JP2003056452A

JP2003056452A - 風力発電機用ブレード及び風力発電機

Info

Publication number: JP2003056452A
Application number: JP2001243636A
Authority: JP
Inventors: Haruyuki Nishida; 晴幸西田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-10
Filing date: 2001-08-10
Publication date: 2003-02-26
Also published as: WO2003016713A1

Abstract

(57)【要約】【課題】機構が簡易でありながら、低い風速で始動で
きる風力発電機用ブレード及び風力発電機を提供するこ
と。【解決手段】発電機に連結されたロータ軸にハブ８が
取り付けられ、このハブ８に３枚の風力発電機用ブレー
ド１が、１２０度の間隔で放射状に取り付けられる。こ
のブレード１の風の主流方向下流側の面（背面）に設け
られ、ブレード１の回転方向Ｒの先端側端部に沿って、
その長手方向がブレード回転面の半径方向に配置された
背面側に突出した突条からなるバリアー部材１１を備え
る。このバリアー部材１１は、正面から吹いてくる風に
対して、ブレード１の回転方向Ｒ先端部側から回りこん
で乱流渦となった空気を捉え、この圧力を回転方向Ｒ向
きの回転トルクに変換することでカットイン風速を低く
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロペラ式の風力
発電機用ブレードに係り、詳しくは風速が低くても始動
可能なブレードの形状に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、化石燃料の使用による資源の枯渇
や、大気中の二酸化炭素の増加などを考慮して風力発電
機が増加しつつある。しかし日本での年間平均風速は、
２．２ｍ／秒程度で、従来の風力発電機では、回転を始
めるための最低風速（カットイン風速）に達しないこと
が多く、風力発電機を設置するためには、例えばブレー
ドのピッチ（風の流れ方向に対して垂直な面に対するす
るブレードの偏角）を可変にして、カットイン風速を下
げるような手段が用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ブレードの
ピッチを可変にするためには複雑な機構が必要であり、
コストが増加するという問題があった。本発明は、機構
が簡易でありながら、低い風速でも始動可能な風力発電
機用ブレード及びこの風力発電機用ブレードを用いた風
力発電機を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る風力発電機用ブレードでは、風の主
流方向下流側の面のブレード回転方向の先端側に設けら
れ、その長手方向がブレード回転面の半径方向に配置さ
れた突条からなるバリアー部材を備えたことを要旨とす
る。

【０００５】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、ブレードの形状に応じて主流方向下流側の面に比較
的圧力の高い部分と比較的圧力の低い部分とを生じさせ
て、その圧力の差を始動のために有効に利用してカット
イン風速を遅くすることができるという作用がある。

【０００６】請求項２に記載の風力発電機用ブレードで
は、請求項１に記載の風力発電機用ブレードの構成に加
え、前記バリアー部材は、ブレードの一般面からの突出
距離がブレード末端側とブレード基端側とで異なること
を要旨とする。

【０００７】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１に記載の風力発電機用ブレードの作用に加
え、生じる力の大きさをブレードの位置に応じて調整す
ることができるという作用がある。

【０００８】請求項３に記載の風力発電機用ブレードで
は、請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用ブレー
ドの構成に加え、前記バリアー部材は、ブレードの回転
方向の先端部に配設されたこと要旨とする。

【０００９】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用ブレー
ドの作用に加え、ブレードの形状に応じて主流方向下流
側の面に比較的圧力の高い部分と比較的圧力の低い部分
とを生じさせて、その圧力の差を始動のために有効に利
用することができるという作用がある。

【００１０】請求項４に記載の風力発電機用ブレードで
は、請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用ブレー
ドの構成に加え、前記バリアー部材は、ブレードの回転
方向の先端部から所定距離離間して配設されたことを要
旨とする。

【００１１】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用ブレー
ドの作用に加え、ブレードの形状に応じて主流方向下流
側の面に比較的圧力の高い部分と比較的圧力の低い部分
とを生じさせて、その圧力の差を始動のために有効に利
用することができるという作用がある。

【００１２】請求項５に記載の風力発電機用ブレードで
は、請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用ブレー
ドの構成に加え、前記バリアー部材は、末端側と基端側
とで前記ブレードの回転方向先端部から離間する距離が
異なるように配設されたことを要旨とする。

【００１３】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用ブレー
ドの作用に加え、ブレードの形状に応じて主流方向下流
側の面に比較的圧力の高い部分と比較的圧力の低い部分
とを生じさせて、その圧力の差を始動のために有効に利
用することができるという作用がある。

【００１４】請求項６に記載の風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの構成に加え、前記バリアー部材は、
ブレードの基端部から末端部まで連続して設けられたこ
とを要旨とする。

【００１５】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの作用に加え、ブレードの形状に応じ
て主流方向下流側の面に比較的圧力の高い部分と比較的
圧力の低い部分とを生じさせて、その圧力の差を始動の
ために有効に利用することができるという作用がある。

【００１６】請求項７に記載の風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの構成に加え、前記バリアー部材は、
ブレードの基端部から末端部までの一部に設けられたこ
とを要旨とする。

【００１７】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの作用に加え、ブレードの一部にバリ
アー部材を設けることでブレードの形状に応じて主流方
向下流側の面に比較的圧力の高い部分と比較的圧力の低
い部分とを生じさせて、その圧力の差を始動のために有
効に利用するとともに、バリアー部材がないところでは
始動後の回転の空気抵抗を小さくすることができるとい
う作用がある。

【００１８】請求項８に記載の風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの構成に加え、前記バリアー部材は、
１枚のブレードに対して複数設けられたことを要旨とす
る。

【００１９】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの作用に加え、ブレードを複数設ける
ことでブレードの形状に応じて主流方向下流側の面に比
較的圧力の高い部分と比較的圧力の低い部分とをさらに
生じさせて、その圧力の差を始動のために有効に利用す
ることができるという作用がある。

【００２０】請求項９に記載の風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの構成に加え、前記バリアー部材は、
ブレードと一体に設けられたことを要旨とする。

【００２１】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの作用に加え、構造を単純にし、製造
工程を簡易にすることができるという作用がある。

【００２２】請求項１０に記載の風力発電機用ブレード
では、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の風
力発電機用ブレードの構成に加え、前記バリアー部材
は、端部がブレードに揺動可能に支持され、ブレードの
一般面に対する角度が調節可能に構成されたことを要旨
とする。

【００２３】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の風力
発電機用ブレードの作用に加え、始動時には大きなトル
クを生じ或いは回転時に応じてバリアー部材を最も適当
な位置に調整できるという作用がある。

【００２４】請求項１１に記載の風力発電機用ブレード
では、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の
風力発電機用ブレードの構成に加え、前記バリアー部材
は、ブレードの一般面から突出する突出位置とブレード
内に収納される収納位置とに変位するようにスライド可
能に構成されたことを要旨とする。

【００２５】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の風
力発電機用ブレードの作用に加え回転数に応じてバリア
ー部材を最も適当な突出量に調整できるという作用があ
る。

【００２６】請求項１２に記載の風力発電機用ブレード
では、請求項１０又は請求項１１に記載の風力発電機用
ブレードの構成に加え、前記バリアー部材は、少なくと
も１面がブレード一般面とともに平坦な面を形成可能な
位置に変位可能に構成されたことを要旨とする。

【００２７】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１０又は請求項１１に記載の風力発電機用ブ
レードの作用に加え、ブレードの始動後にバリアー部材
を格納した場合に、回転する空気の流れに悪影響を与え
ることがないという作用がある。

【００２８】請求項１３に記載の風力発電機用ブレード
では、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の
風力発電機用ブレードの構成に加え、前記バリアー部材
は、ブレードの一般面から突出した壁状の形状であるこ
とを要旨とする。

【００２９】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の風
力発電機用ブレードの作用に加え、ブレードの形状に応
じて主流方向下流側の面に比較的圧力の高い部分と比較
的圧力の低い部分とを生じさせて、その圧力の差を始動
のために有効に利用することができるという作用があ
る。

【００３０】請求項１４に記載の風力発電機用ブレード
では、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の
風力発電機用ブレードの構成に加え、前記バリアー部材
のブレード回転方向先端側にブレード一般面より内部側
に設けられた空間であるチャンバーが設けられたことを
要旨とする。

【００３１】この構成に係る風力発電機用ブレードで
は、請求項１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の風
力発電機用ブレードの作用に加え、ブレードの形状に応
じて主流方向下流側の面に比較的圧力の高い部分と比較
的圧力の低い部分とを生じさせて、その圧力の差を始動
のためにさらに有効に利用することができるという作用
がある。

【００３２】請求項１５に記載の風力発電機では、請求
項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の風力発電機
用ブレードを備えたことを要旨とする。

【００３３】この構成に係る風力発電機では、バリアー
部材を備えたブレードを用いることでカットイン風速を
遅くすることができるという作用がある。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した風力発
電機用ブレード１及びこれを用いた風力発電機２の一の
実施の形態を図１〜図１０に従って説明する。まず、風
力発電機用ブレード（以下ブレードと略記する。）１が
適用される風力発電機２の概略を説明する。図１は、本
実施の形態の風力発電機２を示す図である。本実施の形
態に一例として示す風力発電機２は、簡易型の風力発電
機で、地面に固定された基礎３から垂直上方に立設され
た金属製パイプの支柱からなるタワー４の上端に水平に
回動可能なナセル５が配置される。ナセル５には発電機
６が載置される。発電機６から水平にロータ軸７が延設
され、その先端にはロータ軸７に垂直且つ同心の円盤状
のハブ８が取り付けられ、このハブ８を介して、３枚の
ブレード１ａ，１ｂ，１ｃ（以下特に区別しない場合は
ブレード１と表記する。）が１２０度の角度間隔で、ロ
ータ軸７と垂直且つ同心の円上に配設され取付部材１０
（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ（以下特に区別しない場合は
取付部材１０と表記する。））によりハブ８に取り付け
られている。また、ナセル５のブレード１と反対の方向
にはヨーコントロールためのテールフィン９が縦位置で
略水平に延設される。なおナセル５は、発電機６をカバ
ーするような形状としてもよい。

【００３５】ここで、図２は、図１のＡ方向から見た取
付部材１０によりハブ８に取り付けられたブレード１の
構造を示す図である。ブレード１は、細長板状の部材
で、それぞれの基端部はハブ８と取付部材１０により連
結されている。取付部材１０は、２つのＬ字状に屈曲さ
れた細長金属板からなる。この取付部材１０のうちの一
方は、一端がブレード１に、他の一端が風上方向に突出
されるようにねじ止めされて固定される。また他の取付
部材は一端がハブ８に、他の一端が風下方向に突出され
るようにボルト・ナットによりねじ止めされて固定され
る。そして、これらの取付部材の突出部分同士がボルト
・ナットで相互に回動可能にねじ止めされる。そのため
ボルト・ナットを緩めることで相互に回動可能になるた
め、ハブ８とブレード１との角度αを調節することがで
きる。本願ではこの角度αをピッチ角という。

【００３６】このように構成された風力発電機２の作用
を説明する。風が吹くと、その風がテールフィン９に当
たり、その風力でナセル５が回動する。そして、テール
フィン９が最も風の抵抗が小さくなる位置でナセル５が
停止する。このとき、風の主流方向において、テールフ
ィン９は風下方向（風の主流方向）に突出する位置とな
り、ハブ８及びブレード１が風上方向（主流方向と反対
方向）に対面し、ロータ軸７も風上方向に向く。このよ
うにしてテールフィン９により常にブレード１は風上方
向に対面する。即ち、このテールフィン９がこの風力発
電機２のヨーコントロールシステムとして機能してい
る。なお、大型の風力発電機であれば、別に備えられた
風向計により風向を検出し、その結果に基づいてナセル
５をコンピュータに制御されたモータコントロールなど
によりアクティブに回動させるようなヨーコントロール
システムとしてもよい。

【００３７】風上に対面したブレード１は、図２に示す
ようなピッチ角αが付けられているため、風が吹くとロ
ータ軸７を中心に正面から見て時計周り（図１、２に示
すＲ方向）に回転しようとするモーメントが生じる。そ
して、風速がカットイン風速（起動風速）を超えると、
ロータ軸７が回転し、発電機６により発電が開始され
る。なお、この風力発電機２は一例であり、発電機６と
ロータ軸７の間に歯車装置からなる増速機を備えてもよ
い。また、クラッチ装置を備えたりブレーキ装置を備え
てもよい。さらに、かさ歯歯車を用いてロータ軸７を鉛
直下方に屈曲させてタワー４の内部を通し、基礎３の部
分に発電機６を配置したような構成でもよい。

【００３８】このようにして発電機６で発電された電気
は、コンバータで直流とされたり、インバータで所定周
波数の交流とされ、或いはさらにトランス装置により昇
圧されて、系統連系に適合する電気に変換されて送電さ
れる。

【００３９】次に本実施の形態の風力発電機用ブレード
１について、詳細に説明する。ここで図３は、ブレード
１を図２のＷ方向から見た図である。図上矢印Ｒ方向は
回転方向を示す。ブレード１は、長方形から回転方向Ｒ
後端部の末端側（半径方向外側）から中央部にかけて角
部を直線的に切り欠かれた変形５角形である。ブレード
１全体の長さは基端側（半径方向中心側）端部の幅のお
よそ５倍で、末端部は基端部の幅の４０％程度の幅とな
っている。そして、ブレード１の風の主流方向下流側
（背面側）の一般面の、回転方向Ｒの先端側にバリアー
部材１１が表層を区切るように立設されている。ここ
で、ブレードの一般面とは、バリアー部材１１がない場
合のブレード１の表面をいう。バリアー部材１１は、図
２に示すように、壁状の突条で、ブレード１の回転側先
端部と平行に所定距離離されて直線的に設けられる。バ
リアー部材１１は、その長手方向がブレード１の回転面
の概ね半径方向になるが、本発明では、ブレードの形
状、空気の流れなどにより、例えば半径方向と４５度程
度までの傾きがあってもよい。

【００４０】また、本実施形態のブレード１は、前述の
ピッチ角αが１５度で固定されており可変ピッチは採用
されていない。なお、本実施の形態では、説明のためブ
レード１は、その形状が単純な平面的な形状となってい
るが、大きな回転トルクを得るために種々の形状が採用
でき、さらに過回転を防止するためのストール制御を行
うようなブレード断面とする構成も好ましい。

【００４１】ここで、本実施の形態の構成において、カ
ットイン風速を低下できる作用を説明する。ここで図４
は、従来のブレード１０１の図３に示すＡ−Ａ部分に相
当する部分の断面と、その周囲の風の流れを模式的に示
した断面図である。風の主流方向をＷ方向とすると、停
止しているブレード１０１に対して、空気は、まずブレ
ード１０１の風の上流側の面（前面）にぶつかり、ブレ
ード１０１の前面に沿って流れる。また、ブレード１０
１の回転方向Ｒ先端部に流れ込む空気は、この先端部が
エッジとなるため、その部分の流速が速くなる。この流
速の速くなった空気がエッジ部分を通過すると、前面側
に沿って流れていた空気の層流が剥離してブレード１０
１の風の下流側の面（背面）の圧力が低くなる。しかし
ながら、この圧力の不均一は、ブレード１０１に対して
は、ブレード１０１の回転方向Ｒ若しくは回転方向Ｒの
反対方向への分力が生じにくいため回転のためのトルク
への影響が小さい。また、空気密度の不均一は境がない
ため速やかに均一化する。

【００４２】次に、図５は、本実施の形態のブレード１
の図３に示すＡ−Ａ部分の断面と、その周囲の風の流れ
を模式的に示した図である。ここでは図４と同様に風の
主流方向をＷ方向とすると、ブレード１０１の場合と同
様に、空気は、まずブレード１の風の上流側の面（前
面）にぶつかり、ブレード１の前面に沿って流れる。ま
た、ブレード１の回転方向Ｒ先端部に流れ込む空気は、
この先端部がエッジとなるため、その部分の流速が速く
なる。また、エッジ部分を通過すると、前面側に沿って
流れていた空気の層流が剥離して乱流による渦（乱流
渦）が発生する。そうすると乱流渦の部分は比較的速度
が遅くなって圧力が高くなる。

【００４３】このとき、ブレード１の回転方向Ｒ側先端
部のエッジで流速が速められた空気は、ブレード１の回
転方向Ｒ側先端とバリアー部材１１とに囲まれた領域Ｌ
の外側を速い速度で移動するため、領域Ｌの圧力を低く
する。これに対し、バリアー部材１１の回転方向Ｒの反
対方向側の領域Ｈ部分の圧力がＬに比べて高くなる。そ
のためバリアー部材１１の回転方向Ｒ側の領域Ｌの圧力
と、バリアー部材１１の回転方向Ｒの反対方向側の領域
Ｈの圧力に相対的な差が生じ、この気圧の相対的な差が
バリアー部材１１に対して、Ｒの向きに力を生じさせ
る。その結果、この力がブレード１をＲ方向に回転させ
るトルクとなって、カットイン風速を低下させる。

【００４４】ここから判るように、バリアー部材１１を
ブレード１の回転方向Ｒの後端側に近づけて設けると、
ブレード回転方向Ｒの後端部側から流入した空気がバリ
アー部材１１に対して回転方向Ｒと反対向きのトルクを
生じさせてしまう。従って、バリアー部材１１は、後述
するように種々の取付位置・大きさ（高さ）が考えられ
るが、一般的には、上述の理由及び経験値から、ブレー
ド１の幅（円弧方向長さ）をＣとし、バリアー部材１１
のブレード１の回転方向Ｒ側先端からバリアー部材１１
までの距離をｌとした場合、０≦ｌ≦Ｃ／２が好まし
い。また、バリアー部材１１の高さ（一般面からの突出
距離）をｔとした場合、ｔが余り大きいと、始動した後
の回転するときの空気抵抗が大きくなるため、０≦ｔ≦
Ｃ／４が好ましい。

【００４５】次に、本実施の形態についての実験例につ
いて説明する。図６は、本実施の形態の風力発電機２
と、ここに風を送る風洞装置１３による実験装置の構成
を示す図である。風力発電機２の前面に風洞装置１３を
設置する。風洞装置１３は、円筒形の風洞１４が配置さ
れ、その上流側の開口部には送風機１５が配設される。
この送風機１５は、回転数が駆動電流の周波数に同期す
るもので、インバータを備えた電源装置１６により周波
数を変化させることで回転数を変化させて駆動できる。
また、風力発電機２側の開口部には、整流板１７が備え
られ、排出する空気の流れを整流する。整流板１７は、
複数の細長の板状部材を平行に垂直に交差させてメッシ
ュ状に組み合わせた周知の構成の整流板である。また、
風力発電機２には、電圧計１８が接続され、発電機６で
の発電の電圧が観測できる。この発電機の発電する電圧
により風力発電機のブレード１の回転数の変化を推定す
る。

【００４６】以上のような構成の実験装置を用いて以下
のような実験を行った。ここで、図７は、本実施の形態
のブレード１の断面図を示す。図７に示すように、実験
に使用したブレード１の条件として、バリアー部材１１
のブレード１の回転方向Ｒ先端側からの距離を「ｌ」、
バリアー部材１１の高さ（ブレード１一般面からの突出
量）を「ｔ」とする。

【００４７】（実験例１）図８は、実験例１の結果を示
す表を示す。図９は、実験例１の結果を示すグラフを示
す。ここでは、バリアー部材１１の高さｔ及び、ブレー
ド１の回転方向Ｒ先端部からの距離ｌを、（例１）バリアー部材がない場合（例２）ｔ＝８．５，ｌ＝５（例３）ｔ＝１２，ｌ＝５（例４）ｔ＝１２，ｌ＝８と条件を変えて実験をした。また、風洞の排気側端部か
らブレードまでの距離を１０５ｃｍとし、ブレード１の
ピッチはα＝１５（度）とした。

【００４８】ここで、例１〜例４のブレード１毎に、電
源装置１６の周波数を２５．５Ｈｚから６０Ｈｚまで上
昇させて送風機１５の回転数を高めていった。そして送
風量を増加させて風速を高めていきながら、そのときの
発電機６による発電電圧（Ｖ）を電圧計１８で計測し、
ブレード１の回転を推定した。ここで、明らかになった
のは、図８、図９に示すように、バリアー部材１１がな
い（例１）の場合は、電源の周波数が３２．０Ｈｚにな
って初めてブレード１が回転したのに対して、（例
２）、（例３）、（例４）では、それぞれ２８．０Ｈ
ｚ、２７．０Ｈｚ、２９．０Ｈｚであり、バリアー部材
１１がない場合よりも低い周波数、つまり低い風速でブ
レード１の回転が始動したことが判る。

【００４９】また、本実施の形態のブレード１では、
（例２）と（例３）を比較することで、バリアー部材１
１の高さｔが、カットイン風速に影響を与えていること
が明らかになっている。

【００５０】また、本実施の形態のブレード１では、
（例３）と（例４）を比較することで、バリアー部材１
１のブレード１の回転方向Ｒ先端部からの距離ｌが、カ
ットイン風速に影響を与えていることが明らかになって
いる。

【００５１】バリアー部材１１がない（例１）の場合
は、図９に示すグラフからわかるように電源の周波数が
例えば４５Ｈｚと上昇するのに応じて、言い換えると風
速が速くなるに従って、発電電圧（Ｖ）が１．８００
（Ｖ）と急激に上昇、つまりブレード１の回転が高速に
なっている。これに対して、（例２）、（例３）、（例
４）では、それぞれ０．４８０（Ｖ），０．３１０
（ｖ），０．４００（Ｖ）と低い数値を示している。特
に、カットイン風速が最も低かった（例３）の場合が最
もブレード１の回転が低く押さえられている。このこと
から、ブレード１に設けられたバリアー部材１１は、始
動時には有効な回転トルクを生じさせ、反対にブレード
１が高速で回転する場合には、回転の抵抗となっている
ことがわかる。つまり、回転が開始する時には、（例
３）のようなブレード１で回転が開始されたら（例１）
のようにバリアー部材１１がないブレード１が広いレン
ジの風速で効率の良い発電が可能になるブレード１とい
える。

【００５２】次に、図１０は、上述実験装置において
（例１・バリアー部材なし）及び（例２・ｔ＝８．５
（ｍｍ），ｌ＝５（ｍｍ））のブレード１を用いて、電
源装置１６を所定の周波数に固定した場合に、発電機６
による発電電圧（Ｖ）を時間（秒）の経過とともに調べ
たグラフである。電源周波数（Ｈｚ）を、（例１）の場
合では、２９．０Ｈｚと３１．０Ｈｚと、（例２）の場
合では、２５．５Ｈｚ，２７．０Ｈｚ，２９．０Ｈｚ，
３１．０Ｈｚとした。ここで、（例１）で電源周波数を
２９．０Ｈｚとした場合は、（例１／２９）のように示
すこととする。

【００５３】ここでは、バリアー部材１１がない（例１
／２９）のグラフ１、（例１／３１）のグラフ２の場合
では、時間の経過とともに急激に発電電圧、つまり回転
数が上がっていることがわかる。特に、速い風速に応じ
てブレード１の回転も速くなっている。

【００５４】一方、バリアー部材１１を設けた（例２／
３１）のグラフ３，（例２／２９）のグラフ４，（例２
／２７）のグラフ５，（例２／２５．５）のグラフ６の
場合は、いずれの場合も、グラフ１及びグラフ２に比較
して、風速に応じてブレード１の回転数が速やかに上昇
しておらず、且つ、いずれも２０秒から３０秒程度で発
電電圧が０．０４〜０．１６Ｖで一定値に頭打ちになっ
ていることから、回転数が頭打ちになっていることが判
る。このことから、バリアー部材１１を設けることで、
カットイン風速は低くできるが、回転を始めてからはバ
リアー部材１１がないほうが回転の上昇が早い。また、
バリアー部材１１が設けられていることで、風速が速ま
ってもブレード１の回転が所定回転以上にならないこと
がわかる。

【００５５】本実施の形態の風力発電機用ブレード１及
びこれを用いた風力発電機２では、上述のような構成及
び作用を備えるため、以下のような効果がある。 ○ バリアー部材１１により、ブレード１の風の主流方
向下流側面に生じる相対的な圧力の差を捉え、ブレード
１の始動のためのトルクとして利用できるため、カット
イン風速を遅くすることができる。従って、比較的風の
弱い地域でも風力発電機の稼働率を高めることができる
という効果がある。 ○ また、バリアー部材１１により、ブレード１の回転
を所定回転以上にならないように制限することができ
る。そのため、強風の場合でも、ブレード１の過剰な回
転や、過剰な発電を抑制することができるという効果が
ある。 ○ これらの効果により、複雑なピッチコントロールを
することなしに、遅い風速や速い風速に適合させること
ができるブレードを形成できるという効果がある。 ○ また、単純なブレード１の形状により、ストール制
御と同様のブレード１の過回転を防止するような制御を
行うことができるという効果がある。 ○ このため、風力発電機２の構造を簡単にでき、製造
コストを低減させることができるという効果がある。

【００５６】なお、上記実施形態は以下のように変更し
てもよい。 ○ ここで、図１１は、ブレード１の変形例２０１を示
す図である。ブレード２０１は、バリアー部材２１１が
配設される。このバリアー部材２１１は、その配設され
た位置が、ブレード回転方向Ｒ先端部との距離ｌが、末
端部ではｌ＝ｌ１であり、基端部ではｌ＝ｌ２である。
ここで、ｌ１＜ｌ２である。つまり、末端の方がバリア
ー部材２１１が回転方向Ｒ先端部に近接している。ここ
で、ｌ１＝０であってもよく、また、ｌ１＞ｌ２であっ
てもよい。結局この距離は、ブレード２１１の本体形状
に応じて最も目的に応じた性能を出すためトライアンド
エラーにより決定してもよい。

【００５７】また、バリアー部材２１１の高さｔは、末
端部ではｔ＝ｔ１で、基端部ではｔ＝ｔ２であり、ここ
では、ｔ１＜ｔ２である。つまり、バリアー部材２１１
は、いわゆるテーパがついた形状になっている。高さｔ
も、ブレード２０１の形状に応じて、適宜変更できるも
のであり、例えば、ブレード２０１が耐えうる荷重など
を考慮して決定することができる。従って、ｔ１＞ｔ２
としてもよく、またｔ１＝０若しくはｔ２＝０のよう
な、形状であってもよい。

【００５８】○ 図１２は、ブレード１の他の変形例３
０１を主流方向下流側から垂直に見た状態を示す図であ
る。ブレード３０１では、バリアー部材３１１が、ブレ
ード３０１の回転方向Ｒ先端部に設けられる。また、バ
リアー部材３１１は、ブレード３０１の基端部から末端
部まで連続している。このようにブレード３１１の形状
などによっては、距離ｌ＝０として、回転方向Ｒ先端部
に設けてもよい。また実施の形態のように、ブレード１
の回転方向Ｒ先端部の一部にバリアー部材１１を設けな
い形状でもよいが、このようにバリアー部材３１１をブ
レード３０１の基端部から末端部まで連続して設けるこ
ともできる。この場合は、図５に示すブレード１の領域
Ｌのような部分はないが、やはりバリアー部材３１１の
両面にかかる圧力が異なるため、その圧力差によりブレ
ード３０１を回転させるようなトルクが生じうる。

【００５９】○ 図１３は、ブレード１のさらに他の変
形例４０１を主流方向下流側（背面側）から垂直に見た
状態を示す図である。ブレード４０１では、１枚のブレ
ード４０１に対してバリアー部材４１１ａとバリアー部
材４１１ｂと複数のバリアー部材が設けられている。ま
た、図１４は、図１３のブレード４０１のＢ−Ｂにおけ
る断面図である。図１４に示すように、バリアー部材４
１１ｂの高さｔ３はバリアー部材４１１ａの高さｔ４よ
り大きい。このように、バリアー部材４１１ａ，４１１
ｂの高さを変えてもよく、もちろん同じ高さにすること
もできる。なお、図示は省略するが、バリアー部材４１
１は、３以上設けてもよく、それ自身のブレード４０１
上における位置及びバリアー部材４１１同士の位置関係
も平行に限定されない。また、その高さもそれぞれ決定
することができる。

【００６０】○ 次に、図１５（ａ）は、ブレード１の
さらに他の変形例であるブレード５０１を示す断面図で
ある。ここでは、ブレード５０１にバリアー部材５１１
ａが、ヒンジ５１１ｂにより枢着されている状態を示
す。このようにバリアー部材５１１ａを支承することで
バリアー部材５１１の角度を変更することができる。図
示しないモータ、油圧、エア、ソレノイドなどで駆動し
てもよいし、ねじなどで手動で調整するようなものでも
よい。さらに、図１５（ｂ）に示すように、完全に寝か
せてブレード５０１の面に密着させるようにしてもよ
い。このようにすることで、速度に応じたバリアー部材
５１１ａの影響を調整できる。

【００６１】○ 図１６（ａ）は、ブレード１のさらに
他の変形例であるブレード６０１を示す断面図である。
バリアー部材６１１は、摺動可能に構成されており、図
１６（ｂ）に示すように、ブレード６０１に設けられた
空間６０１ａに完全に埋没するように収納される。その
ため、バリアー部材６１１の一面がブレード６０１の一
般面と略同一平面を形成するため、バリアー部材６１１
の影響を完全になくすことができる。なお、スライド方
向は、ブレード６０１の面に垂直に変位するものに限ら
ず、いずれかの方向に傾いたようなものでもよい。

【００６２】○ 図１７（ａ）は、ブレード１のさらに
他の変形例であるブレード７０１を示す断面図である。
バリアー部材７１１ａは、ヒンジ７１１ｂによりブレー
ド７０１に枢着されている。そして、図１７（ｂ）に示
すように、バリアー部材７１１ａは、ヒンジ７１１ｂを
中心に揺動して変位し、バリアー部材７１１ａのブレー
ド回転方向Ｒ後端側のブレード７０１の内部に設けられ
たチャンバー７０１ａに収納され、その表面は平坦にな
る。そのため、バリアー部材７１１ａをチャンバー７０
１ａに収納すれば、バリアー部材７１１の一面とブレー
ド７０１の一般面とが略同一平面を形成し、バリアー部
材７１１ａの影響をなくすことができる。このため、ブ
レード７０１が回転する場合の抵抗となることがない。

【００６３】○ 図１８は、ブレード１のさらに他の変
形例であるブレード８０１を示す断面図である。ここに
はブレード８０１と一体に成形されたバリアー部材８１
１が設けられ、さらにその回転方向Ｒ先端側には、ブレ
ード８０１の内部に形成されたチャンバー８０１ａが設
けられている。このようにバリアー部材８１１をブレー
ド８０１と一体に形成することで部品点数が減少すると
ともに製作工程も１工程減らすことができる。その結
果、生産を容易にし、生産コストも下げることができ
る。また、バリアー部材８１１も、壁状の形状のみなら
ず回転方向Ｒ後端側が切り落とされたバンク状の形状な
ども採用でき、回転方向Ｒ先端側の上バリアー部材８１
１を空気抵抗の少ない形状にするなど、空力的な影響を
考慮した形状とすることもできる。さらに、バリアー部
材８１１の回転方向Ｒ先端側にチャンバー８０１ａを備
えることで、ブレード８０１の主流方向下流側の面に発
生した圧力の比較的高い部分と圧力の比較的低い部分と
の圧力の差を有効に始動時のトルク回転力として用いる
ことができる形状とすることもできる。

【００６４】○ なお、実験例２から明らかなように、
バリアー部材１１の効果により、ロータ軸７の回転数を
抑制できるため、過回転にならないように所望の回転数
が維持されるようにバリアー部材１１を構成することが
できる。

【００６５】○ また、本実施の形態では、ピッチ固定
式のブレード１を例に説明したが、ピッチ可変式のブレ
ードに設けることを妨げるものでもない。

【００６６】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明に係る風
力発電機用ブレード及びこの風力発電機用ブレードを用
いた風力発電機では、機構が簡易でありながら、低い風
速で始動できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の風力発電機２を示す図。

【図２】図１のＡ方向から見た取付部材１０によりハ
ブ８に取り付けられたブレード１の構造を示す図。

【図３】ブレード１を図２のＷ方向から見た図であ
る。

【図４】従来のブレード１０１の図３に示すＡ−Ａ部
分に相当する部分の断面と、その周囲の風の流れを模式
的に示した断面図。

【図５】本実施の形態のブレード１の図３に示すＡ−
Ａ部分の断面と、その周囲の風の流れを模式的に示した
図。

【図６】本実施の形態の風力発電機２と、ここに風を
送る風洞装置１３による実験装置の構成を示す図。

【図７】本実施の形態のブレード１の断面図。

【図８】実験例１の結果を示す表。

【図９】実験例１の結果を示すグラフ。

【図１０】実験装置において（例１）及び（例２）の
ブレード１を用いて、電源装置１６を所定の周波数に固
定した場合に、発電機６による発電電圧（Ｖ）を時間
（秒）の経過とともに調べたグラフ。

【図１１】ブレード１の変形例２０１を示す図。

【図１２】ブレード１の他の変形例３０１を主流方向
下流側から垂直に見た状態を示す図。

【図１３】ブレード１のさらに他の変形例４０１を主
流方向下流側から垂直に見た状態示す図。

【図１４】図１３のブレード４０１のＢ−Ｂにおける
断面図。

【図１５】（ａ），（ｂ）ブレード１のさらに他の変
形例であるブレード５０１を示す断面図。

【図１６】（ａ），（ｂ）ブレード１のさらに他の変
形例であるブレード６０１を示す断面図。

【図１７】（ａ），（ｂ）ブレード１のさらに他の変
形例であるブレード７０１を示す断面図。

【図１８】ブレード１のさらに他の変形例であるブレ
ード８０１を示す断面図。

【符号の説明】

１（１ａ，１ｂ，１ｃ）…風力発電機用ブレード２…風力発電機８…ハブ１０…取付部材１１…バリアー部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3H078 AA02 AA26 BB11 BB13 CC02 CC12 CC22 CC41 5H607 BB02 CC03 CC05 CC09 DD07 DD08 DD19 EE02 EE06 EE13 EE31 FF26

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】風の主流方向下流側の面のブレード回転
方向の先端側に設けられ、その長手方向がブレード回転面の半径方向に配置された
突条からなるバリアー部材を備えたことを特徴とする風
力発電機用ブレード。
【請求項２】前記バリアー部材は、ブレードの一般面からの突出距離がブレード末端側とブ
レード基端側とで異なることを特徴とする請求項１に記
載の風力発電機用ブレード。
【請求項３】前記バリアー部材は、ブレードの回転方向の先端部に配設されたことを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用ブレー
ド。
【請求項４】前記バリアー部材は、ブレードの回転方向の先端部から所定距離離間して配設
されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の
風力発電機用ブレード。
【請求項５】前記バリアー部材は、末端側と基端側とで前記ブレードの回転方向先端部から
離間する距離が異なるように配設されたことを特徴とす
る請求項１又は請求項２に記載の風力発電機用ブレー
ド。
【請求項６】前記バリアー部材は、ブレードの基端部から末端部まで連続して設けられたこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載の風力発電機用ブレード。
【請求項７】前記バリアー部材は、ブレードの基端部から末端部までの一部に設けられたこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
記載の風力発電機用ブレード。
【請求項８】前記バリアー部材は、１枚のブレードに対して複数設けられたことを特徴とす
る請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の風力発
電機用ブレード。
【請求項９】前記バリアー部材は、ブレードと一体に設けられたことを特徴とする請求項１
乃至請求項８のいずれか１項に記載の風力発電機用ブレ
ード。
【請求項１０】前記バリアー部材は、端部がブレードに揺動可能に支持され、ブレードの一般
面に対する角度が調節可能に構成されたことを特徴とす
る請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の風力発
電機用ブレード。
【請求項１１】前記バリアー部材は、ブレードの一般面から突出する突出位置とブレード内に
収納される収納位置とに変位するようにスライド可能に
構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の
いずれか１項に記載の風力発電機用ブレード。
【請求項１２】前記バリアー部材は、少なくとも１面がブレード一般面とともに平坦な面を形
成可能な位置に変位可能に構成されたことを特徴とする
請求項１０又は請求項１１に記載の風力発電機用ブレー
ド。
【請求項１３】前記バリアー部材は、ブレードの一般面から突出した壁状の形状であることを
特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記
載の風力発電機用ブレード。
【請求項１４】前記バリアー部材のブレード回転方向
先端側にブレード一般面より内部側に設けられた空間で
あるチャンバーが設けられたことを特徴とする請求項１
乃至請求項１３のいずれか１項に記載の風力発電機用ブ
レード。
【請求項１５】請求項１乃至請求項１４のいずれか１
項に記載の風力発電機用ブレードを備えたことを特徴と
する風力発電機。