。対応してコンベアベルトも通流方向に、および／またはその反対方向に回転可能である。
【００１６】
好ましくは少なくとも１つのコントロールユニットが、截頭された後縁に設けられている。コントロールユニットをフラットバックプロフィールの後縁に配置することにより、とりわけ後縁における気流が運動ないし加速される。これにより気流は翼弦線に向かって偏向される。これにより、翼プロフィールの後縁における突然の気流剥離が回避され、したがって大きな後流も回避される。これにより揚力係数の格段の増大を、気流剥離の発生時における臨界的迎え角の上昇との組み合わせで達成することができる。風力発電装置の出力損失が回避される。
【００１７】
好ましい一実施形態では、少なくとも１つのシリンダ状本体ないし第１および／または第２のシリンダ状本体は通流方向に、および／または通流方向とは反対の方向に回転可能である。シリンダ状本体上に発生する気流がこれにより捕捉され、相応に加速される。これにより翼プロフィールにおける気流剥離が遅延され、後流が縮小される。このようにしてロータブレードの揚力係数が上昇し、抗力係数は減少される。さらに少なくとも１つのシリンダ状本体ないし第１および／または第２のシリンダ状本体は、フレキシブルに使用可能である。
【００１８】
特に好ましい一実施形態では、コントロールユニットがロータブレードに組み込まれている。ここでこのようなロータブレードは、翼上面および翼下面に１つの外装部材、または外皮と称されるものを有する。ここでこのような外皮は、内部の中空空間を画定し、ロータブレードの翼プロフィールの外輪郭を規定する。この外皮ないし外装部材にコントロールユニットが組み込まれている。かくてロータブレードは、とりわけ翼上面および／または翼下面においてまず外装部材がロータブレードの翼プロフィールに設けられ、さらなるセクションにコントロールユニットが配置され、次のセクションに新たに外装部材が配置されるようにして建造される。したがってコントロールユニットは、外皮ないし外装部材の間に、このコントロールユニットが風の流れと接触し、気流を壁の近傍に連行ないし加速するように設けられている。このようにしてコントロールユニットは環境の影響から十分に保護されており、加えて翼プロフィールの表面における気流の運動ないし加速を達成することができる。
【００１９】
好ましくは少なくとも１つのコントロールユニットがフラットバックプロフィールの翼上面および／または翼下面に設けられている。フラットバックプロフィールの翼上面および翼下面には気流が当たる。これは翼プロフィールの吸引側ないし圧力側に相当する。コントロールユニットは、この箇所で気流を偏向し、早期の気流剥離および大きな後流領域が回避されるように気流を運動ないし加速する。気流をより良好に翼弦線の方向に偏向するために、とりわけフラットバックプロフィールの後縁とコントロールユニットとの間には案内プレートが配置されている。この案内プレートは、気流をコントロールユニットの方向に早めに偏向する。このコントロールユニットは気流を連行し、これをさらに翼弦線の方向に向け、これによって大きな後流が回避される。
【００２０】
好ましい一実施形態では、フラットバックプロフィールにロータブレードの翼幅方向で複数のシリンダ状本体が配置されている。ここでシリンダ状本体（複数）は、少なくとも部分的に互いに異なる直径および／または互い異なる長さを有する。かくて複数のシリンダ状本体、すなわち少なくとも２つのシリンダ状本体は、ロータブレードの異なる位置に、とりわけロータブレード根元とロータブレード先端との間の異なる位置に配置されている。ここで複数のシリンダ状本体は、少なくとも部分的に互いに異なる直径および／または異なる長さを有する。かくてロータブレード根元の近傍に配置されたシリンダ状本体は、ロータブレードの中央近傍に配置されたシリンダ状本体とは別の直径および／または別の長さを有する。気流条件ないしロータブレードプロフィールのレイアウトに応じて、シリンダ状本体の直径は相応に適合される。例えばシリンダ状本体のいくつかは同じ直径および長さを有することができ、これに対して別のシリンダ状本体はこれとは異なる直径ないし長さを有する。このようにして壁近傍の気流ないし後縁の気流を最適に連行ないし加速することができる。
【００２１】
ここで複数のシリンダ状本体は、とりわけ中空シリンダとして構成されている。とりわけこれらは、共通の軸上に配置されている。
【００２２】
特に好ましい一実施形態では、複数のシリンダ状本体が少なくとも部分的に互いに異なる回転数により回転可能である。ロータブレードにおける気流は、根元領域ではロータブレード先端におけるのとは別の速度を有する。種々の速度に対応して、シリンダ状本体は異なる回転数で回転することができ、これにより気流は、ロータブレードにおける相応の位置に対して最適の加速を受ける。
【００２３】
好ましくはロータブレードがロータハブに固定されている内側部分と、ロータブレード先端を有する外側部分とを含む、風力発電装置のロータブレードが提案される。このロータブレードは、内側部分には根元領域が設けられており、この根元領域は実質的に円形の横断面を有し、この実質的に円形の横断面には、ロータブレードにおいて後流をコントロールするための少なくとも１つのコントロールユニットが設けられている、ことを特徴とする。根元領域におけるこのような円形の横断面では、すなわちロータブレードとロータハブとの直接的な接続領域では風力発電装置の出力損失が、渦形成が大きいため多大である。少なくとも１つのコントロールユニットを配置すると、気流を内部領域においてコントロールすることができ、したがって後流もコントロールすることができる。これにより実質的に円形の横断面において揚力係数が上昇され、抗力係数は低減される。
【００２４】
さらに前記課題を解決するために、タワー、タワーに回転可能に支承されたナセル、ナセルに回転可能に支承されたロータ、およびロータに固定された複数のロータブレードを備える風力発電装置において、当該ロータブレードの少なくとも１つが前記実施形態により構成されていることが提案される。これにより上に述べた利点が同じように得られる。
【００２５】
さらに前記課題を解決するために、前記実施形態の１つによるロータブレードの後流のコントロール方法が提案される。この方法は、ロータブレードに当たる気流を少なくとも１つのコントロールユニットにより移動することを含み、これにより後流が縮小される。ここでは風によって個々のロータブレードには風の流れが存在する。ここで気流は翼プロフィールの周囲を流れる。少なくとも１つのコントロールユニットにより気流が連行ないし加速され、これにより気流剥離が翼弦長方向でさらに後方に引き伸ばされる。これにより揚力係数が上昇し、 抗力係数が低減され、後流が縮小される。風力発電装置の効率ないし出力が高められる。
【００２６】
好ましくはコントロールユニットは所定の周速度で回転する。周速度とは、ここではコントロールユニットの外側ラインの速度と理解される。ここでコントロールユニットの回転運動により、ロータブレードにおいて壁近傍の気流が連行され、加速される。風の状況ないし設置場所および／または風力発電装置のロータ直径に応じて、最適の結果を達成するためには周速度をこれらの条件に適合するのが有利である。
【００２７】
以下、本発明を、実施例に基づき添付図面を参照して例として説明する。ここで図面は、部分的に簡素化され、概略的に示されている。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】一風力発電装置を示す斜視図である。
【図２】従来技術による一ロータブレードの断面図である。
【図３】本発明による一ロータブレードの一部分を示す図である。
【図４】一フラットバックプロフィールの断面図である。
【図５】一通流コントロールユニットを備える本発明による一フラットバックプロフィールの一実施例を示す図である。
【図６】本発明による一フラットバックプロフィールのさらなる一実施例を示す図である。
【図７】本発明による一フラットバックプロフィールのさらなる一実施例を示す図である。
【図８】本発明による一フラットバックプロフィールのさらなる一実施例を示す図である。
【図９】本発明による一ロータブレードのさらなる実施例を示す図である。
【図１０】図９のロータブレードの断面図である。
【図１１】本発明の一視点によるロータブレードの断面図である。
【実施例】
【００２９】
図１は、一タワー１０２と一ナセル１０４を備える一風力発電装置１００を示す。ナセル１０４には、３つのロータブレード１０８と一スピナ１１０を備える一ロータ１０６が配置されている。ロータ１０６は、運転時に風によって回転運動され、これによりナセル１０４内の発電機を駆動する。
【００３０】
図２は、従来技術による一風力発電装置の一ロータブレードの断面を示す。ここでこのような断面は、前縁２および後縁３を有する。後縁３において翼下面４と翼上面５が互いに出合う。ここで後縁３は鋭くかつ平坦に経過している。後縁厚８、すなわち後縁３における翼プロフィール１の厚さは、ここではほぼゼロである。ここで翼プロフィール１の最大翼厚７は、前縁２の方向に配置されている。さらに図２には翼弦線６が示されており、この翼弦線は前縁２から後縁３に延在する。
【００３１】
図３は、本発明による一ロータブレード２０の一部分を示す図である。ここでロータブレード２０は、内側部分２５と外側部分２４に分割されている。外側部分２４はロータブレード先端２１を有する。ここで内側部分２５におけるロータブレードハブへの接続部は図示されていない。図３にはロータブレード２０にある種々の断面ないし翼プロフィール２６，２７が示されている。内側部分２５には３つのフラットバックプロフィール２６および１つの従来の翼プロフィール２７が示されている。外側部分２４には２つの従来の翼プロフィール２７が示されている。ここでフラットバックプロフィール２６は後縁２３に、ゼロより大きな翼厚２８を有し、これはとりわけ０．５から５ｍの範囲にある。ここで従来の翼プロフィール２７は後縁２３において平坦に延在して鋭く尖り、対応して後縁２３にはほぼゼロの厚さ２８を有する。ここでロータブレード２０には後縁２３において、後流をコントロールするためにシリンダ状ロータ３３の形の（通流）コントロールユニットが設けられている。ここでこのようなロータブレードは、とりわけ輸送に対して規定された最大輸送寸法を維持する。さらに、このロータブレードは、図２に例として示した従来の翼プロフィールと少なくとも同じ出力を形成することができる。
【００３２】
その代わりに複数の（通流）コントロールユニットをこのようなフラットバックプロフィールに設けることもできる。ここで複数のコントロールユニットのとりわけ直径、長さおよび／または回転数は変化する。
【００３３】
図４は、（通流）コントロールユニットを備えていない一フラットバックプロフィール２６の断面を示す。ここでこのフラットバックプロフィール２６は、大きな後縁厚２８を備える截頭された後縁２３を有する。ここでフラットバックプロフィール２６には風の流れ２９が通流する。前縁２２において気流２９は分割され、翼下面３０と翼上面３１に沿ってフラットバックプロフィール２６の周囲を流れる。ここで気流は、翼上面３１と翼下面３０に当たる。翼弦長の方向で後縁２３の後方では気流２９が剥離する。ロータブレードにおいて後流を形成する渦３２が発生する。これによりフラットバックプロフィール２６の揚力係数が低減され、抗力係数が上昇される。風力発電装置全体の出力が低下する。
【００３４】
図５は、本発明による一ロータブレードの断面を示す。ここで断面はフラットバックプロフィール４６として構成されている。フラットバックプロフィール４６は前縁４２と後縁４３並びに翼上面５１と翼下面５０を有する。ここで後縁４３は大きな後縁厚４８を有する。フラットバックプロフィール４６の周囲には気流４９が流れる。気流４９は前縁４２において分割され、さらに翼上面５１と翼下面５０に沿って流れる。後縁４３には、（通流）コントロールユニットの一実施例として第１のローラ５３と第２のローラ５４が設けられている。ここで第１のローラ５３は翼上面５１に、第２のローラ５４は翼下面５０に配置されている。第１のローラ５３は第１の長手軸５５を、第２のローラ５４は第２の長手軸５６を有する。第１のローラ５３は第１の長手軸５５を中心にして、第２のローラ５４は第２の長手軸５６を中心にして回転可能である。ここで回転方向は、それぞれ矢印５７ないし５８により示されている。かくて第１のローラ５３と第２のローラ５４は、それぞれフラットバックプロフィール４６の周囲を流れる気流の方向に回転する。しかし第１と第２のローラ５３，５４の回転方向は、それぞれ時計回り方向に行うこともできる。すなわち一方のローラは通流の方向に、他方のローラは通流とは反対の方向に回転する。これにより気流４９は第１のローラ５３ないし第２のローラ５４により捕捉され、これにより運動ないし加速される。後流が低減される。より少数かつ小さな渦５２が後縁４３の領域に発生する。ロータブレードの揚力係数はこれにより上昇し、抗力係数は低減される。かくて風力発電装置の出力の向上が達成される。
【００３５】
図６は、一風力発電装置の一ロータブレードの一フラットバックプロフィール６６の断面の一実施例を示す。ここでフラットバックプロフィール６６の周囲には気流６９が流れる。フラットバックプロフィール６６は、翼上面７１と翼下面７０並びに截頭された後縁６３と前縁６２を有する。図５に対する相違点は、後縁６３に（通流）コントロールユニットに対する一実施例として第１のコンベアベルト８１と第２のコンベアベルト７９が設けられていることである。ここで第１のコンベアベルト８１と第２のコンベアベルト７９は、それぞれ翼弦長方向に配置された２つのローラを含む第１のローラ対７３ないし第２のローラ対７４を取り囲む。第１のコンベアベルト８１と第２のコンベアベルト７９は、第１のローラ対７３の２つのローラないし第２のローラ対７４の２つのローラを互いに接続する。ここで第１のコンベアベルト８１はフラットバックプロフィール６６の後縁６３の翼上面７１に、第２のコンベアベルト７９は翼下面７０に配置されている。気流６９は第１のコンベアベルト８１ないし第２のコンベアベルト７９により移動される。これにより後流が低減される。
【００３６】
図７は、一風力発電装置の本発明による一ロータブレードの断面のさらなる一実施形態を示す。ここで断面はフラットバックプロフィール４６０として構成されている。フラットバックプロフィール４６０は前縁４２０と後縁４３０並びに翼上面５１０と翼下面５００を有する。フラットバックプロフィール４６０の周囲に気流４９０が流れる。気流４９０は前縁４２０において分割され、さらに翼上面５１０と翼下面５００の周囲を流れる。図５に示されたフラットバックプロフィールとの相違点は、第１のローラ５３０と第２のローラ５４０が、（通流）コントロールユニットの一実施例としてロータブレードに組み込まれていることである。すなわち第１のローラ５３０と第２のローラ５４０は、後縁４３０に終端部としては設けられていない。後縁４３０の後方には第１のローラ５３０と第２のローラ５４０が配置されており、第１のローラ５３０と第２のローラ５４０の後方には第１の外装部材５１１ないし第２の外装部材５０１もさらに設けられている。かくて第１のローラ５３０と第２のローラ５４０は、少なくとも部分的にフラットバックプロフィール４６０に囲まれている。第１のローラ５３０と第２のローラ５４０は、気流４９０を移動させるが、それでも大部分が環境の影響から保護されている。かくて第１のローラ５３０と第２のローラ５４０は長い寿命を有する。後流の広がりがこの実施例でも低減されている。したがってこの実施例も前に述べた利点を有する。
【００３７】
図８は、一風力発電装置の本発明による一ロータブレードの断面のさらなる一実施形態を示す。ここでフラットバックプロフィール６６０の周囲には気流６９０が流れる。フラットバックプロフィール６６０は、翼上面７１０と翼下面７００並びに截頭された後縁６３０と前縁６２０を有する。後縁６３０には第１のコンベアベルト７１２と第２のコンベアベルト７９０が設けられている。ここで第１のコンベアベルト７１２と第２のコンベアベルト７９０は、それぞれ翼弦長方向に配置された２つのローラを含む第１のローラ対７３０ないし第２のローラ対７４０を取り囲む。ここで第１のコンベアベルト７１２と第２のコンベアベルト７９０は、それぞれロータブレードに組み込まれている。第１のコンベアベルト７１２と第２のコンベアベルト７９０の後方には第１の外装部材７１１ないし第２の外装部材７０１が設けられている。かくて第１のローラ対７３０と第２のローラ対７４０は、少なくとも部分的にフラットバックプロフィール６６０に囲まれている。
【００３８】
図９は、一ロータブレード２００のさらなる一実施例を示す。ロータブレード２００は、前縁２２０と後縁２３０並びに内側部分２５０と外側部分２４０を有する。内側部分２５０にはロータブレード２００の根元領域２５１、すなわちロータブレード２００がロータブレードハブに接続される領域が設けられている。ここで根元領域２５１は、円形の断面２５２を有する。外側部分２４０は、ロータブレード２００のほぼ半分からロータブレード先端２１０まで延在している。円形の断面２５２には２つの第１のローラ２５３が、２つのコントロールユニットの実施例として設けられている。ここで２つの第１のローラ２５３はシリンダ状に構成されている。
【００３９】
図１０は、図９のロータブレード２００の円形の断面２５２を示す。ここで円形の断面２５２の周囲には風の気流２９０が流れる。円形の断面２５２の片側には第１のローラ２５３と第２のローラ２５４が配置されている。第１のローラ２５３は第１の長手軸２５５を、第２のローラ２５４は第２の長手軸２５６を有する。ここで第１のローラ２５３と第２のローラ２５４は、矢印２５７ないし２５８の方向、すなわち気流２９０の方向に回転する。これにより後流が低減され、渦形成が減少し、これにより揚力係数が上昇し、抗力係数が低減される。これにより風力発電装置の出力が向上する。その代わりに第１と第２のローラ２５３，２５４はそれぞれ時計方向に回転することができる。すなわち第１のローラ２５３は通流と同じ方向に回転し、第２のローラ２５４は通流とは反対の方向に回転する。
【００４０】
さらに図１０には２つの案内プレート２５９が示されており、これらの案内プレートは円形の断面２５２を第１のローラ２５３ないし第２のローラ２５４と接続する。案内プレート２５９により気流は第１のローラ２５３ないし第２のローラ２５４の方向に偏向される。これにより気流は、円形の断面の外側から中央に向かって偏向される。気流がコントロールされ、対応して後流もコントロールされる。
【００４１】
図１１は、本発明のさらなる一実施例による一風力発電装置−ロータブレードの断面を概略的に示す。ここで断面はフラットバックプロフィール４６として構成されている。フラットバックプロフィール４６は前縁４２と後縁４３並びに翼上面５１と翼下面５０を有する。後縁４３は、第１と第２の切欠部４３ａ，４３ｂを有する。第１のローラ５３は第１の切欠部４３ａの領域に、第２のローラ５４は第２の切欠部４３ｂの領域に設けられている。第１のローラ５３は第１の長手軸５５を、第２のローラ５４は第２の長手軸５６を有する。第１のローラ５３は第１の長手軸５５を中心にして、第２のローラ５４は第２の長手軸５６を中心にして回転可能である。ここで回転方向は、それぞれ矢印５７，５８により示されている。本発明のこの視点によれば、第１と第２のローラの回転方向は同じである。したがってこのことは、第１のローラは通流方向に回転し、一方、第２のローラ５４は通流方向とは反対の方向に回転することを意味する。本発明のこの視点によれば、第１と第２のローラ５３，５４が翼上面および翼下面５１，５０の仮想延長輪郭内に設けられているように、第１と第２のローラ５３，５４は第１と第２の切欠部４３ａ，４３ｂ内に設けられている。
【００４２】
したがってこれらのローラが第１と第２の切欠部の領域に設けられていることによって、第１と第２のローラは、ロータブレードのプロフィール輪郭内に埋め込まれている。
【００４３】
第１と第２のローラ並びに相応の回転方向を設けることにより、通流コントロール部が設けられる。
【００４４】
本発明の一視点によれば、第１と第２のローラ５３，５４，２５３，２５４はフラットバックプロフィールの領域に、これらが延長された後縁翼輪郭を越えて突き出ないように配置されている。言い替えると、ロータブレードにフラットバックプロフィールが設けられていないのであれば、仮想の後縁の輪郭の内部に存在しなければならないことになる。したがって２つのローラは、後縁が現在の勾配のまま延長される場合、この後縁の仮想輪郭の内部に存在することになる。
【００４５】
この種の配置により、ロータブレードに大きな揚力係数を付与することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１００  風力発電装置
１０２  タワー
１０４  ナセル
１０６  ロータ
１０８  ロータブレード
１１０  スピナ
１  翼プロフィール
２  前縁
３  後縁
４  翼下面
５  翼上面
６  翼弦線
７  翼厚
８  後縁厚
２０  ロータブレード
２１  ロータブレード先端
２２  前縁
２３  後縁
２４  外側部分
２５  内側部分
２６  フラットバックプロフィール
２７  従来の翼プロフィール
２８  翼厚（後縁厚）
２９  気流
３０  翼下面
３１  翼上面
３２  渦
３３  シリンダ状ロータ
４２  前縁
４３  後縁
４３ａ  第１の切欠部
４３ｂ  第２の切欠部
４６  フラットバックプロフィール
４８  後縁厚
４９  気流
５０  翼下面
５１  翼上面
５２  渦
５３  第１のローラ
５４  第２のローラ
５５  第１の長手軸
５６  第２の長手軸
５７，５８  矢印
６２  前縁
６３  後縁
６６  フラットバックプロフィール
６９  気流
７０  翼下面
７１  翼上面
７３  第１のローラ対
７４  第２のローラ対
７９  第２のコンベアベルト
８１  第１のコンベアベルト
２００  ロータブレード
２１０  ロータブレード先端
２２０  前縁
２３０  後縁
２４０  外側部分
２５０  内側部分
２５１  根元領域
２５２  円形の断面
２５３  第１のローラ
２５４  第２のローラ
２５５  第１の長手軸
２５６  第２の長手軸
２５７，２５８  矢印
２５９  案内プレート
２９０  気流
４２０  前縁
４３０  後縁
４６０  フラットバックプロフィール
４９０  気流
５００  翼下面
５０１  第２の外装部材
５１０  翼上面
５１１  第１の外装部材
５３０  第１のローラ
５４０  第２のローラ
６２０  前縁
６３０  後縁
６６０  フラットバックプロフィール
６９０  気流
７００  翼下面
７０１  第２の外装部材
７１０  翼上面
７１１  第１の外装部材
７１２  第１のコンベアベルト
７３０  第１のローラ対
７４０  第２のローラ対
７９０  第２のコンベアベルト
【図１】
0006490235.tif 000002
【図２】
0006490235.tif 000003
【図３】
0006490235.tif 000004
【図４】
0006490235.tif 000005
【図５】
0006490235.tif 000006
【図６】
0006490235.tif 000007
【図７】
0006490235.tif 000008
【図８】
0006490235.tif 000009
【図９】
0006490235.tif 000010
【図１０】
0006490235.tif 000011
【図１１】
0006490235.tif 000012