WO2014192297A1 - ロータ - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a rotor for a wind and hydraulic machine comprising a hub supported by a main shaft and a blade having a base end coupled to the hub.
  • Patent Document 1 a blade whose leading edge is formed in a straight line over almost the entire length of the leading edge is known (for example, Patent Document 1).
  • a vortex is generated near the leading edge of the blade due to wind (air), that is, fluid flow and centrifugal action near the blade surface.
  • This vortex flows along the leading edge of the blade from the vicinity of the radially inner end of the rotor toward the radially outer side of the rotor.
  • such a vortex flows along the leading edge of the blade from the vicinity of the end of the leading edge on the radially inner side of the rotor toward the radially outer side of the rotor.
  • the blade collapsed away from the surface of the blade just before reaching the end near the radially outer side of the blade.
  • the fluid resistance increases, so there is a problem that noise increases and power generation efficiency decreases.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a rotor for a wind-hydraulic machine that can reduce the fluid resistance that a blade receives.
  • the gist configuration of the present invention for achieving the above object is as follows.
  • the rotor of the present invention A rotor for a wind and hydraulic power machine comprising a hub supported by a main shaft and a blade having a proximal end coupled to the hub, In the projection plane perpendicular to the rotation center axis of the rotor, The leading edge of the blade projects at least in part toward the front in the rotational direction of the rotor with respect to a first line segment connecting the radially inner end of the rotor and the radially outer end of the rotor.
  • the leading edge protruding tip is disposed at a position separated from the outer peripheral edge of the hub by 0.4 to 0.6 times the length of the blade, radially outward of the rotor; A portion of the leading edge of the blade extending from the radially inner end of the rotor to the leading edge protruding tip is at least partly connected to the leading edge of the leading edge of the blade in the radial direction of the rotor and the leading edge protruding tip. 2 is curved or bent convexly toward the rear side in the rotational direction of the rotor, It is characterized by that.
  • the vortex generated near the leading edge of the blade is generated along the leading edge over the entire length of the leading edge, and near the leading edge protruding tip. It can be divided into two parts so as to cancel each other. Thereby, the vortex generated in the vicinity of the leading edge can be weakened and the fluid resistance received by the blade can be reduced.
  • the term “wind-hydraulic machine” refers to a wind power generator (including a wave power generator using an air flow, etc .; the same shall apply hereinafter) or a hydroelectric generator (tidal power generator, ocean current generator, etc. In the following, the same shall apply), and means a machine that uses power obtained by fluid power such as wind power or hydraulic power.
  • the “blade length” in the present invention refers to a length obtained by subtracting the hub radius from the rotor radius.
  • the “rotor radius” refers to the distance from the rotation center axis of the rotor to the outermost end of the blade in the radial direction of the rotor.
  • the “hub radius” means the radius of the circumscribed circle of the hub on the projection plane.
  • the “front edge protruding tip” in the present invention refers to the point on the projection surface that is located on the front edge of the blade and is located on the front side in the rotational direction of the rotor with respect to the first line segment. And the point between the point where the perpendicular drawn from the point to the first line segment intersects the first line segment is the maximum.
  • curved or bent as used in the present invention refers to extending into a shape in which one or a plurality of arcs and / or straight lines are connected.
  • the trailing edge of the blade protrudes forward in the rotational direction of the rotor, at least in part, with respect to a third line segment connecting the radially inner end of the rotor and the radially outer end of the rotor.
  • the rear edge protruding tip is disposed at a position separated by 0.4 to 0.6 times the length of the blade from the outer peripheral edge of the hub, radially outward of the rotor, A portion of the trailing edge of the blade extending from the radially inner end of the rotor to the trailing edge protruding tip is at least partially connected to the trailing edge of the trailing edge of the rotor and the trailing edge protruding tip. It is preferable that the line segment 4 is curved or bent convexly toward the rear side in the rotational direction of the rotor. According to this configuration, the shape of the trailing edge of the blade can be formed along the shape of the leading edge, so that the frictional resistance on the surface of the blade is excessively increased at least at a part of the width center line of the blade. Can be prevented.
  • the “rear edge protruding tip” as used in the present invention refers to the point on the projection plane that is located on the rear edge of the blade and is located on the front side in the rotational direction of the rotor with respect to the third line segment. And the point where the perpendicular line drawn from the point to the third line segment intersects with the third line segment is the maximum.
  • a portion of the leading edge of the blade extending from the leading edge protruding tip to the radially outer end of the rotor is at least partially connected to the leading edge of the leading edge and the radially outer end of the rotor. It is preferable that the line 5 projects toward the front side in the rotational direction of the rotor. With this configuration, the air resistance can be further reduced.
  • a rotor for a wind and hydraulic power machine comprising a hub supported by a main shaft and a blade having a proximal end coupled to the hub, In the projection plane perpendicular to the rotation center axis of the rotor, At least a portion of the leading edge of the blade protrudes forward in the rotational direction of the rotor with respect to a first line segment connecting the radially inner end of the rotor and the radially outer end of the rotor.
  • a portion of the leading edge of the blade extending from a radially inner end of the rotor to a leading edge protruding tip from which the leading edge protrudes is at least partially, and the radially inner end of the rotor and the leading edge protruding tip of the leading edge Is curved or bent convexly on the front side in the rotational direction of the rotor with respect to the second line segment connecting
  • the front edge of the blade extends from the leading edge protruding tip to the radially outer end of the rotor, but at least partly connects the leading edge protruding tip of the leading edge and the radially outer end of the rotor. Projecting backward in the rotational direction of the rotor with respect to It is characterized by that. According to the rotor of the present invention, the fluid resistance received by the blade can be reduced.
  • the trailing edge of the blade protrudes forward in the rotational direction of the rotor, at least in part, with respect to a third line segment connecting the radially inner end of the rotor and the radially outer end of the rotor.
  • a third line segment connecting the radially inner end of the rotor and the radially outer end of the rotor Preferably it is.
  • the shape of the trailing edge of the blade can be formed along the shape of the leading edge, so that the frictional resistance on the surface of the blade is excessively increased at least at a part of the width center line of the blade. Can be prevented.
  • a tip portion of the blade on the radially outer side of the rotor is branched into a plurality of portions, Each branch portion is formed so as to taper toward the outside in the radial direction of the rotor, It is preferable that a part of the front edge and the rear edge of the blade along the branch portion extend on a tangent line at the branch start position of the branch portion of the front edge and the rear edge, respectively. According to this configuration, the vortex generated in the vicinity of the tip portion of the blade when the rotor rotates can be weakened under use conditions where a laminar flow is generated, so that the fluid resistance can be further reduced.
  • Each of the blades extends from the front edge of the blade to the front side in the rotational direction of the rotor, and a plurality of extending portions that taper toward the front side in the rotational direction of the rotor are provided along the front edge, It is also preferable that a tip portion of the blade on the outer side in the radial direction of the rotor is formed so as to be tapered toward the outer side in the radial direction of the rotor.
  • the generation of turbulence near the leading edge of the blade can be suppressed and the generation of vortices near the tip of the blade can be suppressed under use conditions in which turbulence mainly occurs. be able to. Thereby, in said case, fluid resistance can be reduced more.
  • a plurality of protrusions each having a height and a diameter of 5 mm or less are formed in at least a region on the front edge side of the front surface of the rotor of the blade. According to this configuration, since the turbulent flow mainly generated in the vicinity of the front edge side region of the front surface of the rotor of the blade can be weakened, the fluid resistance applied to the blade can be further reduced.
  • the “diameter” of the protrusion means the diameter of the circumscribed circle of the protrusion on the projection plane perpendicular to the rotation center axis of the rotor.
  • the number of the protrusions per unit area on at least the front surface of the rotor of the blade is reduced as it goes from the front edge to the rear edge of the blade.
  • the turbulent flow is generated in the vicinity of the other surface region of the blade, while weakening the turbulent flow mainly generated in the vicinity of the region on the front edge side of the blade front surface of the blade. Even if it has penetrated to the point, this can be weakened, so that the fluid resistance experienced by the blade can be further reduced.
  • the number of protrusions per unit area on the surface of the blade is “decreasing” as it goes from the front edge to the rear edge of the blade. It is meant that the number decreases at one or more points as it goes from the front edge to the rear edge of the blade, or smoothly decreases.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA along the width direction of the blade shown in FIG. 2.
  • FIG. 1 is a front view showing a first embodiment of a rotor of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing a main part of the rotor 1A shown in FIG.
  • the rotor 1A shown in FIG. 1 is used for a wind power generator, and the rotor 1A has a diameter ⁇ A of 2 m, and the rotational speed when the wind speed is 5 to 20 m / s is 10 to 50 rpm. This is assumed to be used in a laminar flow region having an output of 1 to 2 kw and a Reynolds number of 100,000 or less.
  • the rotor 1A according to the present embodiment can be used not only for a wind power generator but also for a hydroelectric power generator or other wind hydraulic machines.
  • the diameter ⁇ A of the rotor 1A is preferably 5 m or less, more preferably 0.2 m or more, and further preferably 0.5 m or more.
  • the rotor 1A includes a hub 10A supported by a main shaft (not shown), and three blades 20A having a base end 21A coupled to the hub 10A.
  • the main shaft (not shown) extends rearward from the back surface of the hub 10A when viewed in FIG. 1, and is horizontally installed in this example.
  • the hub 10A is supported by the main shaft so that the main shaft and the rotation center axis O of the rotor 1A coincide.
  • the number of blades 20A is not limited to three and can be any number. Further, the blades 20A of the rotor 1A are those shown in FIGS. 2 to 3, but only some of all the blades 20A may be those shown in FIGS. Good.
  • the leading edge 31A of the blade 20A is in front of the entire length of the leading edge 31A in a projection plane perpendicular to the rotation center axis O of the rotor 1A (that is, in the plane of FIG. 2). edges 31A, connecting the radially outer end 35A of the radially inner end 33A of the rotor 1A of the rotor 1A, the first line segment L 1A, the rotational direction RD of the rotor 1A (counterclockwise in FIG. 2 ) Protruding to the front.
  • the front edge 31A of the blade 20A is on the front side of the rotation direction RD of the rotor 1A with respect to the first line segment L 1A over only a part of the front edge 31A on the projection plane. It may be protruding.
  • the blade 20A of the leading edge 31A, the leading edge protruding end 32A to the first line segment L 1A is an outer peripheral edge of the hub 10A From the outside in the radial direction of the rotor 1A, the blade 20A is disposed at a position separated by a length 0.4 to 0.6 times the length BL A of the blade 20A. That is, as shown in FIG. 2, the leading edge protruding end 32A is located radially within the region C A of the rotor 1A is 0.4 to 0.6 times the length BL A blade 20A from the outer peripheral edge of the hub 10A is doing.
  • the length BL A of the blade 20A is a length obtained by subtracting the radius r A of the hub 10A from the radius ( ⁇ A / 2) of the rotor 1A as described above.
  • the radius ( ⁇ A / 2) of the rotor 1A refers to the distance from the rotation center axis O of the hub 10A to the outermost end in the radial direction of the rotor 1A of the blade 20A.
  • the position of the leading edge protruding tip 32A is 0.47 to 0.57 times the length BL A of the blade 20A from the outer peripheral edge of the hub 10A to the outside in the radial direction of the rotor 1A.
  • the positions are preferably spaced apart, and more preferably separated by a distance 0.51 to 0.53 times the length BL A of the blade 20A.
  • the vortex generated near the front edge 31A of the blade 20A collapses near the radially outer end of the rotor 1A of the blade 20A.
  • the vortex can be generated along the front edge 31A over the entire length of the front edge 31A.
  • the vortex generated along the leading edge 31A of the blade 20A is divided into two near the leading edge protruding tip 32A. For this reason, the vortex inside the rotor 1A in the radial direction from the leading edge protruding tip 32A and the vortex inside the rotor 1A in the radial direction from the leading edge protruding tip 32A act so as to cancel each other. Therefore, it is possible to weaken the vortex generated near the front edge 31A and reduce the air resistance received by the blade 20A.
  • the second line segment L connecting the radial inner end 33A of the rotor 1A and the leading edge protruding tip 32A of the leading edge 31A is preferably 145 to 155 degrees. More preferably, it is 147 to 153 degrees.
  • a portion of the front edge 31A of the blade 20A that extends from the radially inner end 33A of the rotor 1A to the leading edge protruding tip 32A (hereinafter referred to as the front edge protruding tip 32A).
  • 34A is also connected to the radial inner end 33A of the rotor 1A and the leading edge protruding tip 32A of the leading edge 31A.
  • the second line segment L 2A is convexly curved to the rear side in the rotational direction RD of the rotor 1A.
  • the radially inner portion 34A of the rotor 31A of the leading edge 31A is at least partially curved or bent to the rear side in the rotational direction RD of the rotor 1A with respect to the second line segment L2A .
  • the portion 34A may be similarly curved or bent over the entire length thereof.
  • portion 34A of the leading edge 31A on the radially inner side of the rotor 1A compared to the case where the portion 34A extends along the second line segment L 2A , when the rotor 1A rotates, Due to the flow of wind and the action of centrifugal force in the vicinity of the portion 34A, a vortex can be generated so as to follow the portion 34A even better. Thereby, the air resistance which blade 20A receives can be reduced.
  • the rear edge 41A of the blade 20A also has the same configuration as the front edge 31A described above. That is, in the projection plane perpendicular to the rotation center axis O of the rotor 1A, the trailing edge 41A of the blade 20A is at least partly (all in the illustrated example), and the radially inner end 43A of the rotor 1A of the trailing edge 41A. And a third line segment L 3A connecting the radially outer end 45A of the rotor 1A, and protrudes to the front side in the rotational direction RD of the rotor 1A.
  • the trailing edge protruding tip 42A of the trailing edge 41A with respect to the third line segment L 3A is 0.4 to 0 of the length BL A of the blade 20A from the outer peripheral edge of the hub 10A to the outside in the radial direction of the rotor 1A. .6 times, preferably 0.47 to 0.57 times, and more preferably 0.51 to 0.53 times.
  • a portion 34A of the leading edge 31A of the blade 20A extending from the radially inner end 33A of the rotor 1A to the leading edge protruding tip 32A is at least partially with respect to the second line segment L 2A.
  • a portion 44A of the trailing edge 41A extending from the radially inner end 43A of the rotor 1A to the trailing edge protruding tip 42A is at least partially (see FIG.
  • the rear edge 41A is behind the rotation direction RD of the rotor 1A with respect to the fourth line segment L 4A connecting the radial inner end 43A of the rotor 1A and the rear edge protruding tip 42A. It is preferable to bend or bend convexly to the side. According to such a configuration of the trailing edge 41A of the blade 20A, since the trailing edge 41A can be shaped along the leading edge 31A, on the projection plane perpendicular to the rotation center axis O of the rotor 1A, The width of the blade 20A can be prevented from becoming excessively large at least at a part of the width center line of the blade 20A (the chain line in FIG. 1). Therefore, it is possible to prevent the frictional resistance on the surface of the blade 20A from excessively increasing at least at a part of the width center line of the blade 20A.
  • a portion 34A of the leading edge 31A of the blade 20A extending from the radially inner end 33A of the rotor 1A to the leading edge protruding tip 32A is formed.
  • the rotor 1A bends or bends in a convex manner on the front side in the rotational direction RD.
  • a portion 37A extending from the leading edge protruding tip 32A of the blade 20A to the radially outer end 35A of the rotor 1A is at least partially (all in the example in the figure) with respect to the fifth line segment L 5A .
  • a portion 47A of the trailing edge 41A extending from the trailing edge protruding tip 42A to the radially outer end 45A of the rotor 1A is at least partially ( In the example in the figure, the front side of the rotational direction RD of the rotor 1A with respect to the sixth line segment L 6A connecting the trailing edge protruding tip 42A and the radially outer end 45A of the rotor 1A. It is preferable to bend or bend in a convex manner.
  • the tip portion of the blade 20A on the radially outer side of the rotor 1A is branched into a plurality of portions 51A.
  • Each branch portion 51A is formed so as to taper toward the outer side in the radial direction of the rotor 1A.
  • the front edge 31A of the blade 1A and the portions 36A and 46A of the rear edge 41A are the branch start positions of the branch portion 51A of the front edge 31A and the rear edge 41A, respectively. It extends on tangents l 1 and l 2 at R and S.
  • the branch start position R of the branch portion 51A of the front edge 31A is the rotation direction RD of the rotor 1A of the branch portion 51A located on the foremost side in the rotation direction RD of the rotor 1A among the plurality of branch portions 51A. It is assumed that a perpendicular line extending from the rear end P to the front edge 31A intersects the front edge 31A. Further, the front edge portion 36A along the branch portion 51A refers to a portion extending linearly from the branch start position R of the front edge 31A to the radially outer end 35A of the rotor 1A.
  • the branch start position S of the branch portion 51A of the rear edge 41A is the rotation direction of the rotor 1A of the branch portion 51A located at the rearmost side in the rotation direction RD of the rotor 1A among the plurality of branch portions 51A. It is assumed that a perpendicular line extending from the front side end Q of the RD to the rear edge 41A intersects the rear edge 41A. Further, the rear edge portion 46A along the branch portion 51A refers to a portion of the rear edge 41A that extends linearly from the branch start position S to the radially outer end 45A of the rotor 1A.
  • each branch portion 51A are substantially the same on the projection plane perpendicular to the rotation center axis O of the rotor 1A.
  • the extending direction and / or extending length of 51A may be different.
  • the extending direction and the extending length of the branch portion 51A are respectively the radially outer end of the rotor 1A of the branch portion 51A, the front end of the branch portion 51A in the rotational direction RD of the rotor 1A, and
  • the extending direction and the extending length of the line segment connecting the intermediate point between the rear ends shall be said.
  • the extending direction and the extending length of the foremost and rearmost branch portion 51A in the rotational direction RD of the rotor 1A are respectively the leading edge 31A and the portion 36A of the trailing edge 41A along the branching portion 51A,
  • the extending direction and extending length of 46A shall be said.
  • each branch portion 51A is not limited to a substantially triangular shape as shown in FIG. 2, but may be a substantially Gaussian curve shape or a substantially trapezoidal shape as long as it tapers outward in the radial direction of the rotor 1A. Any shape is possible.
  • the respective branch portions 51A are not limited to the configuration connected to each other as in the example of FIG. 2 and may be separated from each other although not shown.
  • each branch portion 51A in the rotational direction RD of the rotor 1A from the foremost branch portion 51A to the rearmost branch portion 51A changes gradually and smoothly for each branch portion 51A. It is preferable from the viewpoint of reducing air resistance.
  • the extending directions of the branch portions 51 ⁇ / b> A extend substantially parallel to each other.
  • the extending direction of each branch portion 51A from the frontmost branch portion 51A to the rearmost branch portion 51A in the rotation direction RD of the rotor 1A is the rotor 1A. It is more preferable to extend in the direction away from each other toward the outer side in the radial direction and gradually and smoothly change for each branch portion 51A.
  • the vortex generated near the tip of the blade 20A during the rotation of the rotor 1A can flow more smoothly to the outside of the rotor 1A in the radial direction and to the rear side of the rotation direction RD, thereby further reducing the air resistance. Can be made.
  • the radially outer end 35A of the rotor 1A of the front edge 31A and the radially outer end 45A of the rotor 1A of the rear edge 41A are the rotor It does not have to be on the same circumference around the rotation center axis O of 1A.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA along the width direction of the blade 20A shown in FIG.
  • the surface of the blade 20 ⁇ / b> A has a substantially ridge-like unevenness.
  • the surface of the blade 20A refers to both the surface of the blade 20A on the front side of the rotor 1A (ie, the front side of FIG. 1) and the surface of the back side of the rotor 1A (ie, the back side of FIG. 1). Shall.
  • each protrusion 50 shown partially enlarged in FIG. 3 are both preferably 5 mm or less, and more preferably 3 mm or less.
  • the height h and the diameter d of each protrusion 50 are preferably 0.001 mm or more, and more preferably 0.01 mm or more.
  • the protrusion 50 is formed on almost the entire surface of the blade 20A.
  • the number of protrusions 50 per unit area on the surface of the blade 20A on the front side of the rotor 1A decreases as it moves from the front edge 31A to the rear edge 41A of the blade 20A.
  • the number of the protrusions 50 per unit area on the front surface of the rotor 1A of the blade 20A is one place (from the front edge 31A of the blade 20A toward the rear edge 41A ( It decreases with the boundary of the two-dot chain line in FIG.
  • the number of protrusions 50 per unit area in the region on the front edge 31A side on the front surface of the rotor 1A of the blade 20A is equal to the number of protrusions per unit area in the region on the rear edge 41A side. More than 50.
  • the number of protrusions 50 per unit area on the front surface of the rotor 1A of the blade 20A decreases from the front edge 31A of the blade 20A toward the rear edge 41A at a plurality of locations. Or it may decrease smoothly.
  • the number of protrusions 50 per unit area on the back surface of the rotor 1A of the blade 20A is substantially constant from the front edge 31A to the rear edge 41A of the blade 20A.
  • the number of protrusions 50 per unit area increases from the front edge 31A to the rear edge 41A of the blade 20A. It may be decreased.
  • the turbulent flow is weakened while weakening the turbulent flow generated mainly in the vicinity of the region on the front edge 31A side of the front surface of the rotor 1A of the blade 20A. This can be further weakened if it occurs near another surface area of 20A or has penetrated there.
  • turbulent flow is not only generated in the vicinity of the region on the front edge 31A side of the surface of the blade 20A on the front side of the rotor 1A. This is particularly advantageous when it occurs near or penetrates another surface area of 20A.
  • the protrusion 50 is formed at least in the region on the front edge 31A side of the front surface of the rotor 1A of the blade 20A, at least the front edge 31A side of the front surface of the rotor 1A of the blade 20A.
  • the effect of weakening the turbulent flow mainly generated in the vicinity of the region is obtained.
  • the protrusion 50 can be formed only in the region on the front edge 31A side of the surface of the blade 20A on the front side of the rotor 1A.
  • each protrusion part 50 may each differ.
  • each of the cross-sectional shapes of the protrusions 50 is substantially Gaussian in the example shown in FIG.
  • the present invention is not limited to this, and any shape such as a substantially semicircular arc shape or a substantially rectangular shape is possible, and each may be the same or different.
  • each projection shape of the protrusion 50 is substantially circular in the example of FIG.
  • the present invention is not limited to this, and any shape such as a substantially elliptical shape, a substantially rectangular shape, or a substantially triangular shape is possible, and they may be the same as or different from each other.
  • the distribution of the protrusions 50 on the surface of the blade 20A is shown on each width center line of the blade 20A (the one-dot chain line in FIG. 1).
  • the blades 20A may be substantially the same or different from each other on the same cross section.
  • the above-described configuration relating to the distribution of the protrusions 50 on the surface of the blade 20A is limited to the case where the configuration is obtained on a cross section along the width direction of the blade 20A at each point on the width center line of the blade 20A.
  • the case where the configuration is obtained when the distribution of the protrusions 50 on the cross section at each point on the width center line of the blade 20A is averaged is included.
  • the air resistance at the time of rotation of the rotor 1A can be reduced under use conditions where a laminar flow is generated. Power generation efficiency can be improved.
  • this rotor 1A is used for a hydroelectric generator, water resistance during rotation of the rotor 1A can be reduced, so that power generation efficiency can be improved.
  • the 34A is at least a part (all in the example in the figure) of the front edge 31A with respect to the second line segment L 2A connecting the radial inner end 33A of the rotor 1A and the leading edge protruding tip 32A.
  • the rotor 1A is curved or bent (curved in the example in the figure) to the front side in the rotational direction RD. According to the configuration of the portion 34A of the leading edge 31A on the radially inner side of the rotor 1A, compared to the case where the portion 34A extends along the second line segment L 2A , the air resistance received by the blade 20A is reduced. Can be reduced.
  • a portion 37A of the leading edge 31A of the blade 20A extending from the leading edge protruding tip 32A to the radially outer end 35A of the rotor 1A is at least partially (in the example in the figure), and the leading edge 31A , With respect to the fifth line segment L 5A connecting the leading edge protruding tip 32A and the radially outer end 35A of the rotor 1A, it is curved or bent convexly on the rear side in the rotational direction RD of the rotor 1A (in the example shown in the figure) , Curved). With this configuration, the air resistance can be further reduced as compared with the case where the portion 37A extends along the fifth line segment L 5A .
  • the leading edge protruding tip 32A of the leading edge 31A of the blade 20A with respect to the first line segment L 1A on the projection plane perpendicular to the rotation center axis O of the rotor 1A is outside the hub 10A. It can be arranged at a position separated by an arbitrary length from the periphery to the outside in the radial direction of the rotor 1A.
  • the leading edge protruding tip 32A with respect to the first line segment L 1A has a length BL A of 0 A of the blade 20A from the outer peripheral edge of the hub 10A to the outside in the radial direction of the rotor 1A. It is preferable that they are arranged at positions separated by a length of 35 to 0.65 times.
  • a portion 34A of the leading edge 31A of the blade 20A extending from the radially inner end 33A of the rotor 1A to the leading edge protruding tip 32A is at least partially, with respect to the second line segment L 2A .
  • the portion 44A of the trailing edge 41A extending from the radially inner end 43A of the rotor 1A to the trailing edge protruding tip 42A is provided from the viewpoint of reducing air resistance. It is preferable that at least a part (all in the example in the figure) bend or bend convexly to the front side in the rotational direction RD of the rotor 1A with respect to the fourth line segment L 4A .
  • a portion 37A of the leading edge 31A of the blade 20A extending from the leading edge protruding tip 32A to the radially outer end 35A of the rotor 1A is at least partially (all in the example in the figure)
  • the trailing edge protruding tip 42A of the trailing edge 41A of the rotor 1A A portion 47A extending to the radially outer end 45A is at least partially (all in the example in the figure), the sixth line segment connecting the trailing edge protruding tip 42A of the trailing edge 41A and the radially outer end 45A of the rotor 1A.
  • L 6A it is preferable that the rotor 1A bends or bends in a convex manner on the rear side in the rotational direction RD.
  • FIG. 5 is a front view showing a main part of a rotor 1B for a wind-hydraulic power generator according to a second embodiment of the present invention.
  • the rotor 1B shown in FIG. 5 is used for a wind power generator.
  • the rotor 1B has a diameter ⁇ B of 10 m, and a rotational speed of 10 to 50 rpm when the wind speed is 5 to 20 m / s.
  • the output is 15 kW and used in a turbulent flow region (including a transition region between laminar flow and turbulent flow) having a Reynolds number exceeding 100,000.
  • the rotor 1B according to the present embodiment can be used not only for a wind power generator but also for a hydroelectric power generator or other wind hydraulic machines.
  • the diameter ⁇ B of the rotor 1B is preferably more than 5 m, and is preferably 250 m or less, and more preferably 200 m or less from the viewpoint of mechanical strength.
  • a plurality of extensions 60 are provided on the projection plane perpendicular to the rotation center axis O of the rotor 1 ⁇ / b> B (that is, in the plane of FIG. 5). It is provided along the front edge 31B.
  • Each extension portion 60 is formed to extend from the front edge 31B of the blade 20B to the front side in the rotational direction RD of the rotor 1B and to taper toward the front side in the rotational direction RD of the rotor 1B.
  • each extended portion 60 on the base side (the rear side in the rotation direction of the rotor 1B) is adjacent to the front edge 31B, that is, one of the contours of the front edge 31B. Forming part.
  • the plurality of extensions 60 provided on the front edge 31B of the blade 20B it is possible to suppress the occurrence of turbulence near the front edge 31B of the blade 20B when the rotor 1B rotates. Thereby, the lift of the rotor 1B can be increased and the air resistance can be reduced.
  • the shape, the extending direction, and the extending length of each extending portion 60 may be different.
  • the extension direction and the extension length of the extension 60 are respectively the front end of the extension 60 in the rotational direction RD of the rotor 1A and the inner end of the extension 60 in the radial direction of the rotor 1A.
  • the extension direction and extension length of the line segment connecting the intermediate point between the outer ends are respectively the front end of the extension 60 in the rotational direction RD of the rotor 1A and the inner end of the extension 60 in the radial direction of the rotor 1A.
  • each extension 60 is not limited to a substantially triangular shape as shown in FIG. Any shape such as a trapezoid is possible.
  • the extended portions 60 are not limited to the configuration in which the extended portions 60 are connected to each other as in the example of FIG. 5. Further, as shown in FIG. 5, the extension portion 60 may not be provided in the vicinity of the leading edge protruding tip 32B or in the vicinity of the radially inner end 33B and the radially outer end 35B of the rotor 1B of the leading edge 31B. From the viewpoint of reducing air resistance, it is preferable.
  • the blade 20B tapers as the tip end portion of the blade 20B on the outer side in the radial direction of the rotor 1B goes to the outer side in the radial direction of the rotor 1B. It is formed to become.
  • the vortex in the vicinity of the tip portion of the blade 20B is compared with the configuration branched into a plurality of portions as in the first embodiment. Occurrence can be suppressed.
  • the second inner edge 33B of the front edge 31B is connected to the radially inner end 33B of the rotor 1B and the front edge protruding tip 32B.
  • the angle ⁇ 1B formed by the second line segment L 2B and the fifth line segment L 5B connecting the radial outer end 35B of the rotor 1B and the leading edge protruding tip 32B of the front edge 31B is 160 to 175 degrees. Preferably there is.
  • the rear edge 41B is configured in the same manner as the front edge 31B, so that the radial inner end 43B of the rotor 1B and the rear edge protruding front end 42B of the rear edge 41B are connected from the viewpoint of reducing air resistance.
  • the angle ⁇ 2B formed by the fourth line segment L 4B and the sixth line segment L 6B connecting the radially outer end 45B of the rotor 1B and the trailing edge protruding tip 42B of the trailing edge 41B is 160 ⁇ It is preferably 175 degrees.
  • a plurality of protrusions 50 described with reference to FIG. 3 are formed on the surface of the blade 20B as in the first embodiment. By doing so, the surface of the blade 20B is provided with rough skin-like irregularities. Since the detailed description of the protrusion 50 is the same as that of the first embodiment, a description thereof will be omitted.
  • the air resistance at the time of rotation of the rotor 1B can be reduced under a usage situation where turbulent flow is mainly generated. Reduction and improvement of power generation efficiency are possible.
  • this rotor 1B is used for a hydroelectric generator, water resistance during rotation of the rotor 1B can be reduced, so that power generation efficiency can be improved.
  • the performance of the rotor of the present invention and other rotors of the present invention was evaluated by analysis, and will be described below.
  • the blade length BL A was 0.50 m
  • the hub radius r A was 0.10 m
  • the rotor diameter ⁇ A was 1.20 m.
  • the analysis conditions for each rotor were: wind speed 5 m / s, blade aspect ratio 6.67, frequency 1.59 Hz, peripheral speed ratio 1.20, Reynolds number 25,000, blade pitch angle 35. Degree.
  • the aspect ratio of the blade is a ratio of the square of the length of the blade to the area of the blade in the projection plane perpendicular to the rotation center axis of the rotor.
  • the frequency is the number of blade rotations per second.
  • the circumferential speed ratio is the ratio of the speed of the blade in the rotational direction at the radially outer end of the rotor to the wind speed.
  • the pitch angle of the blade is an angle formed by a plane perpendicular to the rotation center axis of the rotor and a plane passing through the leading edge and the trailing edge of the blade.
  • Tables 1 and 2 Other analysis conditions for each rotor are shown in Tables 1 and 2.
  • the blades of the comparative example rotor 1 In the projection plane perpendicular to the rotation center axis O of the rotor 1A, the blades of the comparative example rotor 1 have straight front and rear edges, that is, the radially inner end of the rotor and the radius of the rotor. It extends along the first line segment and the third line segment connecting the outer ends in the direction.
  • the second line segment connecting the radially inner end and the leading edge protruding tip is convexly curved to the rear side in the rotational direction of the rotor, and the leading edge protruding tip and the rotor radius of the leading edge are curved.
  • the fifth line segment connecting the outer ends in the direction it is convexly curved forward in the rotational direction of the rotor.
  • the blades of the comparative rotors 2 and 3 and the example rotors 1 to 3 all have a trailing edge that connects the trailing edge and the radially inner end of the rotor and the trailing edge protruding tip. It extends along the fourth line segment and extends along the sixth line segment connecting the trailing edge protruding tip of the trailing edge and the radially outer end of the rotor.
  • Example rotors 4 to 8 In the projection plane, the blades of the rotors of Examples 4 to 8 have front and rear edges protruding forward in the rotational direction of the rotor with respect to the first line segment and the third line segment, respectively. ing. Furthermore, on the projection plane, the blades of the rotors of Examples 4 to 8 are all uneven in the leading edge as shown in FIG. 4, that is, the rotation of the rotor with respect to the second line segment. It is convexly curved toward the front side of the direction and is curved convexly toward the rear side in the rotational direction of the rotor with respect to the fifth line segment. Further, on the projection plane, the blades of the rotors of Examples 4 to 8 all have trailing edges extending along the fourth line segment and extending along the sixth line segment. .
  • ⁇ 1A indicates an angle formed by the second line segment and the fifth line segment.
  • ⁇ means a straight line passing through the rotation center axis of the rotor and the inner edge in the radial direction of the rotor, the rotation center axis of the rotor, and the outer edge in the radial direction of the rotor in the projection plane. An angle formed by a straight line passing through the end is shown.
  • the "position of the leading edge protruding end”, the leading edge protruding end of the blade, from the outer peripheral surface of the hub, the distance along the radial direction of the rotor, is shown in multiples relative to the blade length BL A.
  • the “resistance torque” is a time average value of the aerodynamic resistance torque, and the smaller the value, the smaller the air resistance received by the blade and the higher the efficiency of the rotor.
  • “Increase rate of resistance torque” indicates the ratio of the value obtained by subtracting the resistance torque value of comparative rotor 1 from the resistance torque value of each rotor to the resistance torque value of comparative rotor 1, and the value is small. The higher the negative value, the lower the air resistance received by the blade, and the higher the rotor efficiency.
  • the example rotors 1 to 3 having leading edge protruding tips of 0.40BL A to 0.60BL A have smaller resistance torque values than the comparative example rotors 1 to 3, respectively.
  • the air resistance received by the blade is reduced and the efficiency of the rotor is improved.
  • the example rotors 4 to 8 whose front edge shape is uneven, regardless of the leading edge protruding tip position have a smaller resistance torque value than the comparative rotor 1,
  • the air resistance received by the blade is reduced and the efficiency of the rotor is improved. Therefore, according to the rotor of this invention, it turned out that the air resistance which a braid
  • the rotor of the present invention can be used for a wind hydraulic machine using a fluid force such as wind power or hydraulic power as a power source, such as a wind power generator using a horizontal axis rotor or the like, or a hydroelectric power generator.
  • a fluid force such as wind power or hydraulic power as a power source
  • a wind power generator using a horizontal axis rotor or the like such as a wind power generator using a horizontal axis rotor or the like, or a hydroelectric power generator.

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Abstract

　流体抵抗を低減させることのできる風水力機械用のロータを提供する。　ロータ１Ａは、ハブ１０Ａとブレード２０Ａとを備え、ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、ブレードの前縁３１Ａが、少なくとも一部分で第１の線分Ｌ1Aに対してロータの回転方向前側に突出して、その前縁突出先端３２Ａが、ハブの外周縁からロータの半径方向外側にブレードの長さの０．４～０．６倍の長さだけ離隔した位置に配置され、ブレードの前縁の、ロータの半径方向内側端から前縁突出先端まで延びる部分３４Ａが、少なくとも一部分で第２の線分Ｌ2Aに対してロータの回転方向後側に凸に湾曲又は屈曲している。

Description

ロータ
　本発明は、主軸に支持されたハブと、該ハブに基端が結合されたブレードとを備える、風水力機械用のロータに関する。
　従来の風力発電機用のロータとして、ブレードの前縁が、当該前縁のほぼ全長に渡って、直線状に形成されているものが知られている（例えば、特許文献１）。
特開２００６－１３２５４２号公報
　一般的に、風力発電機用のロータの回転時では、ブレードの表面付近における風（空気）すなわち流体の流れと遠心力の作用とにより、ブレードの前縁の付近に渦（ボルテックス）が発生し、この渦が、ブレードの前縁に沿って、前縁の、ロータの半径方向内側の端部付近からロータの半径方向外側に向けて流れる。特許文献１に記載されたロータでは、このような渦が、ブレードの前縁に沿って、前縁の、ロータの半径方向内側の端部付近からロータの半径方向外側に向けて流れるが、ロータの半径方向外側の端部付近に至る手前で、ブレードの表面から離れて崩壊することがあった。そして、このように崩壊した渦に起因して、流体抵抗が増大するために、騒音が増大したり、発電効率が低下するという問題があった。
　本発明は、上記の課題を解決するためにされたものであり、ブレードが受ける流体抵抗を低減させることのできる風水力機械用のロータを提供することを目的とする。
　上記目的を達成するための本発明の要旨構成は、次の通りである。
　本発明のロータは、
　主軸に支持されたハブと、該ハブに基端が結合されたブレードとを備える、風水力機械用のロータであって、
　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
　前記ブレードの前縁が、少なくとも一部分で、当該前縁の、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第１の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出して、その前縁突出先端が、前記ハブの外周縁から、ロータの半径方向外側に、前記ブレードの長さの０．４～０．６倍の長さだけ離隔した位置に配置され、
　前記ブレードの前縁の、ロータの半径方向内側端から前記前縁突出先端まで延びる部分が、少なくとも一部分で、前記前縁の、ロータの半径方向内側端と前記前縁突出先端とを結んだ第２の線分に対して、ロータの回転方向後側に凸に湾曲又は屈曲している、
ことを特徴とする。
　この本発明のロータによれば、ロータの回転時において、ブレードの前縁付近に発生する渦を、前縁の全長に渡って、前縁に沿うように発生させるとともに、前縁突出先端付近で二分割させて互いに打ち消し合うように作用させることができる。これにより、前縁の付近で発生する渦を弱めて、ブレードが受ける流体抵抗を低減させることができる。
　なお、本発明でいう「風水力機械」とは、風力発電機（空気流を利用した波力発電機等も含む。以下、同じ。）又は水力発電機（潮力発電機、海流発電機等も含む。以下、同じ。）等の、風力又は水力等の流体力により得られる動力を利用する機械を意味するものとする。
　また、本発明でいう「ブレードの長さ」とは、ロータの半径からハブの半径を差し引いた長さをいう。また、この「ロータの半径」とは、ロータの回転中心軸線から、ブレードの、ロータの半径方向の最外端までの、距離をいう。なお、ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、ハブが円形の形状を有していない場合、「ハブの半径」とは、当該投影面における、ハブの外接円の半径をいうものとする。
　また、本発明でいう「前縁突出先端」とは、当該投影面において、ブレードの前縁上の、上記第１の線分に対してロータの回転方向前側に位置する点のうち、当該点と、当該点から上記第１の線分に下ろした垂線が当該第１の線分と交わる点との間の距離が、最大となる点をいうものとする。
　さらに、本発明でいう「湾曲又は屈曲」とは、１つ又は複数の円弧及び／又は直線を連結した形状に延在することをいうものとする。
　本発明のロータにおいては、
　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
　前記ブレードの後縁が、少なくとも一部分で、当該後縁の、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第３の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出して、その後縁突出先端が、前記ハブの外周縁から、ロータの半径方向外側に、前記ブレードの長さの０．４～０．６倍の長さだけ離隔した位置に配置され、
　前記ブレードの後縁の、ロータの半径方向内側端から前記後縁突出先端まで延びる部分が、少なくとも一部分で、前記後縁の、ロータの半径方向内側端と前記後縁突出先端とを結んだ第４の線分に対して、ロータの回転方向後側に凸に湾曲又は屈曲していることが好ましい。
　この構成によれば、ブレードの後縁の形状を、前縁の形状に沿うように形成することができるので、ブレードの表面での摩擦抵抗が、ブレードの幅中心線における少なくとも一部分で過度に増大することを防ぐことができる。
　なお、本発明でいう「後縁突出先端」とは、当該投影面において、ブレードの後縁上の、上記第３の線分に対してロータの回転方向前側に位置する点のうち、当該点と、当該点から上記第３の線分に下ろした垂線が当該第３の線分と交わる点との間の距離が、最大となる点をいうものとする。
　また、本発明のロータにおいては、
　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
　前記ブレードの前縁の、前記前縁突出先端からロータの半径方向外側端まで延びる部分が、少なくとも一部分で、前記前縁の、前記前縁突出先端とロータの半径方向外側端とを結んだ第５の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出していることが好ましい。
　この構成により、空気抵抗をより低減させることができる。
　本発明の他のロータは、
　主軸に支持されたハブと、該ハブに基端が結合されたブレードとを備える、風水力機械用のロータであって、
　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
　前記ブレードの前縁が、少なくとも一部分で、当該前縁の、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第１の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出し、
　前記ブレードの前縁の、ロータの半径方向内側端から前記前縁が突出した前縁突出先端まで延びる部分が、少なくとも一部分で、前記前縁の、ロータの半径方向内側端と前記前縁突出先端とを結んだ第２の線分に対して、ロータの回転方向前側に凸に湾曲又は屈曲しており、
　前記ブレードの前縁の、前記前縁突出先端からロータの半径方向外側端まで延びるが、少なくとも一部分で、当該前縁の、前記前縁突出先端とロータの半径方向外側端とを結んだ第５の線分に対して、ロータの回転方向後側に突出している、
ことを特徴とする。
　この本発明のロータによれば、ブレードが受ける流体抵抗を低減させることができる。
　また、本発明の他のロータにおいては、
　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
　前記ブレードの後縁が、少なくとも一部分で、当該後縁の、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第３の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出していることが好ましい。
　この構成によれば、ブレードの後縁の形状を、前縁の形状に沿うように形成することができるので、ブレードの表面での摩擦抵抗が、ブレードの幅中心線における少なくとも一部分で過度に増大することを防ぐことができる。
　また、本発明のロータ又は本発明の他のロータにおいては、
　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
　前記ブレードの、ロータの半径方向外側の先端部分が、複数の部分に分岐しており、
　各分岐部分が、それぞれロータの半径方向外側に向かうにつれて先細りとなるように形成され、
　前記分岐部分に沿った、前記ブレードの前記前縁及び後縁の一部分が、それぞれ当該前縁及び後縁の、当該分岐部分の分岐開始位置での接線上に延びていることが好ましい。
　この構成によれば、層流が発生するような使用状況下において、ロータの回転時にブレードの先端部分の付近で発生する渦を弱めることができるので、流体抵抗をより低減させることができる。
　また、本発明のロータ又は本発明の他のロータにおいては、
　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
　それぞれ前記ブレードの前記前縁からロータの回転方向前側に延びるとともに、ロータの回転方向前側に向かうにつれて先細りとなる複数の延長部が、前記前縁に沿って設けられ、
　前記ブレードの、ロータの半径方向外側の先端部分が、ロータの半径方向外側に向かうにつれて先細りとなるように形成されていることも好ましい。
　この構成によれば、主に乱流が発生するような使用状況下において、ブレードの前縁付近における乱流の発生を抑制することができるとともに、ブレードの先端部分付近における渦の発生を抑制することができる。これにより、上記の場合において、流体抵抗をより低減させることができる。
　また、本発明のロータ又は本発明の他のロータにおいては、
　前記ブレードの、少なくとも、ロータの正面側の表面の前縁側の領域に、それぞれ５ｍｍ以下の高さ及び径を有する複数の突起部が形成されていることが好ましい。
　この構成によれば、ブレードの、ロータの正面側の表面の、前縁側の領域付近で主に発生する乱流を弱めることができるので、ブレードが受ける流体抵抗をさらに低減させることができる。
　なお、本発明でいう突起部の「径」とは、ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面における、突起部の外接円の直径をいうものとする。
　さらに、本発明のロータ又は本発明の他のロータにおいては、
　前記ブレードの、少なくともロータの正面側の表面における単位面積当たりの当該突起部の数が、前記ブレードの前記前縁から前記後縁に向かうにつれて、減少していることが好ましい。
　この構成によれば、ブレードの、ロータの正面側の表面の、前縁側の領域付近で主に発生する乱流を弱めつつ、当該乱流が、ブレードの他の表面領域付近でも発生し又はそこにまで侵入してきた場合にも、これを弱めることができるので、ブレードが受ける流体抵抗をさらに低減させることができる。
　なお、本発明において、ブレードの表面における単位面積当たりの突起部の数が、ブレードの前縁から後縁に向かうにつれて、「減少している」とは、ブレードの表面における単位面積当たりの突起部の数が、ブレードの前縁から後縁に向かうにつれて、一つ以上の箇所を境に減少していること、又は滑らかに減少していることを、意味するものとする。
　本発明によれば、ブレードが受ける流体抵抗を低減させることのできる風水力機械用のロータを提供することができる。
本発明のロータの第１実施形態を示す正面図である。 図１に示すロータの要部を示す正面図である。 図２に示すブレードの幅方向に沿ったＡ－Ａ断面図である。 本発明の他のロータの第１実施形態を示す正面図である。 本発明の第２実施形態に係るロータの要部を示す正面図である。 本発明の他のロータの第２実施形態を示す正面図である。
　以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して詳細に例示説明する。
　（本発明のロータの第１実施形態）
　本発明の第１実施形態を、図１～図３を参照して説明する。図１は、本発明のロータの第１実施形態を示す正面図である。図２は、図１に示すロータ１Ａの要部を示す正面図である。図１に示すロータ１Ａは、風力発電機に用いられるものであり、ロータ１Ａの直径ΦAが２ｍであり、風速が５～２０ｍ／ｓであるときの回転数が１０～５０ｒｐｍであるとともに、出力が１～２ｋｗであって、レイノルズ数が１００，０００以下の層流領域で使用されることを想定したものである。ただし、本実施形態に係るロータ１Ａは、風力発電機だけでなく、水力発電機、又は、他の風水力機械にも用いることができる。なお、ロータ１Ａの直径ΦAは、５ｍ以下であることが好ましく、０．２ｍ以上であることがより好ましく、０．５ｍ以上であることがさらに好ましい。
　ロータ１Ａは、主軸（図示せず）に支持されたハブ１０Ａと、ハブ１０Ａに基端２１Ａが結合された３つのブレード２０Ａとを、備える。図示されない主軸は、図１で見たときに、ハブ１０Ａの背面から後方に延在し、この例では水平に設置されている。そして、ハブ１０Ａは、主軸とロータ１Ａの回転中心軸線Ｏとが一致するように、主軸に支持されている。
　なお、ブレード２０Ａの数は、３つに限られず、任意の数とすることができる。
　また、ロータ１Ａの各ブレード２０Ａは、図２～図３に示すものを用いているが、全てのブレード２０Ａのうち一部のブレードのみが、図２～図３に示すものを用いることとしてもよい。
　図２に示す例において、ブレード２０Ａの前縁３１Ａは、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において（すなわち図２の平面内において）、前縁３１Ａの全長に渡って、前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａとロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａとを結んだ、第１の線分Ｌ1Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤ（図２の反時計周り）の前側に突出している。なお、図示はしないが、ブレード２０Ａの前縁３１Ａは、当該投影面において、前縁３１Ａの一部分のみに渡って、第１の線分Ｌ1Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側に突出していてもよい。
　ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、図２の例における、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、第１の線分Ｌ1Aに対する前縁突出先端３２Ａは、ハブ１０Ａの外周縁から、ロータ１Ａの半径方向外側に、ブレード２０Ａの長さＢＬAの０．４～０．６倍の長さだけ離隔した位置に配置されている。すなわち、図２に示す通り、前縁突出先端３２Ａは、ハブ１０Ａの外周縁からブレード２０Ａの長さＢＬAの０．４～０．６倍であるロータ１Ａの半径方向領域ＣA内に位置している。ここで、ブレード２０Ａの長さＢＬAとは、前述の通り、ロータ１Ａの半径（ΦA／２）から、ハブ１０Ａの半径ｒAを差し引いた長さをいうものとする。また、ロータ１Ａの半径（ΦA／２）とは、ハブ１０Ａの回転中心軸線Ｏから、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの半径方向の最外端までの、距離をいう。なお、本例において、前縁突出先端３２Ａの位置は、ハブ１０Ａの外周縁から、ロータ１Ａの半径方向外側に、ブレード２０Ａの長さＢＬAの０．４７～０．５７倍の長さだけ離隔した位置であることが好ましく、ブレード２０Ａの長さＢＬAの０．５１～０．５３倍の長さだけ離隔した位置であることがさらに好ましい。
　このような前縁３１Ａの構成によれば、ロータ１Ａの回転時において、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの付近に発生する渦（ボルテックス）がブレード２０Ａのロータ１Ａの半径方向外側の端部付近で崩壊することを抑制して、当該渦を、前縁３１Ａの全長に渡って、前縁３１Ａに沿うように発生させることができる。また、ブレード２０Ａの前縁３１Ａに沿って発生する渦は、前縁突出先端３２Ａ付近で二分割される。このため、前縁突出先端３２Ａよりロータ１Ａの半径方向の内側の渦と、前縁突出先端３２Ａよりロータ１Ａの半径方向の外側の渦とが、互いに打ち消し合うように作用する。よって、前縁３１Ａの付近で発生する渦を弱めて、ブレード２０Ａが受ける空気抵抗を低減させることができる。
　なお、上述したような前縁３１Ａの付近に発生する渦を弱めるという観点から、前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａと前縁突出先端３２Ａとを結んだ第２の線分Ｌ2Aと、前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａと前縁突出先端３２Ａとを結んだ第５の線分Ｌ5Aとのなす角度θ1Aが、１４５～１５５度であることが好ましく、１４７～１５３度であることがさらに好ましい。
　図２に示す例では、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａから前縁突出先端３２Ａまで延びる部分（以下、「前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側の部分」ともいう。）３４Ａが、その大部分で、前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａと前縁突出先端３２Ａとを結んだ第２の線分Ｌ2Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの後側に凸に湾曲している。ただし、前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側の部分３４Ａは、少なくとも一部分で、第２の線分Ｌ2Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの後側に凸に湾曲又は屈曲していればよく、また当該部分３４Ａが、その全長に渡って、同様に湾曲又は屈曲していてもよい。
　このような前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側の部分３４Ａの構成によれば、当該部分３４Ａが第２の線分Ｌ2Aに沿って延びる場合と比べて、ロータ１Ａの回転時に、当該部分３４Ａの付近における風の流れと遠心力の作用とにより、当該部分３４Ａに更に良好に沿うように渦を発生させることができる。これにより、ブレード２０Ａが受ける空気抵抗を低減させることができる。
　図２に示す例では、ブレード２０Ａの後縁４１Ａも、上述した前縁３１Ａと同様の構成を有している。すなわち、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、ブレード２０Ａの後縁４１Ａが、少なくとも一部分（図の例では全部）で、後縁４１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端４３Ａと、ロータ１Ａの半径方向外側端４５Ａを結んだ、第３の線分Ｌ3Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側に突出している。また、後縁４１Ａの、第３の線分Ｌ3Aに対する後縁突出先端４２Ａが、ハブ１０Ａの外周縁から、ロータ１Ａの半径方向外側に、ブレード２０Ａの長さＢＬAの０．４～０．６倍、好ましくは０．４７～０．５７倍、さらに好ましくは０．５１～０．５３倍の長さだけ離隔した位置に配置されている。
　また、図２に示すように、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａから前縁突出先端３２Ａまで延びる部分３４Ａが、少なくとも一部分で、第２の線分Ｌ2Aに対して、ロータ１Ａの回転方向後側に凸に湾曲又は屈曲している場合、後縁４１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端４３Ａから、後縁突出先端４２Ａまで延びる部分４４Ａが、少なくとも一部分（図の例では大部分）で、後縁４１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端４３Ａと後縁突出先端４２Ａとを結んだ第４の線分Ｌ4Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの後側に凸に湾曲又は屈曲することが好ましい。このようなブレード２０Ａの後縁４１Ａの構成によれば、後縁４１Ａが前縁３１Ａに沿うような形状とすることができるので、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、ブレード２０Ａの幅が、ブレード２０Ａの幅中心線（図１の一点鎖線）における少なくとも一部分で過度に大きくなるのを防止することができる。ゆえにブレード２０Ａの表面での摩擦抵抗が、ブレード２０Ａの幅中心線における少なくとも一部分で過度に増大することを防ぐことができる。
　なお、前縁３１Ａと同様に、空気抵抗の低減の観点から、後縁４１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端４３Ａと後縁突出先端４２Ａとを結んだ第４の線分Ｌ4Aと、後縁４１Ａの、ロータ１Ａの半径方向外側端４５Ａと後縁突出先端４２Ａとを結んだ第６の線分Ｌ6Aとのなす角度θ2Aが、１４５～１５５度であることが好ましく、１４７～１５３度であることがさらに好ましい。
　図２に示すように、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａから前縁突出先端３２Ａまで延びる部分３４Ａが、少なくとも一部分で、第２の線分Ｌ2Aに対して、ロータ１Ａの回転方向後側に凸に湾曲又は屈曲している場合、ブレード２０Ａの前縁突出先端３２Ａからロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａまで延びる部分３７Ａが、少なくとも一部分（図の例では全部）で、前縁３１Ａの、前縁突出先端３２Ａとロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａとを結んだ第５の線分Ｌ5Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側に凸に湾曲又は屈曲することが好ましい。この構成により、ロータ１Ａの回転時に、当該部分３７Ａの付近における風の流れと遠心力の作用とにより、当該部分３７Ａに沿うように渦を発生させることができる。これにより、空気抵抗をより低減させることができる。
　また、ブレード２０Ａの前縁突出先端３２Ａからロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａまで延びる部分３７Ａが、少なくとも一部分（図の例では全部）で、第５の線分Ｌ5Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側に凸に湾曲又は屈曲する場合、空気抵抗の低減の観点から、後縁４１Ａの、後縁突出先端４２Ａからロータ１Ａの半径方向外側端４５Ａまで延びる部分４７Ａが、少なくとも一部分（図の例では全部）で、後縁４１Ａの、後縁突出先端４２Ａとロータ１Ａの半径方向外側端４５Ａとを結んだ第６の線分Ｌ6Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側に凸に湾曲又は屈曲することが好ましい。
　図２に示す例では、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの半径方向外側の先端部分が、複数の部分５１Ａに分岐している。各分岐部分５１Ａは、それぞれロータ１Ａの半径方向外側に向かうにつれて先細りとなるように形成されている。
　さらに、図２に示す例では、分岐部分５１Ａに沿った、ブレード１Ａの前縁３１Ａ及び後縁４１Ａの一部分３６Ａ、４６Ａが、それぞれ前縁３１Ａ及び後縁４１Ａの、分岐部分５１Ａの分岐開始位置Ｒ、Ｓでの接線ｌ1、ｌ2上に延びている。
　ここで、前縁３１Ａの、分岐部分５１Ａの分岐開始位置Ｒとは、複数の分岐部分５１Ａのうち、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの最も前側に位置する分岐部分５１Ａの、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの後側端Ｐから、前縁３１Ａに下ろした垂線が、前縁３１Ａと交わる点であるものとする。また、分岐部分５１Ａに沿った前縁の一部分３６Ａとは、前縁３１Ａの、分岐開始位置Ｒから、ロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａまで、直線状に延びる部分をいうものとする。
　同様に、後縁４１Ａの、分岐部分５１Ａの分岐開始位置Ｓとは、複数の分岐部分５１Ａのうち、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの最も後側に位置する分岐部分５１Ａの、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側端Ｑから、後縁４１Ａに下ろした垂線が、後縁４１Ａと交わる点であるものとする。また、分岐部分５１Ａに沿った後縁の一部分４６Ａとは、後縁４１Ａの、分岐開始位置Ｓから、ロータ１Ａの半径方向外側端４５Ａまで、直線状に延びる部分をいうものとする。
　このようなブレード２０Ａの半径方向外側の先端部分の構成によれば、ロータ１Ａの回転時に、ブレード２０Ａの先端部分の付近で発生する渦を弱めることができる。よって、空気抵抗をより低減させることができる。
　なお、図２の例では、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、各分岐部分５１Ａの形状、延在方向、及び延在長さは、ほぼ同一だが、それぞれの分岐部分５１Ａの延在方向及び／又は延在長さが異なっていてもよい。
　ここで、分岐部分５１Ａの延在方向及び延在長さとは、それぞれ、当該分岐部分５１Ａの、ロータ１Ａの半径方向外側端と、当該分岐部分５１Ａの、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側端及び後側端間の中間点とを結んだ線分の、延在方向及び延在長さをいうものとする。ただし、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの最も前側及び最も後側の分岐部分５１Ａの延在方向及び延在長さは、それぞれ、分岐部分５１Ａに沿った、前縁３１Ａ及び後縁４１Ａの一部分３６Ａ、４６Ａの、延在方向及び延在長さをいうものとする。
　また、当該投影面において、各分岐部分５１Ａの形状は、図２に示すような略三角形状に限られず、ロータ１Ａの半径方向外側に向かうにつれて先細りである限り、略ガウス曲線形状又は略台形状等、任意の形状が可能である。また、当該投影面において、各分岐部分５１Ａは、図２の例のように互いに連結されている構成に限られるものでなく、図示はしないが、互いから離間していてもよい。
　なお、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの、最も前側の分岐部分５１Ａから最も後側の分岐部分５１Ａまでの、各分岐部分５１Ａの延在方向が、分岐部分５１Ａ毎に徐々に滑らかに変化するようにされていることが、空気抵抗の低減の観点から好ましい。
　ここで、図２の例では、各分岐部分５１Ａの延在方向が互いに略平行に延びている。ただし、図２の例の当該構成に代えて、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの、最も前側の分岐部分５１Ａから最も後側の分岐部分５１Ａまでの、各分岐部分５１Ａの延在方向が、ロータ１Ａの半径方向外側に向かうにつれて、互いから離れる方向に延びるとともに、分岐部分５１Ａ毎に徐々に滑らかに変化するようにされていることが、より好ましい。これにより、ロータ１Ａの回転時に、ブレード２０Ａの先端部分の付近で発生する渦を、ロータ１Ａの半径方向外側及び回転方向ＲＤ後側に、より滑らかに流すことができるので、空気抵抗をさらに低減させることができる。
　また、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａと、後縁４１Ａの、ロータ１Ａの半径方向外側端４５Ａとは、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏを中心とする同一円周上に無くてもよい。
　図３は、図２に示すブレード２０Ａの幅方向に沿ったＡ－Ａ断面図である。図１及び図２では図示していないが、図３に示すように、ブレード２０Ａの表面に、複数の突起部５０を形成することで、ブレード２０Ａの表面に略鮫肌状の凹凸をつけている。ここで、ブレード２０Ａの表面とは、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側（すなわち図１の表側）の表面と、ロータ１Ａの背面側（すなわち図１の裏側）の表面との、両方を指すものとする。
　図３に部分的に拡大して示す各突起部５０の高さｈ及び径ｄは、いずれも５ｍｍ以下であることが好ましく、３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、ブレード２０Ａの表面加工にかかるコストを鑑みれば、各突起部５０の高さｈ及び径ｄは、いずれも０．００１ｍｍ以上であることが好ましく、０．０１ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
　図３に示す例では、突起部５０を、ブレード２０Ａの表面のほぼ全体に形成している。そして、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側の表面における単位面積当たりの突起部５０の数が、ブレード２０Ａの前縁３１Ａから後縁４１Ａに向かうにつれて、減少している。具体的に、図３の例では、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側の表面における単位面積当たりの突起部５０の数は、ブレード２０Ａの前縁３１Ａから後縁４１Ａに向かうにつれて、一箇所（図３の二点鎖線の位置）を境に減少している。これゆえに、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側の表面における、前縁３１Ａ側の領域での当該単位面積当たりの突起部５０の数が、後縁４１Ａ側の領域での単位面積当たりの突起部５０の数よりも多くなっている。
　なお、図示はしないが、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側の表面における単位面積当たりの突起部５０の数が、ブレード２０Ａの前縁３１Ａから後縁４１Ａに向かうにつれて、複数個所を境に減少してもよいし、又は滑らかに減少してもよい。
　さらに、図３に示す例では、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの背面側の表面における単位面積当たりの突起部５０の数が、ブレード２０Ａの前縁３１Ａから後縁４１Ａにわたって略一定であり、ロータ１Ａの正面側の表面における後縁４１Ａ側の領域と同程度である。ただし、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側の表面に加えて、ロータ１Ａの背面側の表面でも、単位面積当たりの突起部５０の数が、ブレード２０Ａの前縁３１Ａから後縁４１Ａに向かうにつれて減少していてもよい。
　このようなブレード２０Ａの表面の構成によれば、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側の表面の、前縁３１Ａ側の領域付近で主に発生する乱流を弱めつつ、当該乱流が、ブレード２０Ａの他の表面領域付近でも発生し又はそこにまで侵入してきた場合にも、さらにこれを弱めることができる。この構成は、ブレード２０Ａの寸法又は３次元的形状等に依って、乱流が、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側の表面の、前縁３１Ａ側の領域付近で発生するだけでなく、ブレード２０Ａの他の表面領域付近でも発生し又はそこへも侵入する場合に、特に有利なものである。
　なお、突起部５０は、ブレード２０Ａの、少なくとも、ロータ１Ａの正面側の表面の前縁３１Ａ側の領域に形成すれば、ブレード２０Ａの、少なくとも、ロータ１Ａの正面側の表面の前縁３１Ａ側の領域付近で主に発生する乱流を、弱めるという効果が得られる。このことから、図示はしないが、突起部５０を、ブレード２０Ａの、ロータ１Ａの正面側の表面の、前縁３１Ａ側の領域のみに形成することもできる。
　また、各突起部５０の寸法や形状は、それぞれ異なっていてもよい。例えば、ブレード２０Ａの表面に対して垂直な断面において（すなわち図３の平面内において）、突起部５０のそれぞれの断面形状は、図３に示す例ではいずれも略ガウス曲線形状であるが、これに限られず、略半円弧状又は略矩形状等、任意の形状が可能であり、それぞれが互いに同一でも異なっていてもよい。同様に、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において（すなわち図２の平面内において）、突起部５０のそれぞれの投影形状は、図３の例ではいずれも略円形としたが、これに限られず、略楕円形状、略矩形状、略三角形状等、任意の形状が可能であり、それぞれが互いに同一でも異なっていてもよい。
　なお、図３に示すような、ブレード２０Ａの幅方向に沿った断面における、ブレード２０Ａの表面上での突起部５０の分布は、ブレード２０Ａの幅中心線（図１の一点鎖線）上の各点におけるブレード２０Ａの同様の断面上で、互いに略同一でもよいし、互いに異なっていてもよい。
　また、上述した、ブレード２０Ａの表面上での突起部５０の分布に関する構成は、ブレード２０Ａの幅中心線上の各点において、ブレード２０Ａの幅方向に沿った断面上で当該構成となる場合に限定されず、ブレード２０Ａの幅中心線上の各点での当該断面上における突起部５０の分布を平均化したときに当該構成となる場合も含むものとする。
　第１実施形態によれば、ロータ１Ａを風力発電機に用いる場合、層流が発生するような使用状況下において、ロータ１Ａの回転時における空気抵抗を低減させることができるので、騒音の低減、発電効率の向上が可能である。同様に、このロータ１Ａを水力発電機に用いる場合、ロータ１Ａの回転時における水抵抗を低減させることができるので、発電効率の向上が可能である。
　（本発明の他のロータの第１実施形態）
　次に、本発明の他のロータの第１実施形態について、図４を参照して説明する。なお、本実施形態については、図１～図３を参照して説明した実施形態と重複する部分の構成及び作用の説明を省き、異なる部分を中心に説明する。図４に示す本実施形態では、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａから前縁突出先端３２Ａまで延びる部分３４Ａが、その少なくとも一部分（図の例では、全部）で、前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａと前縁突出先端３２Ａとを結んだ第２の線分Ｌ2Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側に凸に湾曲又は屈曲（図の例では、湾曲）している。
　このような前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側の部分３４Ａの構成によれば、当該部分３４Ａが第２の線分Ｌ2Aに沿って延びる場合と比べて、ブレード２０Ａが受ける空気抵抗を低減させることができる。
　さらに、本実施形態では、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、前縁突出先端３２Ａからロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａまで延びる部分３７Ａが、少なくとも一部分（図の例では全部）で、前縁３１Ａの、前縁突出先端３２Ａとロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａとを結んだ第５の線分Ｌ5Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの後側に凸に湾曲又は屈曲（図の例では、湾曲）している。
　この構成により、当該部分３７Ａが第５の線分Ｌ5Aに沿って延びる場合と比べて、空気抵抗をより低減させることができる。
　なお、本実施形態では、ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、第１の線分Ｌ1Aに対する前縁突出先端３２Ａは、ハブ１０Ａの外周縁から、ロータ１Ａの半径方向外側に、任意の長さだけ離間した位置に配置されることができる。ただし、空気抵抗の低減の観点から、第１の線分Ｌ1Aに対する前縁突出先端３２Ａは、ハブ１０Ａの外周縁から、ロータ１Ａの半径方向外側に、ブレード２０Ａの長さＢＬAの０．３５～０．６５倍の長さだけ離隔した位置に配置されることが好ましい。
　本実施形態のように、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端３３Ａから前縁突出先端３２Ａまで延びる部分３４Ａが、少なくとも一部分で、第２の線分Ｌ2Aに対して、ロータ１Ａの回転方向前側に凸に湾曲又は屈曲している場合、空気抵抗の低減の観点から、後縁４１Ａの、ロータ１Ａの半径方向内側端４３Ａから、後縁突出先端４２Ａまで延びる部分４４Ａが、少なくとも一部分（図の例では全部）で、第４の線分Ｌ4Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側に凸に湾曲又は屈曲することが好ましい。
　同様に、本実施形態のように、ブレード２０Ａの前縁３１Ａの、前縁突出先端３２Ａからロータ１Ａの半径方向外側端３５Ａまで延びる部分３７Ａが、少なくとも一部分（図の例では全部）で、第５の線分Ｌ5Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの後側に凸に湾曲又は屈曲する場合、空気抵抗の低減の観点から、後縁４１Ａの、後縁突出先端４２Ａからロータ１Ａの半径方向外側端４５Ａまで延びる部分４７Ａが、少なくとも一部分（図の例では全部）で、後縁４１Ａの、後縁突出先端４２Ａとロータ１Ａの半径方向外側端４５Ａとを結んだ第６の線分Ｌ6Aに対して、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの後側に凸に湾曲又は屈曲することが好ましい。
　（本発明のロータの第２実施形態）
　一般的に、ロータの直径が５ｍを超えている場合、ロータの回転時に、ブレードの前縁付近に、渦に加えて乱流が発生するおそれがある。そして、このような乱流に起因して、揚力の低下や、流体抵抗が増大するおそれがある。また、ロータの直径が５ｍを超えている場合、ロータの直径が５ｍ以下である場合と比べて、ブレードの、ロータの半径方向外側の先端部分の移動速度が高くなる傾向があるので、上述した第１実施形態のようにブレードの先端部分を複数の部分に分岐させると、先端部分付近における渦が増大するおそれがある。第２実施形態は、このような課題を解決するものである。
　本発明の第２実施形態を、図５を参照して説明する。図５は、本発明の第２実施形態に係る風水力発電機用のロータ１Ｂの要部を示す正面図である。なお、本実施形態の説明において、既に図１～図３を参照して説明した実施形態と重複する部分の構成及び作用の説明を省き、異なる部分を中心に説明する。図５に示すロータ１Ｂは、風力発電機に用いられるものであり、ロータ１Ｂの直径ΦBが１０ｍであり、風速が５～２０ｍ／ｓであるときの回転数が１０～５０ｒｐｍであるとともに、出力が１５ｋｗであって、レイノルズ数が１００，０００を超える乱流領域（層流と乱流との遷移領域を含む）で使用されることを想定したものである。ただし、本実施形態に係るロータ１Ｂは、風力発電機だけでなく、水力発電機、又は、他の風水力機械にも用いることができる。なお、ロータ１Ｂの直径ΦBは、５ｍを超えていることが好ましく、また、機械的強度の観点から、２５０ｍ以下であることが好ましく、２００ｍ以下であることがさらに好ましい。
　図５に示す第２実施形態では、第１実施形態とは異なり、ロータ１Ｂの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面（すなわち、図５の平面内）において、複数の延長部６０が、前縁３１Ｂに沿って設けられている。各延長部６０は、それぞれブレード２０Ｂの前縁３１Ｂから、ロータ１Ｂの回転方向ＲＤの前側に延びるとともに、ロータ１Ｂの回転方向ＲＤの前側に向かうにつれて先細りとなるように形成されている。なお、図示するように、当該投影面において、各延長部６０の根元側（ローター１Ｂの回転方向後側）の縁部は、前縁３１Ｂと隣接しており、すなわち前縁３１Ｂの輪郭の一部を形成している。
　このようなブレード２０Ｂの前縁３１Ｂに設けられた複数の延長部６０によれば、ロータ１Ｂの回転時に、ブレード２０Ｂの前縁３１Ｂ付近における乱流の発生を抑制することができる。これにより、ロータ１Ｂの揚力を増大させるとともに、空気抵抗を低減させることができる。
　なお、ロータ１Ｂの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面（すなわち、図５の平面内）において、各延長部６０の形状、延在方向、及び延在長さは、それぞれ異なっていてもよい。
　ここで、延長部６０の延在方向及び延在長さとは、それぞれ、当該延長部６０の、ロータ１Ａの回転方向ＲＤの前側端と、当該延長部６０の、ロータ１Ａの半径方向の内側端及び外側端間の中間点とを結んだ線分の、延在方向及び延在長さをいうものとする。
　また、上記投影面において、各延長部６０の形状は、図５に示すような略三角形状に限られず、ロータ１Ｂの回転方向ＲＤの前側に向かうにつれて先細りである限り、略ガウス曲線形状又は略台形状等、任意の形状が可能である。また、当該投影面において、各延長部６０は、図５の例のように互いに連結されている構成に限られるものでなく、図示はしないが、互いから離間していてもよい。また、図５に示すように、延長部６０を、前縁突出先端３２Ｂの付近や、前縁３１Ｂの、ロータ１Ｂの半径方向内側端３３Ｂ及び半径方向外側端３５Ｂの付近に、設けないことが、空気抵抗の低減の観点から好ましい。
　つぎに、図５に示す第２実施形態において、ブレード２０Ｂは、第１実施形態とは異なり、ブレード２０Ｂの、ロータ１Ｂの半径方向外側の先端部分が、ロータ１Ｂの半径方向外側に向かうにつれて先細りとなるように形成されている。
　このようなブレード２０Ｂの、ロータ１Ｂの半径方向外側の先端部分の構成によれば、第１実施形態のように複数の部分に分岐させた構成と比べて、ブレード２０Ｂの先端部分付近における渦の発生を抑制することができる。
　なお、前縁３１Ｂの付近に発生する渦を弱めるという観点から、第１実施形態とは異なり、前縁３１Ｂの、ロータ１Ｂの半径方向内側端３３Ｂと前縁突出先端３２Ｂとを結んだ第２の線分Ｌ2Bと、前縁３１Ｂの、ロータ１Ｂの半径方向外側端３５Ｂと前縁突出先端３２Ｂとを結んだ第５の線分Ｌ5Bとのなす角度θ1Bが、１６０～１７５度であることが好ましい。
　また、後縁４１Ｂを、前縁３１Ｂと同様の構成とすることによって、空気抵抗を低減させるという観点から、後縁４１Ｂの、ロータ１Ｂの半径方向内側端４３Ｂと後縁突出先端４２Ｂとを結んだ第４の線分Ｌ4Bと、後縁４１Ｂの、ロータ１Ｂの半径方向外側端４５Ｂと後縁突出先端４２Ｂとを結んだ第６の線分Ｌ6Bとのなす角度θ2Bが、１６０～１７５度であることが好ましい。
　図示はしないが、ブレード２０Ｂの表面付近で発生する乱流を弱める観点から、第１実施形態と同様に、ブレード２０Ｂの表面には、図３を参照して説明した複数の突起部５０を形成することで、ブレード２０Ｂの表面に略鮫肌状の凹凸をつけている。突起部５０の詳細な説明は、第１実施形態と同様であるので、省略する。
　なお、空気抵抗の低減の観点から、突起部５０は、上述した延長部６０の表面には設けないことが好ましい。
　第２実施形態によれば、ロータ１Ｂを風力発電機に用いる場合、主に乱流が発生するような使用状況下において、ロータ１Ｂの回転時における空気抵抗を低減させることができるので、騒音の低減、発電効率の向上が可能である。同様に、このロータ１Ｂを水力発電機に用いる場合、ロータ１Ｂの回転時における水抵抗を低減させることができるので、発電効率の向上が可能である。
　（本発明の他のロータの第２実施形態）
　なお、図６に示すように、図５を参照して説明した実施形態のロータ１Ｂに、図４を参照して説明した実施形態の前縁３１Ａ及び後縁４１Ａの構成を適用してもよい。
　次に、本発明のロータ及び本発明の他のロータの性能を解析により評価したので、以下に説明する。比較例ロータ１～３、実施例ロータ１～８は、いずれも、ブレードの長さＢＬAを０．５０ｍ、ハブの半径ｒAを０．１０ｍ、ロータの直径ΦAを１．２０ｍとした。各ロータの解析の条件は、風速を５ｍ／ｓ、ブレードのアスペクト比を６．６７、周波数を１．５９Ｈｚ、周速比を１．２０、レイノルズ数を２５，０００、ブレードのピッチ角度を３５度とした。
　ここで、ブレードのアスペクト比は、ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面における、ブレードの面積に対する、ブレードの長さの２乗の比である。
　周波数は、１秒間当たりのブレードの回転数である。
　周速比は、風速に対する、ブレードの、ロータの半径方向外側端部の回転方向の速度の比である。
　ブレードのピッチ角度は、ロータの回転中心軸線に対して垂直な面と、ブレードの前縁と後縁とを通る面との、なす角度である。
　その他、各ロータに個別の解析条件を、表１、２に示す。
　[比較例ロータ１]
　ロータ１Ａの回転中心軸線Ｏに対して垂直な投影面において、比較例ロータ１のブレードは、前縁及び後縁が、それぞれ、直線状であり、すなわち、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第１の線分及び第３の線分に沿って延びている。
　[比較例ロータ２、３、実施例ロータ１～３]
　上記投影面において、比較例ロータ２、３と実施例ロータ１～３とのブレードは、いずれも、前縁及び後縁が、それぞれ、上記第１の線分及び第３の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出している。さらに、該投影面において、比較例ロータ２、３と実施例ロータ１～３とのブレードは、いずれも、前縁が、図２に示すような凹凸状であり、すなわち、前縁の、ロータの半径方向内側端と前縁突出先端とを結んだ第２の線分に対して、ロータの回転方向後側に凸に湾曲しているとともに、前縁の、前縁突出先端とロータの半径方向外側端とを結んだ第５の線分に対して、ロータの回転方向前側に凸に湾曲している。また、該投影面において、比較例ロータ２、３と実施例ロータ１～３とのブレードは、いずれも、後縁が、後縁の、ロータの半径方向内側端と後縁突出先端とを結んだ第４の線分に沿って延びているとともに、後縁の、後縁突出先端とロータの半径方向外側端とを結んだ第６の線分に沿って延びている。
　[実施例ロータ４～８]
　上記投影面において、実施例ロータ４～８のブレードは、いずれも、前縁及び後縁が、それぞれ、上記第１の線分及び第３の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出している。さらに、該投影面において、実施例ロータ４～８のブレードは、いずれも、前縁が、図４に示すような凸凹状であり、すなわち、上記第２の線分に対して、ロータの回転方向前側に凸に湾曲しているとともに、上記第５の線分に対して、ロータの回転方向後側に凸に湾曲している。また、該投影面において、実施例ロータ４～８のブレードは、いずれも、後縁が、上記第４の線分に沿って延びているとともに、上記第６の線分に沿って延びている。
　表１、２において、「θ1A」とは、上記第２の線分と上記第５の線分とのなす角度を示している。「α」とは、上記投影面において、ロータの回転中心軸線と、前縁の、ロータの半径方向内側端とを通る直線と、ロータの回転中心軸線と、前縁の、ロータの半径方向外側端とを通る直線との、なす角度を示している。「前縁突出先端の位置」とは、ブレードの前縁突出先端の、ハブの外周面からの、ロータの半径方向に沿う距離を、ブレード長さＢＬAに対する倍数で示している。「抵抗トルク」とは、空力抵抗トルクの時間平均値であり、その値が小さいほど、ブレードの受ける空気抵抗が小さく、ロータの効率が優れていることを示す。「抵抗トルクの増大率」とは、各ロータの抵抗トルク値から比較例ロータ１の抵抗トルク値を差し引いた値の、比較例ロータ１の抵抗トルク値に対する割合を示しており、その値が小さいほど（マイナス分が大きいほど）、ブレードの受ける空気抵抗が小さく、ロータの効率が優れていることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１からわかるように、前縁突出先端が０．４０ＢＬA～０．６０ＢＬAである実施例ロータ１～３が、比較例ロータ１～３の各々に比べて、抵抗トルク値が小さいことから、ブレードの受ける空気抵抗が低減され、ロータの効率が向上されている。
　また、表２からわかるように、前縁突出先端位置にかかわらず、前縁形状が凸凹状である実施例ロータ４～８が、比較例ロータ１に比べて、抵抗トルク値が小さいことから、ブレードの受ける空気抵抗が低減され、ロータの効率が向上されている。
　したがって、本発明のロータによれば、ブレードが受ける空気抵抗を低減させて、効率を向上させ得ることが判った。
　本発明のロータは、例えば水平軸ロータ等を用いた風力発電機や、水力発電機等の、風力又は水力等の流体力を動力源とする風水力機械に用いることができる。
１Ａ、１Ｂ　ロータ
１０Ａ、１０Ｂ　ハブ
２０Ａ、２０Ｂ　ブレード
２１Ａ、２１Ｂ　ブレードの基端
３１Ａ、３１Ｂ　前縁
３２Ａ、３２Ｂ　前縁突出先端
３３Ａ、３３Ｂ　前縁の、ロータの半径方向内側端
３４Ａ、３４Ｂ　前縁の、ロータの半径方向内側端から前縁突出先端まで延びる部分
３５Ａ、３５Ｂ　前縁の、ロータの半径方向外側端
３６Ａ　分岐部分に沿った、ブレードの前縁の一部分
３７Ａ、３７Ｂ　前縁の、前縁突出先端からロータの半径方向外側端まで延びる部分
４１Ａ、４１Ｂ　後縁
４２Ａ、４２Ｂ　後縁突出先端
４３Ａ、４３Ｂ　後縁の、ロータの半径方向内側端
４４Ａ、４４Ｂ　後縁の、ロータの半径方向内側端から後縁突出先端まで延びる部分
４５Ａ、４５Ｂ　後縁の、ロータの半径方向外側端
４６Ａ　分岐部分に沿った、ブレードの後縁の一部分
４７Ａ、４７Ｂ　後縁の、後縁突出先端からロータの半径方向外側端まで延びる部分
５０　突起部
５１Ａ　分岐部分
６０　延長部
ＢＬA、ＢＬB　ブレードの長さ
Ｌ1A、Ｌ1B　第１の線分
Ｌ2A、Ｌ2B　第２の線分
Ｌ3A、Ｌ3B　第３の線分
Ｌ4A、Ｌ4B　第４の線分
Ｌ5A、Ｌ5B　第５の線分
Ｌ6A、Ｌ6B　第６の線分
Ｏ　ロータの回転中心軸線
Ｒ、Ｓ　分岐開始位置
ＲＤ　回転方向
ｄ　突起部の径
ｈ　突起部の高さ
ｌ1、ｌ2　接線
ｒA、ｒB　ハブの半径
ΦA、ΦB　ロータの直径
θ1A、θ2A、θ1B、θ2B　角度

Claims (9)

  1. 　主軸に支持されたハブと、該ハブに基端が結合されたブレードとを備える、風水力機械用のロータであって、
    　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
    　前記ブレードの前縁が、少なくとも一部分で、当該前縁の、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第１の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出して、その前縁突出先端が、前記ハブの外周縁から、ロータの半径方向外側に、前記ブレードの長さの０．４～０．６倍の長さだけ離隔した位置に配置され、
    　前記ブレードの前縁の、ロータの半径方向内側端から前記前縁突出先端まで延びる部分が、少なくとも一部分で、前記前縁の、ロータの半径方向内側端と前記前縁突出先端とを結んだ第２の線分に対して、ロータの回転方向後側に凸に湾曲又は屈曲している、
    ことを特徴とするロータ。
  2. 　請求項１に記載のロータであって、
    　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
    　前記ブレードの後縁が、少なくとも一部分で、当該後縁の、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第３の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出して、その後縁突出先端が、前記ハブの外周縁から、ロータの半径方向外側に、前記ブレードの長さの０．４～０．６倍の長さだけ離隔した位置に配置され、
    　前記ブレードの後縁の、ロータの半径方向内側端から前記後縁突出先端まで延びる部分が、少なくとも一部分で、前記後縁の、ロータの半径方向内側端と前記後縁突出先端とを結んだ第４の線分に対して、ロータの回転方向後側に凸に湾曲又は屈曲している、
    ことを特徴とするロータ。
  3. 　請求項１又は２に記載のロータであって、
    　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
    　前記ブレードの前縁の、前記前縁突出先端からロータの半径方向外側端まで延びる部分が、少なくとも一部分で、前記前縁の、前記前縁突出先端とロータの半径方向外側端とを結んだ第５の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出している、
    ことを特徴とするロータ。
  4. 　主軸に支持されたハブと、該ハブに基端が結合されたブレードとを備える、風水力機械用のロータであって、
    　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
    　前記ブレードの前縁が、少なくとも一部分で、当該前縁の、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第１の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出し、
    　前記ブレードの前縁の、ロータの半径方向内側端から前記前縁が突出した前縁突出先端まで延びる部分が、少なくとも一部分で、前記前縁の、ロータの半径方向内側端と前記前縁突出先端とを結んだ第２の線分に対して、ロータの回転方向前側に凸に湾曲又は屈曲しており、
    　前記ブレードの前縁の、前記前縁突出先端からロータの半径方向外側端まで延びるが、少なくとも一部分で、前記前縁の、前記前縁突出先端とロータの半径方向外側端とを結んだ第５の線分に対して、ロータの回転方向後側に突出している、
    ことを特徴とするロータ。
  5. 　請求項４に記載のロータであって、
    　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
    　前記ブレードの後縁が、少なくとも一部分で、当該後縁の、ロータの半径方向内側端とロータの半径方向外側端とを結んだ第３の線分に対して、ロータの回転方向前側に突出している、
    ことを特徴とするロータ。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載のロータであって、
    　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
    　前記ブレードの、ロータの半径方向外側の先端部分が、複数の部分に分岐しており、
    　各分岐部分が、それぞれロータの半径方向外側に向かうにつれて先細りとなるように形成され、
    　前記分岐部分に沿った、前記ブレードの前記前縁及び後縁の一部分が、それぞれ当該前縁及び後縁の、当該分岐部分の分岐開始位置での接線上に延びている、
    ことを特徴とするロータ。
  7. 　請求項１～５のいずれか一項に記載のロータであって、
    　ロータの回転中心軸線に対して垂直な投影面において、
    　それぞれ前記ブレードの前記前縁からロータの回転方向前側に延びるとともに、ロータの回転方向前側に向かうにつれて先細りとなる複数の延長部が、前記前縁に沿って設けられ、
    　前記ブレードの、ロータの半径方向外側の先端部分が、ロータの半径方向外側に向かうにつれて先細りとなるように形成されている、
    ことを特徴とするロータ。
  8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載のロータであって、
    　前記ブレードの、少なくとも、ロータの正面側の表面の前縁側の領域に、それぞれ５ｍｍ以下の高さ及び径を有する複数の突起部が形成されている、
    ことを特徴とするロータ。
  9. 　請求項８に記載のロータであって、
    　前記ブレードの、少なくともロータの正面側の表面における単位面積当たりの前記突起部の数が、前記ブレードの前記前縁から前記後縁に向かうにつれて、減少している、
    ことを特徴とするロータ。
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