(57)【要約】【課題】風車翼の翼腹面を流れる空気流への影響を抑えつつ、翼背面にて発生する剥離現象を抑制すること。【解決手段】回転軸に放射状に取り付けられた揚力型の風車翼が風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、前記風車翼の翼背面のうち、前記風車翼の前縁側であって、前記風車翼の長手方向における前記回転軸側の部位に、前記翼背面から突出する突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置である。
2015132882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に放射状に取り付けられた揚力型の風車翼が風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、
前記風車翼の翼背面のうち、前記風車翼の前縁側であって、前記風車翼の長手方向における前記回転軸側の部位に、前記翼背面から突出する突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置であって、
前記翼背面のうち、当該翼背面から翼腹面までの翼厚が最大となる位置よりも前記前縁側の部位に、前記突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置であって、
前記突起部が前記翼背面に対して出没可能であることを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の風力発電装置であって、
前記翼背面における剥離現象、又は、その前兆現象が発生すると、前記突起部が前記翼背面から突出し、
前記剥離現象が解消した後、前記突起部が前記翼背面から突出してから所定時間の経過後、又は、前記剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、前記突起部が前記風車翼の内部に収容されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の風力発電装置であって、
前記風車翼の内部の圧力と前記翼背面上の圧力との差によって、前記突起部が前記翼背面から突出することを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
揚力型の風車翼を有する風力発電装置では、翼背面を流れる気流の速度が翼腹面を流れる気流の速度よりも速くなることにより、翼背面側に向く揚力が発生する。この揚力により風車翼が回転して発電機が駆動されることにより、風力エネルギーが電気エネルギーに変換される。但し、風車翼が受ける風向き等によっては、翼背面から空気流が離れる剥離現象が発生し、風車翼の回転効率が低下してしまう。そこで、風車翼の前縁（最先端部）に乱流形成促進部（凹凸部）を形成して、風車翼の前縁近傍の層流気流を乱流にすることで、翼背面にて発生する剥離現象を抑制する風車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２２７４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１のように、風車翼の前縁に乱流形成促進部を形成してしまうと、翼背面上の剥離開始地点よりも手前過ぎる地点で乱流が形成されるため、翼背面にて発生する剥離現象を抑制できない虞がある。また、翼腹面を流れる空気流が悪影響を受ける虞がある。【０００５】
本発明はこのような背景に鑑みてなされたものであって、風車翼の翼腹面を流れる空気流への影響を抑えつつ、翼背面にて発生する剥離現象を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一つは、回転軸に放射状に取り付けられた揚力型の風車翼が風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、前記風車翼の翼背面のうち、前記風車翼の前縁側であって、前記風車翼の長手方向における前記回転軸側の部位に、前記翼背面から突出する突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置である。【０００７】
このような風力発電装置によれば、風車翼の翼腹面を流れる空気流への影響を抑えつつ、翼背面を流れる空気流が突起部に衝突することで発生する渦（乱流）により翼背面にて発生する剥離現象を抑制することができる。また、翼背面のうち翼先端部側の部位よりも翼根部側（回転軸側）の部位にて多発する剥離現象を抑制することができる。【０００８】
かかる風力発電装置であって、前記翼背面のうち、当該翼背面から翼腹面までの翼厚が最大となる位置よりも前記前縁側の部位に、前記突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置である。【０００９】
このような風力発電装置によれば、翼背面における剥離開始地点よりも上流側に突起部が位置する確率が高まり、翼背面にて発生する剥離現象をより確実に抑制することができる。【００１０】
かかる風力発電装置であって、前記突起部が前記翼背面に対して出没可能であることを特徴とする風力発電装置である。【００１１】
このような風力発電装置によれば、翼背面にて剥離現象が発生しているときには、翼背面から突起部を突出させることで、剥離現象を抑制することができ、また、翼背面にて剥離現象が発生していないときには、突起部の一部又は全体を風車翼の内部に収容することで、翼背面を流れる空気流の抵抗を小さくすることができる。【００１２】
かかる風力発電装置であって、前記翼背面における剥離現象、又は、その前兆現象が発生すると、前記突起部が前記翼背面から突出し、前記剥離現象が解消した後、前記突起部が前記翼背面から突出してから所定時間の経過後、又は、前記剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、前記突起部が前記風車翼の内部に収容されることを特徴とする風力発電装置である。【００１３】
このような風力発電装置によれば、翼背面にて発生する剥離現象を抑制するとともに、翼背面にて剥離現象が発生していないときには、翼背面を流れる空気流の抵抗を小さくすることができる。【００１４】
かかる風力発電装置であって、前記風車翼の内部の圧力と前記翼背面上の圧力との差によって、前記突起部が前記翼背面から突出することを特徴とする風力発電装置である。【００１５】
このような風力発電装置によれば、翼背面に対して突起部を出没させる機構を簡素化することができ、また、省電力化を図ることができる。【００１６】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、風車翼の翼腹面を流れる空気流への影響を抑えつつ、翼背面にて発生する剥離現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】風力発電装置の概略斜視図である。
【図２】風車翼の平面図である。
【図３Ａ】図２の線ＡＡにおける風車翼の断面周りの空気流を説明する図である。
【図３Ｂ】図２の線ＢＢにおける風車翼の断面周りの空気流を説明する図である。
【図４】図２の線ＢＢにおける風車翼の断面図である。
【図５】突起部により翼背面に発生する渦を示す図である。
【図６Ａ】翼背面に対して突起部を出没させる機構の説明図である。
【図６Ｂ】翼背面に対して突起部を出没させる機構の説明図である。
【図６Ｃ】翼背面に対して突起部を出没させる機構の説明図である。
【図６Ｄ】翼背面に対して突起部を出没させる機構の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、風力発電装置１の概略斜視図である。図２は、風車翼１０の平面図である。図３Ａは、図２の線ＡＡにおける風車翼１０の断面周りの空気流を説明する図であり、図３Ｂは、図２の線ＢＢにおける風車翼１０の断面周りの空気流を説明する図である。図４は、図２の線ＢＢにおける風車翼１０の断面図である。図５は、突起部２０により翼背面１０ａに発生する渦を示す図である。
＜＜風力発電装置１＞＞
風力発電装置１は、地面等の基礎上に設置されるタワー２と、タワー２の頂部に設置され、発電機３やその回転軸４等を収容するナセル５と、揚力型の３本の風車翼１０を有し、水平方向に延びる回転軸４周りに回転するロータ６と、ナセル５に取り付けられた風向風速計７と、を有する。風車翼１０は、その長手方向が回転軸４の径方向に沿うように、放射状に取り付けられている。つまり、本実施形態の風力発電装置１は、水平軸揚力型風車を利用した発電装置である。なお、回転軸４の延びる方向は水平方向に限らず、水平方向から傾いた方向であってもよい。また、風車翼１０の数は３本に限定されるものではない。
【００２０】
以下の説明のため、風車翼１０の前縁ＬＥ（最先端部）と後縁ＴＥ（最後端部）とを結ぶ直線方向を「翼弦方向」と呼び、前縁ＬＥと後縁ＴＥとを結ぶ直線の長さを「翼弦長」と呼び、風車翼１０の長手方向及び翼弦方向で形成される面に直交する方向（つまり図２の紙面に垂直な方向）を「翼厚方向」と呼び、翼背面１０ａから翼腹面１０ｂまでの翼厚方向の長さを「翼厚」と呼び、風車翼１０の長手方向における回転軸４側の部位を「翼根部」と呼び、その反対側の部位を「翼先端部」と呼ぶ。
【００２１】
風車翼１０は、長手方向の全長に亘って翼背面１０ａ及び翼腹面１０ｂが流線形状を成すように形成されている。詳しくは、図４に示すように、前縁ＬＥから後縁ＴＥに向かって徐々に翼厚が厚くなり、位置Ｐにて最大翼厚となった後、後縁ＴＥに向かって徐々に翼厚が薄くなっている。なお、本実施形態の風車翼１０では、翼背面１０ａを形成する背側部材１０１の周縁と翼腹面１０ｂを形成する腹側部材１０２の周縁とが溶接等により接合され、背側部材１０１と腹側部材１０２によって風車翼１０内に閉空間が形成されている。また、風車翼１０では、図２に示すように、翼根部から翼先端部に向かって徐々に翼弦長が減少し、且つ、翼厚が薄くなっている。
【００２２】
そして、風車翼１０が風を受け、風車翼１０の前縁ＬＥから後縁ＴＥへと空気流が流れると、翼背面１０ａ側と翼腹面１０ｂ側との空気流の速度差により、翼背面１０ａの外側に向く揚力が発生する。その結果、風車翼１０（ロータ６）が回転軸４と共に回転し、回転軸４の回転力が発電機３に伝達され、発電機３が駆動して発電する。
＜＜翼背面１０ａにおける剥離現象＞＞
風車翼１０は、図３に示すように、自然の風による空気流Ｖｗと、風車翼１０の回転による空気流Ｖｒと、の合成空気流Ｖｃを受ける。この合成空気流Ｖｃの方向と翼弦方向とで成す角度である迎え角αを大きくする程に、風車翼１０の揚力が高まり、風車翼１０の回転力が増す。但し、迎え角αが所定角以上になると、翼背面１０ａに沿って空気流が流れず、翼背面１０ａから空気流が離れる剥離現象が発生し、風車翼１０の揚力が減少してしまう。
【００２３】
そのため、風力発電装置では、例えば、風車翼１０を回転軸４に対して回動可能に連結し、風向風速に応じて最適な迎え角αとなるように、風車翼１０の取り付け角度（ピッチ角）を調整するピッチ制御や、ロータ６が正面から風を受けられるように、風向に応じてロータ６（ナセル３５）の向きを変えるヨー制御等が実施されている。しかし、例えば日本の山岳地帯のように、風向風速が激しく変動する地域では、ピッチ制御やヨー制御では対応しきれずに、翼背面１０ａにおける剥離現象が頻繁に発生してしまうという問題が起こっていた。
【００２４】
そして、翼背面１０ａにおいて剥離現象が発生すると、図３Ｂに示すように、翼背面１０ａ上の圧力が低下し、負圧領域が形成されてしまう。このため、翼内空間と翼背面１０ａ上とで圧力差が生じ、翼背面１０ａを外側に引っ張る力が翼背面１０ａ（背側部材１０１）に掛かってしまう。そうすると、風車の回転が減速されたり、翼背面１０ａの外形が変形したり、また、本実施形態のように背側部材１０１と腹側部材１０２とが接合された風車翼１０では前縁ＬＥ部分に亀裂が生じたりして、風車翼１０が損傷する虞がある。
【００２５】
特に、風車翼１０の翼根部（図３Ｂ）は翼先端部（図３Ａ）に比べ、回転速度が遅く、風車翼１０の回転による空気流Ｖｒの速度が遅い。そのため、翼根部は翼先端部に比べ、迎え角αが大きく、ピッチ制御では対応しきれず、また、自然の風の減速（Ｖｗ’→Ｖｗ）による合成空気流の減速割合（Ｖｃ’→Ｖｃ）が大きく、風速が減少し易く、剥離現象が発生し易い。また、回転速度が遅い翼根部は翼先端部に比べてレイノルズ数が低い値となり、翼根部の周囲には層流境界層が形成されるため、翼根部では剥離現象が発生し易い状態にあることや、翼厚の薄い翼先端部に比べて翼根部は曲率の大きい断面となっていることなどからも、翼根部は翼先端部に比べ、翼背面１０ａにおける剥離現象が発生し易いと言える。
＜＜風車翼１０の突起部２０＞＞
本実施形態の風力発電装置１では、翼背面１０ａにて発生する剥離現象を抑制するために、図２、図４に示すように、風車翼１０の翼背面１０ａのうち、風車翼１０の前縁側であって、風車翼１０の長手方向における翼根部側（回転軸側４）の部位に、突起部２０が固定して設けられている。突起部２０は、翼背面１０ａと交差する方向の外部側に向かって、翼背面１０ａから突出している。
【００２６】
なお、翼背面１０ａとは風車翼１０の前縁ＬＥと後縁ＴＥを除く部位である。また、翼背面１０ａのうちの前縁側の部位とは、風車翼１０の翼弦方向における中央部よりも前縁側の部位であり、好ましくは、風車翼１０の前縁ＬＥから翼弦長の１／３の長さだけ翼弦方向に沿って後縁ＴＥ側に延びた範囲内の部位である。本実施形態では、図４に示すように、翼背面１０ａのうち、翼背面１０ａから翼腹面１０ｂまでの翼厚が最大となる最大翼厚位置Ｐよりも前縁側の部位に、突起部２０が設けられている。
【００２７】
また、翼背面１０ａのうちの翼根部側の部位とは、風車翼１０の長手方向における中央部よりも翼根部側の部位である。本実施形態では、図２に示すように、風車翼１０の翼根部側の端から風車翼１０の全長（Ｌ）の１／３の長さ（Ｌ／３）だけ長手方向に沿って翼先端側に延びた範囲に亘り、複数の突起部２０が長手方向に間隔を空けて並んで設けられている。
【００２８】
ところで、翼背面１０ａ上を流れる空気流が層流である方が乱流であるよりも剥離現象が発生し易い。乱流境界層では、乱流空気流の渦運動により、高速の乱流空気流と壁面近くのほぼ停止した運動量の小さい空気流が混合され、運動量交換が激しく行われる。このため、壁面近傍の空気へ運動量が供給されて流動が確保されるため、層流境界層よりも剥離しにくい。そのため、本実施形態の風車翼１０のように、翼背面１０ａに突起部２０を設けることで、翼背面１０ａ上を流れる空気流が突起部２０に衝突し、図５に示すように、翼背面１０ａ上に渦（乱流）を発生させることができ、その渦により、翼背面１０ａ上に乱流空気流を発生させて翼背面１０ａにて発生する剥離現象を抑制することができる。よって、風車翼１０の回転効率の低下を抑えることができる。また、図３Ｂに示すような翼背面１０ａ上の圧力低下を抑えることができ、翼背面１０ａを外側に引っ張る力を低減できるため、風車翼１０の損傷を抑制することができる。
【００２９】
なお、図２や図４では突起部２０を円柱形状としているが、これに限らない。突起部２０により渦（乱流）を発生させることができれば何れの形状でもよく、例えば、三角錐形状や、角柱形状や、長手方向に見た断面が三角形である板形状であってもよい。また、長手方向に並ぶ突起部２０の間隔を、各突起部２０により形成される渦が互いに干渉しない程度に離すことで、渦の減衰を抑制することができる。また、突起部２０の高さは、翼背面１０ａ上の境界層流と翼背面１０ａから離れた空気流とを混合させることのできる渦が発生する高さに設定するとよい。
【００３０】
ここで仮に、風車翼１０の前縁ＬＥに突起部を設けたとする。そうすると、翼背面１０ａ上の剥離開始地点から離れた地点で渦（乱流）が発生するため、剥離開始地点では渦が減衰し、翼背面１０ａ上にて発生する剥離現象を抑制できない虞がある。また、風車翼１０の前縁ＬＥに突起部を設けると、翼腹面１０ｂ側にも渦が流入して悪影響が生じる虞がある。一方、翼背面１０ａのうち後縁側の部位に突起部を設けたとすると、剥離開始地点よりも下流側の部位、即ち、翼背面１０ａから空気流が離れた部位に、突起部が位置する確率が高くなる。そうすると、空気流が突起部に当たらないので、突起部により渦を発生させることができず、翼背面１０ａにて発生する剥離現象を抑制できない。これに対して、本実施形態の風車翼１０では、翼背面１０ａのうち風車翼１０の前縁側の部位に突起部２０を設けることで、翼腹面１０ｂを流れる空気流への影響を抑えつつ、突起部２０による渦発生地点が剥離開始地点の手前過ぎて渦が減衰したり、突起部２０が剥離開始地点の下流側に位置して渦を発生させることができなかったりすることを防ぎ、翼背面１０ａにて発生する剥離現象を抑制することができる。
【００３１】
また、一般的に風車翼１０の翼根部は翼先端部に比べて断面の曲率が大きく、最大翼厚位置Ｐを境に翼背面１０ａの傾斜方向が大きく変わるため、最大翼厚位置Ｐの近傍にて剥離現象が発生し易い。そのため、本実施形態の風車翼１０のように、翼背面１０ａのうち最大翼厚位置Ｐよりも前縁側の部位に突起部２０を設けることで、翼背面１０ａにおける剥離開始地点よりも上流側の位置に突起部２０が位置する確率が高まる。よって、翼背面１０ａにて発生する剥離現象をより確実に抑制することができる。
【００３２】
また、翼背面１０ａに設けられた突起部２０は、剥離現象を抑制する作用を有する一方で、翼背面１０ａを流れる空気流の抵抗にもなる。そのため、本実施形態の風車翼１０のように、翼背面１０ａのうち、翼根部側の部位にのみ突起部２０を設け、翼先端部側の部位には突起部２０を設けないようにするとよい。そうすることで、翼根部にて多発する剥離現象を抑制しつつ、翼先端部を流れる空気流の抵抗を小さくすることができる。また、翼先端部は翼根部に比べて剥離現象が発生し難いため、突起部２０を設けなくとも風車翼１０の損傷等の虞が少なく、問題ないと言える。
＜＜突起部２０の変形例＞＞
上記実施例では、翼背面１０ａに突起部２０が固定して設けられている。但し、翼背面１０ａに設けられた突起部２０は翼背面１０ａを流れる空気流の抵抗にもなる。そのため、翼背面１０ａに対して突起部２０を出没可能にしてもよい。そうすると、翼背面１０ａにて剥離現象が発生しているときには、翼背面１０ａと交差する方向における外部側（突起部２０が突出する側）に突起部２０を移動させ、突起部２０を翼背面１０ａから突出させることで、翼背面１０ａにて発生する剥離現象を抑制することができる。一方、翼背面１０ａにて剥離現象が発生していないときには、翼背面１０ａと交差する方向における風車翼１０の内部側に突起部２０を移動させ、翼背面１０ａから突出する突起部２０の高さを低くしたり、突起部２０の全体を風車翼１０の内部に収容したりすることで、翼背面１０ａを流れる空気流の抵抗を小さくすることができ、風車翼１０の回転効率の低下を抑制することができる。
【００３３】
図６Ａから図６Ｄは、翼背面１０ａに対して突起部２０を出没させる機構を説明する図である。なお、実際の翼背面１０ａは曲面となっているが、図６では説明の簡略のために翼背面１０ａを平面で示す。また、図６に示す機構は一例であり、翼背面１０ａに対して突起部２０を出没可能な機構であれば何れの機構でもよい。また、図６Ａから図６Ｃの突起部２０は円柱形状を成し、突起部２０の上面が翼背面１０ａの一部を成している。また、背側部材１０１には突起部２０が挿通可能な孔が形成されている。
【００３４】
例えば、図６Ａに示す機構は、風車翼１０の内部に収容された固定部３０と、固定部３０に対して上下方向に移動可能な作動軸３１と、作動軸３１の先端に連結され且つ突起部２０が載置された基台３２とを有する。翼背面１０ａにて剥離現象が発生すると、前述の図３Ｂに示すように翼背面１０ａ上の圧力が低下するため、図６Ａに示す機構では、風車翼１０の内部の圧力と翼背面１０ａ上の圧力との差を利用して、上下方向（翼背面１０ａと交差する方向）に突起部２０を移動させる。具体的に説明すると、翼背面１０ａにて剥離現象が発生して翼背面１０ａ上の圧力が低下すると、突起部２０は上方に引っ張られて基台３２や作動軸３１と共に上方に移動して翼背面１０ａから突出する。なお、この時、基台３２と背側部材１０１との当接により突起部２０の移動が規制される。そして、剥離現象が解消して翼背面１０ａ上の圧力が高まると、突起部２０は自重により基台３２や作動軸３１と共に下方に移動して風車翼２０の内部に収容される。なお、この時、基台３２と固定部３０との当接により突起部２０の移動が規制され、突起部２０の上面と背側部材１０１の上面とが平坦な面となる。このように、風車翼１０の内部の圧力と翼背面１０ａ上の圧力との差を利用して突起部２０を出没させることで、突起部２０の出没機構を簡素化することができる。また、モーター等を利用しないため省電力化を図ることができる。但し、これに限らず、例えば油圧シリンダ等を利用して、突起部２０や作動軸３１を上下方向に移動してもよい。
【００３５】
また、剥離現象の発生時には、翼背面１０ａに対する空気流の剥離や再接触が繰り返され、翼背面１０ａ上の圧力変動が激しくなる場合がある。そうすると、短時間の間に突起部２０の上下方向の移動が繰り返され、安定的に渦を発生させることができなかったり、出没機構の故障に繋がったりする。そこで、翼背面１０ａ上の圧力低下により突起部２０が一度突出されたら、突起部２０の突出状態が所定時間保持されるようにしてもよい。又は、剥離現象が解消してからも突起部２０の突出状態が所定時間保持されるようにしてもよい。そのために、例えば、図６Ａに示すように、基台３２を磁性部材とし、基台３２と当接する背側部材１０１の部位に電磁石３３を設けるとよい。そうすることで、基台３２と背側部材１０１とが当接してから所定時間が経過するまでの期間は電磁石３３をオン状態にして背側部材１０１に基台３２を吸着させ、所定時間の経過後は電磁石３３をオフ状態にして背側部材１０１と基台３２との吸着状態を解消することができる。
【００３６】
また、図６Ａに示す機構に限らず、例えば、図６Ｂに示すように、偏心カム３４と、モーター３５と、制御部３６とを有する機構でもよい。この場合、制御部３６が、例えば翼背面１０ａでの剥離現象を検知し、モーター３５を駆動して偏心カム３４を回転させることで、偏心カム３４の周縁に当接している突起部２０を上方に移動させて翼背面１０ａから突起部２０を突出さることができる。また、制御部３６が、例えば翼背面１０ａでの剥離現象が解消されたことを検知し、モーター３５を再び駆動して偏心カム３４を回転させることで、突起部２０を下方に移動させて突起部２０を風車翼１０の内部に収容することができる。
【００３７】
また、例えば、図６Ｃに示すように、制御部３６と、風車翼１０の内部に収容された筐体３７と、筐体３７内に設けられた電磁ソレノイド３８と、バネ３９と、作動軸４０とを有する機構でもよい。なお、作動軸４０は、先端に突起部２０が連結された軸部４０ａと、軸部４０ａの途中から突出した係止部４０ｂとを有し、バネ３９は、係止部４０ｂよりも下方の軸部４０ａに通されている。この場合、制御部３６が電磁ソレノイド３８のコイルを消磁することで、バネ３９の復元力により作動軸４０が上方へ移動し、それに伴って突起部２０を翼背面１０ａから突出させることができる。また、制御部３６が電磁ソレノイド３８のコイルを励磁することで、バネ３９の復元力に打ち勝って作動軸４０が下方へ移動し、それに伴って突起部２０を風車翼１０の内部に収容することができる。
【００３８】
また、図６Ａから図６Ｃでは円柱形状である突起部２０を例に挙げているが、これに限らず、例えば、図６Ｄに示すように三角錐形状である突起部２０でもよい。但し、その場合、突起部２０を風車翼１０の内部に収容したときに、突起部２０を挿通するために背側部材１０１に設けられた孔を塞ぐ事ができない。そこで、背側部材１０１の一部を開閉可能な蓋部材１０１ａとし、突起部２０を突出させる際には、蓋部材１０１ａに回転軸３５ａが接続されたモーター３５を回転して蓋部材１０１ａを開き、突起部２０を風車翼１０の内部に収容している期間は蓋部材１０１ａを閉じておくようにするとよい。
【００３９】
また、制御部３６が突起部２０の移動を制御する場合、制御部３６は剥離現象を検知する必要がある。前述のように、迎え角αが大きくなり過ぎると剥離現象が発生するため、例えば、風向風速計７から得られる計測値に基づき迎え角αを算出することによって、剥離現象を検知する方法が挙げられる。具体的には、制御部３６が、算出した迎え角αが閾値以上であれば剥離現象が発生していると判断して突起部２０を翼背面１０ａから突出させ、算出した迎え角αが閾値未満になれば剥離現象が解消されたと判断して突起部２０を風車翼１０の内部に収容する制御を行うようにするとよい。また、より正確に剥離現象を検知するために、ピッチ制御やヨー制御を実施する風力発電装置１の場合には、風向と風速の計測値に加えて、風車翼１０の取り付け角度やロータ６の向きも加味して、迎え角αを算出するとよい。
【００４０】
また、剥離現象が発生すると、翼背面１０ａ上の圧力が低下する。そのため、翼背面１０ａ上の圧力を計測する圧力センサー（不図示）を翼背面１０ａ上に設け、圧力センサーの計測値に基づき剥離現象の発生や解消を検知するようにしてもよい。また、剥離現象が発生すると、翼背面１０ａに対する空気流の剥離や再接触が繰り返され、翼背面１０ａ上に振動が生じる。そのため、翼背面１０ａ上の振動を計測する振動センサー（不図示）を翼背面１０ａに設け、振動センサーの計測値に基づき剥離現象の発生や解消を検知するようにしてもよい。
【００４１】
また、風向風速、圧力、振動等の計測値は短時間で変化する場合があり、短時間の間に突起部２０の移動が繰り返され、安定的に渦を発生させることができなかったり、出没機構の故障に繋がったりする。そこで、制御部３６が、翼背面１０ａから突起部２０を突出させてから所定時間の経過後に、突起部２０を風車翼１０の内部に収容するようにしてもよい。そうすることで、短時間の間に突起部２０の移動が繰り返されてしまうことを防止でき、また、剥離現象の解消を検知する必要がなくなるため制御部３６の制御を容易にすることができる。なお、突起部２０を翼背面１０ａから突出させてから風車翼１０の内部に収容するまでの所定時間は、突起部２０により剥離現象が解消されるまでに要する時間以上とし、計算や経験値等に基づき決定するとよい。又は、制御部３６が、剥離現象が解消したことを検知し後も、突起部２０を直ぐに風車翼１０の内部に収容せずに、剥離現象が解消してから所定時間遅らせたタイミングで突起部２０を風車翼２０の内部に収容するようにしてもよい。そうすることで、剥離現象が確実に解消された後に突起部２０を収容することができる。
【００４２】
また、迎え角αや翼背面１０ａ上の圧力や振動のうちの何れか１つのパラメーターに基づき剥離現象を検知するに限らず、複数のパラメーターに基づき剥離現象を検知するようにしてもよい。また、迎え角αや翼背面１０ａ上の圧力や振動等に基づき剥離現象の前兆現象を検知したタイミングで突起部２０を翼背面１０ａから突出させるようにしてもよい。
【００４３】
以上のように、翼背面１０ａにおける剥離現象、又は、その前兆現象が発生すると、突起部２０が翼背面１０ａから突出するようにし、翼背面１０ａにおける剥離現象が解消された後、突起部２０が翼背面１０ａから突出してから所定時間の経過後、又は、剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、突起部２０が風車翼１０の内部に収容されるようにするとよい。そうすることで、翼背面１０ａにて発生する剥離現象を抑制しつつ、剥離現象が発生していないときには翼背面１０ａを流れる空気流の抵抗を小さくすることができる。
【００４４】
また、翼背面１０ａにおける翼根部側の部位において長手方向に並ぶ複数の突起部２０を、それぞれ個別に移動可能とし、且つ、剥離現象を検知するための圧力センサーや振動センサーを長手方向に間隔を開けて複数配置してもよい。そうすることで、風車翼１０の長手方向における剥離現象の発生位置を特定し、剥離現象が発生している領域の突起部２０のみを翼背面１０ａから突出させ、剥離現象が発生していない領域の突起部２０は風車翼１０の内部に収容しておくことができる。その結果、翼背面１０ａにて発生する剥離現象を抑制しつつ、翼背面１０ａを流れる空気流の抵抗を出来る限り小さくすることができる。
【００４５】
また、上記実施例では、長手方向に沿う突起部２０の列が１列だけ翼背面１０ａに形成されているが（図２）、これに限らず、前縁ＬＥから後縁ＴＥにかけて翼背面１０ａに沿う方向に間隔を空けて突起部２０の列を複数並べてもよい。また、最大翼厚位置Ｐよりも後縁側の部位に突起部２０を設けてもよいし、翼背面１０ａに設ける突起部２０を１つにしてもよい。また、翼背面１０ａの長手方向の全域に亘って突起部２０を設けてもよい。
【００４６】
以上、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【符号の説明】
【００４７】
１  風力発電装置、２  タワー、３  発電機、４  回転軸、５  ナセル、６  ロータ、
７  風向風速計、１０  風車翼、１０ａ  翼背面、１０ｂ  翼腹面、
１０１  背側部材、１０２  腹側部材、２０  突起部、３０  固定部、３１  作動軸、
３２  基台、３３  電磁石、３４  偏心カム、３５  モーター、３６  制御部、
３７  筐体、３８  電磁ソレノイド、３９  バネ、４０  作動軸、
【図１】
2015132882.tif 000003
【図２】
2015132882.tif 000004
【図３Ａ】
2015132882.tif 000005
【図３Ｂ】
2015132882.tif 000006
【図４】
2015132882.tif 000007
【図５】
2015132882.tif 000008
【図６Ａ】
2015132882.tif 000009
【図６Ｂ】
2015132882.tif 000010
【図６Ｃ】
2015132882.tif 000011
【図６Ｄ】
2015132882.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年7月23日(2015.7.23)
【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】
回転軸に放射状に取り付けられた揚力型の風車翼が風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、
前記風車翼の翼背面のうち、前記風車翼の前縁側であって、前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記回転軸側の部位のみに、前記翼背面から突出する突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置であって、
前記翼背面のうち、当該翼背面から翼腹面までの翼厚が最大となる位置よりも前記前縁側の部位に、前記突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置であって、
前記突起部が前記翼背面に対して出没可能であることを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
請求項３に記載の風力発電装置であって、
前記翼背面における剥離現象、又は、その前兆現象が発生すると、前記突起部が前記翼背面から突出し、
前記剥離現象が解消した後、前記突起部が前記翼背面から突出してから所定時間の経過後、又は、前記剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、前記突起部が前記風車翼の内部に収容されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の風力発電装置であって、
前記風車翼の内部の圧力と前記翼背面上の圧力との差によって、前記突起部が前記翼背面から突出することを特徴とする風力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一つは、回転軸に放射状に取り付けられた揚力型の風車翼が風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、前記風車翼の翼背面のうち、前記風車翼の前縁側であって、前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記回転軸側の部位のみに、前記翼背面から突出する突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置である。
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月25日(2016.4.25)
【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】
回転軸に放射状に取り付けられた揚力型の風車翼が風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、
前記風車翼の翼背面のうち、前記風車翼の前縁側であって、前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記回転軸側の部位のみに、前記翼背面から突出する突起部が設けられ、
前記突起部は、
前記翼背面に突出した状態で固定して設けられ、または、前記翼背面を常時開口することなく、前記翼背面に対して出没可能に設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の風力発電装置であって、
前記翼背面のうち、当該翼背面から翼腹面までの翼厚が最大となる位置よりも前記前縁側の部位に、前記突起部が設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の風力発電装置であって、
前記突起部が、前記翼背面を常時開口することなく、前記翼背面に対して出没可能に設けられており、
前記翼背面における剥離現象、又は、その前兆現象が発生すると、前記突起部が前記翼背面から突出し、
前記剥離現象が解消した後、前記突起部が前記翼背面から突出してから所定時間の経過後、又は、前記剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、前記突起部が前記風車翼の内部に収容されることを特徴とする風力発電装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の風力発電装置であって、
前記突起部が、前記翼背面を常時開口することなく、前記翼背面に対して出没可能に設けられており、
前記風車翼の内部の圧力と前記翼背面上の圧力との差によって、前記突起部が前記翼背面から突出することを特徴とする風力発電装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の一つは、回転軸に放射状に取り付けられた揚力型の風車翼が風を受けて回転することにより発電機を駆動して発電する風力発電装置であって、前記風車翼の翼背面のうち、前記風車翼の前縁側であって、前記風車翼の長手方向における中央部よりも前記回転軸側の部位のみに、前記翼背面から突出する突起部が設けられ、前記突起部は、前記翼背面に突出した状態で固定して設けられ、または、前記翼背面を常時開口することなく、前記翼背面に対して出没可能に設けられていることを特徴とする風力発電装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
このような風力発電装置によれば、風車翼の翼腹面を流れる空気流への影響を抑えつつ、翼背面を流れる空気流が突起部に衝突することで発生する渦（乱流）により翼背面にて発生する剥離現象を抑制することができる。また、翼背面のうち翼先端部側の部位よりも翼根部側（回転軸側）の部位にて多発する剥離現象を抑制することができる。さらに、翼背面にて剥離現象が発生しているときには、翼背面から突起部を突出させることで、剥離現象を抑制することができ、また、翼背面にて剥離現象が発生していないときには、突起部の一部又は全体を風車翼の内部に収容することで、翼背面を流れる空気流の抵抗を小さくすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
かかる風力発電装置であって、前記突起部が、前記翼背面を常時開口することなく、前記翼背面に対して出没可能に設けられており、前記翼背面における剥離現象、又は、その前兆現象が発生すると、前記突起部が前記翼背面から突出し、前記剥離現象が解消した後、前記突起部が前記翼背面から突出してから所定時間の経過後、又は、前記剥離現象が解消してから所定時間の経過後に、前記突起部が前記風車翼の内部に収容されることを特徴とする風力発電装置である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
かかる風力発電装置であって、前記突起部が、前記翼背面を常時開口することなく、前記翼背面に対して出没可能に設けられており、前記風車翼の内部の圧力と前記翼背面上の圧力との差によって、前記突起部が前記翼背面から突出することを特徴とする風力発電装置である。
【国際調査報告】
2015132882.tif 000013
2015132882.tif 000014
2015132882.tif 000015
2015132882.tif 000016