(57)【要約】【課題】  分割部の結合を容易に行え、結合後も所望の強度信頼性と発電性能を備えていること。【解決手段】  本発明の係る風車ブレードは、上記課題を解決するために、風を受けて回転するロータを構成する少なくとも１枚のブレードから成る風車用ブレードであって、前記ブレードは長手方向に少なくとも２つに分割されていると共に、分割された前記ブレードの根元側と先端側の間に中間翼が配置され、前記ブレードの根元側及び先端側は前記中間翼と結合するウェブを有し、かつ、前記中間翼は前記ブレードの根元側及び先端側と結合するガイドを有し、分割された前記ブレードの根元側と先端側及び前記中間翼は、前記ウェブと前記ガイドを介して長手方向に直列に結合されていることを特徴とする。【選択図】図２
2020176538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風を受けて回転するロータを構成する少なくとも１枚のブレードから成る風車ブレードであって、
前記ブレードは長手方向に少なくとも２つに分割されていると共に、分割された前記ブレードの根元側と先端側の間に中間翼が配置され、
前記ブレードの根元側及び先端側は前記中間翼と結合するウェブを有し、かつ、前記中間翼は前記ブレードの根元側及び先端側と結合するガイドを有し、
分割された前記ブレードの根元側と先端側及び前記中間翼は、前記ウェブと前記ガイドを介して長手方向に直列に結合されていることを特徴とする風車ブレード。
【請求項２】
請求項１に記載の風車ブレードであって、
前記ブレードの根元側及び先端側の前記ウェブは、前記中間翼との結合部の外側に延伸し、このウェブの延伸した部分が前記中間翼の前記ガイドと結合していることを特徴とする風車ブレード。
【請求項３】
請求項２に記載の風車ブレードであって、
前記ブレードの根元側と先端側の前記中間翼との結合部の外側に延伸している前記ウェブの延伸した部分の長さは、前記中間翼の幅以下であることを特徴とする風車ブレード。
【請求項４】
請求項３に記載の風車ブレードであって、
前記ブレードの根元側と先端側の前記ウェブは、前記中間翼の前記ガイドにそれぞれ収納され、接着剤によって固定されていることを特徴とする風車ブレード。
【請求項５】
請求項４に記載の風車ブレードであって、
前記中間翼の前記ガイドは中空に形成され、前記中空部分に、前記ブレードの根元側と先端側の前記ウェブが収納されていることを特徴とする風車ブレード。
【請求項６】
請求項５に記載の風車ブレードであって、
前記中間翼は、前記ブレードの根元側及び先端側の前記ウェブと結合される部位が中空に形成され、この中間翼の前記中空部に前記ガイドが設置されていることを特徴とする風車ブレード。
【請求項７】
請求項６に記載の風車ブレードであって、
前記中間翼の表面形状は、前記ブレードの根元側と先端側の外形状と段差のない滑らかな形状であることを特徴とする風車ブレード。
【請求項８】
請求項７に記載の風車ブレードであって、
前記中間翼は、金属又は炭素繊維強化樹脂で構成されることを特徴とする風車ブレード。
【請求項９】
請求項１に記載の風車ブレードであって、
前記中間翼の前記ガイドは、前記ブレードの根元側及び先端側との結合部の外側に延伸し、このガイドの延伸した部分が前記ブレードの根元側及び先端側の前記ウェブと結合していることを特徴とする風車ブレード。
【請求項１０】
請求項９に記載の風車ブレードであって、
前記ガイドの延伸した部分は、前記ブレードの根元側と先端側のそれぞれの前記ウェブを挟みこみ、接着剤によって固定されていることを特徴とする風車ブレード。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の風車ブレードであって、
前記中間翼は、３次元プリンタで製造されていることを特徴とする風車ブレード。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の風車ブレードであって、
前記ブレードと前記中間翼の結合部は、繊維強化樹脂でオ−バーラミネーションが施されていることを特徴とする風車ブレード。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の風車ブレードであって、
前記中間翼の内部に楔状の領域を設け、この楔状の領域に、前記ブレードの根元側の前記ウェブ又は前記ブレードの先端側の前記ウェブを挿入することで、前記ブレードに予湾曲が与えられることを特徴とする風車ブレード。
【請求項１４】
タワーと、該タワーの上部に、水平面内で回転駆動できるように設置されたナセルと、該ナセルに接続され、少なくとも１枚の風車ブレード及びハブで構成されたロータとを備えた風力発電システムであって、
前記風車ブレードは、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の風車ブレードであることを特徴とする風力発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は風車ブレード及び風力発電システムに係り、特に、ブレードが長手方向に分割されているものに好適な風車ブレード及び風力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化問題などの環境保全の観点から、再生可能エネルギーを利用する風力発電システムの需要が拡大している。風力発電システムにおける風力発電量は、風速の３乗に比例し、風車ブレードの長さの２乗に比例する。そのため、近年は、ブレードを長翼化する傾向にあり、長さ１００ｍ級のブレードも開発されつつある。
【０００３】
このように、ブレードが長くなると、ブレードを工場から風車の建設現場へ運ぶ車両や船舶の輸送能力、道路の幅などの制限によって輸送コストが増大する。また、ブレードの製造コストも増加し、一体成形時の品質管理が困難となる。
【０００４】
このような問題を解決するための先行技術文献としては、特許文献１を挙げることができる。
【０００５】
この特許文献１には、ブレードが長手方向に複数の部品に分割して製造、輸送され、風車の建設現場において分割部を接着結合することが記載されている。特許文献１に記載されている分割ブレードは、根元側（又は先端側）から延伸した主桁を先端側（又は根元側）に設けた溝に嵌め込み接着剤で固定することで結合されており、分割ブレードの結合にボルトを用いないため、結合部を軽量化できるメリットがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１４７０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された分割ブレードは、近年の大型化したブレードに作用する大きな曲げ荷重や捩れ荷重に耐えられない可能性がある。例えば、近年の大型化したブレードでは、主桁は長手方向に繊維を配向した一方向の繊維強化樹脂（ＦＲＰ;Fiber Reinforced Plastic）の積層構造で構成されている。主桁と翼周方向に隣接する外皮は、繊維を長手方向に対して任意の角度傾けた多方向のＦＲＰ積層で構成され、主桁と外皮を追加の多方向のＦＲＰ積層で覆うことで、主桁と外皮の間で曲げ荷重や捩り荷重を滑らかに伝達させている。
【０００８】
上述した特許文献１の分割ブレードでは、根元側（又は先端側）から延伸した主桁を先端側（又は根元側）に設けた溝に嵌め込み接着剤で固定しているため、嵌め込み結合部において主桁と外皮の積層が不連続となる。従って、応力の集中によって、主桁と外皮の接着部が破損する可能性がある。
【０００９】
また、接着部の保護を目的として、結合部をフェアリングで覆う場合、周囲の翼形状に対してフェアリングが凸形状となるため、この凸形状により、フェアリング近傍で空気の流れが乱れ、ブレードの発電性能が低下する可能性がある。更に、建設現場で分割ブレードを結合する場合には、組立コストの削減が望まれる。
【００１０】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ブレードの分割部の結合を容易に行え、所望の強度信頼性と発電性能が得られる風車ブレード及び風力発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の風車ブレードは、上記目的を達成するために、風を受けて回転するロータを構成する少なくとも１枚のブレードから成る風車用ブレードであって、前記ブレードは長手方向に少なくとも２つに分割されていると共に、分割された前記ブレードの根元側と先端側の間に中間翼が配置され、前記ブレードの根元側及び先端側は前記中間翼と結合するウェブを有し、かつ、前記中間翼は前記ブレードの根元側及び先端側と結合するガイドを有し、分割された前記ブレードの根元側と先端側及び前記中間翼は、前記ウェブと前記ガイドを介して長手方向に直列に結合されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の風力発電システムは、上記目的を達成するために、タワーと、該タワーの上部に、水平面内で回転駆動できるように設置されたナセルと、該ナセルに接続され、少なくとも１枚の風車ブレード及びハブで構成されたロータとを備えた風力発電システムであって、前記風車ブレードは、上記構成の風車ブレードであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ブレードの分割部の結合を容易に行え、結合後も所望の強度信頼性と発電性能が得られる風車ブレード及び風力発電システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の風力発電システムの実施例１を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の風車ブレードの実施例１の１枚のブレードを示す断面図である。
【図３（ａ）】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３（ｂ）】図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図４（ａ）】本発明の風車ブレードの実施例１における分割ブレードと中間翼の結合前の状態を示す分解斜視図である。
【図４（ｂ）】本発明の風車ブレードの実施例１における分割ブレードと中間翼が結合された状態を示す斜視図である。
【図５（ａ）】本発明の風車ブレードの実施例１における分割ブレードと中間翼が結合された状態を示す斜視図である。
【図５（ｂ）】図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面斜視図である。
【図５（ｃ）】図５（ｂ）のＤ部の断面図である。
【図５（ｄ）】図５（ｂ）のＥ部の断面図である。
【図６】本発明の風車ブレードの実施例１における分割ブレードと中間翼の結合部を示す断面図である。
【図７】本発明の風車ブレードの実施例２における分割ブレードと中間翼の結合前の状態を示す分解斜視図である。
【図８（ａ）】本発明の風車ブレードの実施例３における分割ブレードと中間翼が結合された状態を示す斜視図である。
【図８（ｂ）】図８（ａ）をＦの方向から見た結合部の側面図である。
【図９（ａ）】本発明の風車ブレードの実施例４の１枚のブレードを示す断面図である。
【図９（ｂ）】本発明の風車ブレードの実施例４における分割ブレードと中間翼の結合部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の風車ブレード及び風力発電システムを説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００１６】
図１に、本発明の風力発電システムの外観構成を示す。
【００１７】
図１に示すように、風車１は、タワー２と、水平面内で回転駆動できるようにタワー２の上部に設置されたナセル３と、ナセル３に接続され、３枚のブレード４ａ、４ｂ、４ｃ及びハブ５で構成されるロータ６とにより概略構成されている。ロータ６は、図示しない主軸を介してナセル３に回転可能に支持されている。
【００１８】
なお、ブレード４ａ、４ｂ、４ｃの枚数は例示的であり、それ以外の枚数も取り得ることは言うまでもない。
【００１９】
図２に、本発明の風車ブレードの実施例１の１枚のブレード４ａを示す。
【００２０】
図２に示すように、ブレード４ａは、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ、及びブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂの間に設置された中間翼１２により構成されている。ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２は、長手方向に結合部１３で直列に結合されている。
【００２１】
なお、ブレード４ａの分割数と中間翼１２の個数は例示的であり、それ以外の数も取り得る。例えば、ブレード４ａを３分割した場合には、中間翼１２の数は２つとしてもよい。
【００２２】
図３（ａ）に図２のＡ−Ａ線に沿ったブレードの根元側１１ａの断面構造を、図３（ｂ）に図２のＢ−Ｂ線に沿った中間翼１２の断面構造をそれぞれ示す。
【００２３】
該図に示すように、ブレードの根元側１１ａは、負圧側の主桁１６及び外皮（シェル）１８と、正圧側の主桁１７及びシェル１９と、前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂと、を含んで構成される。
【００２４】
負圧側の主桁１６と正圧側の主桁１７は、多くの場合、繊維を長手方向に一方向に配向したＦＲＰの積層によって形成されている。一般的には、ブレード４ａ、４ｂ、４ｃに用いられるＦＲＰの繊維にはガラス繊維や炭素繊維が使用され、母材樹脂には、エポキシ樹脂や不飽和ポリエステル樹脂が使用されている。
【００２５】
一方、負圧側のシェル１８及び正圧側のシェル１９と、前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂは、ポリ塩化ビニルなどの発泡樹脂材やバルサなどの木材を、繊維を１方向以上に配向したＦＲＰの表皮で挟んだサンドイッチ材で形成されている。
【００２６】
本実施例では、ＦＲＰの組成にガラス繊維とエポキシ樹脂、負圧側のシェル１８及び正圧側のシェル１９の芯材にバルサ、前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂの芯材にポリ塩化ビニルを想定している。ただし、下記実施例は、ＦＲＰや芯材の材料組成に限定されるものではない。
【００２７】
また、前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂの本数は例示的であり、それ以外の本数も取り得る。例えば、長さ５０ｍを超えるようなブレード４ａでは、後縁側１５近傍に追加の補強ウェブが配置されることもある。
【００２８】
ブレードの先端側１１ｂの断面構造は、各部の寸法は異なるものの、ブレードの根元側１１ａの構造と略同じである。
【００２９】
一方、中間翼１２は、ブレードの根元側１１ａの前縁側１４のウェブ２０ａと後縁側１５のウェブ２０ｂにあたる部位（前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂと結合される部位）が中空となっており、前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａ及び後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂを有する構成になっている。
【００３０】
また、本実施例では、中間翼１２は主桁を有しておらず、外形状は外皮（シェル）のみで構成されている。ただし、中間翼１２は、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂと同じように、主桁に該当する長手方向の剛性を補強する部材を有していてもよい。また、後縁側１５近傍に補強ウェブがある場合は、それに対応するウェブ用ガイドを設けることもできる。
【００３１】
本実施例では、中間翼１２の構成材料として、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂと同じＦＲＰを想定している。
【００３２】
図４（ａ）に、本実施例の風車ブレードにおける分割ブレードと中間翼１２の結合前の状態を示し、図４（ｂ）に、本実施例の風車ブレードにおける分割ブレードと中間翼１２が結合された状態を示す。
【００３３】
該図に示すように、本実施例の風車ブレードでは、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂが、結合部１３の外側に延伸した構成となっている。また、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂにおける結合部１３の外側に延伸した部分の長さは、中間翼１２の幅（Ｈ）以下となっている。
【００３４】
そして、前縁側１４のウェブ２０ａは中間翼１２の前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａに、後縁側１５のウェブ２０ｂは中間翼１２の後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂにそれぞれ収納され、接着剤によって固定されている。即ち、中間翼１２の前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａ及び後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂは、それぞれ２枚の板状部材で中空に形成され、このそれぞれの中空部分に、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂが収納され、接着剤によって固定されている。
【００３５】
このように、本実施例の風車ブレードでは、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２は、結合部１３を介して長手方向に直列に接着結合されている。
【００３６】
また、本実施例の風車ブレードでは、前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂが結合部の外側に延伸し、中間翼の前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａ及び後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂに嵌め込む構成となっている。そのため、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２の位置合わせが容易にできる。
【００３７】
従って、風車１の建設現場において、分割ブレードの組立コストを削減できる。また、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２の結合に接着剤を用いるため、結合部１３の質量増加を抑制できる。接着剤として、ブレード４ａの構成材料のＦＲＰの母材樹脂と同一系統の樹脂を使用することで、接着強度を高められる。
【００３８】
また、中間翼１２の表面形状は、結合部１３に隣接するブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂの外形状と滑らかに接続する形状、即ち、中間翼１２の表面形状が、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂの外形状と段差のない状態で接続する形状にすることで、ブレード４ａに所望の空力性能を持たせることができる。
【００３９】
また、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２の外形状を滑らかに接続することで、ブレード４ａにおける予期しない凸部を無くすことができるため，結合部１３の存在によるブレード４ａの空力性能の低下を抑制できる。これにより、所望の発電性能をブレード４ａに与えることができる。
【００４０】
また、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂは、翼周方向（図４（ａ）のＲ方向）に積層が連続であるため、主桁や外皮に作用する曲げ荷重や捩り荷重を滑らかに伝達できる。
【００４１】
図５（ａ）に、本実施例の風車ブレードにおける分割ブレードと中間翼１２が結合部された状態を示し、図５（ｂ）に、図５（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面を示し、図５（ｃ）に、図５（ｂ）のＤ部の断面を示す、図５（ｄ）に、図５（ｂ）のＥ部の断面をそれぞれ示す。
【００４２】
図５（ｃ）に示すように、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ又は後縁側１５のウェブ２０ｂの端部を嵌め合い継手にすることで、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ又は後縁側１５のウェブ２０ｂ同士の接着をより強固にできる。
【００４３】
また、図５（ｄ）に示すように、中間翼１２の板厚を、ブレードの根元側１１ａ又はブレードの先端側１１ｂに対して変化させることで、結合部１３に所望の剛性を与えることができる。
【００４４】
例えば、中間翼１２を金属や炭素繊維強化樹脂のような、ブレードの根元側１１ａ又はブレードの先端側１１ｂの材料よりも高剛性の材料で構成する場合、結合部１３において剛性が不連続となり、応力が集中する要因となり得る。
【００４５】
この対策として、中間翼１２の板厚をブレードの根元側１１ａ又はブレードの先端側１１ｂの板厚より薄くすることで、結合部１３において剛性を連続分布させることができる。また、結合部１３における主桁又は外皮同士の接着にスカーフ継手などを用いることで、接着部の強度を高められる。
【００４６】
更に、本実施例では、ブレード４ａで強度的に弱い部分を分割部に選定することもできる。例えば、ブレード４ａの一断面の座屈強度が低い場合、その断面を結合部に選定し、中間翼１２をブレードの根元側１１ａ又はブレードの先端側１１ｂよりも座屈強度の高い材料で構成する。そして、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２を結合することで、ブレード４ａの座屈強度を向上できる。
【００４７】
以上説明したように、本実施例の構成により、ブレード４ａの強度信頼性を確保できる。
【００４８】
また、本実施例では、中間翼１２をＦＲＰで構成したが、中間翼１２はそれ以外の構成材料も取り得る。中間翼１２をブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂと同じＦＲＰで構成する場合、接着剤にＦＲＰの母材樹脂と同一系統の樹脂を用いることで、結合部１３における接着強度を高められる。また、中間翼１２をブレード４ａと同様の方法で形成することができ、材料コストや製造コストを低減できる。
【００４９】
中間翼１２を炭素繊維強化樹脂で構成する場合には、中間翼１２をより軽量化でき、ブレード４ａの質量を低減できる。
【００５０】
また、中間翼１２を金属で構成する場合には、中間翼１２を精度よく加工できるため、結合部１３の嵌め合い精度を高められる。これにより、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２の間の余分な空隙（ガタ）を無くすことができ，接着強度を高められる。
【００５１】
また、中間翼１２を金属で構成する場合、中間翼１２と図示しないブレード４ａの内部に配置されるダウンコンダクタを導電性ケーブルで結ぶことで、ブレード４ａの耐雷性能を向上できる。
【００５２】
中間翼１２は、３Ｄ（３次元）プリンタで製造することもできる。この場合、中間翼１２の寸法精度を高めることができる。
【００５３】
これにより、前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂと、前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａ及び後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂの嵌め合い部において、余分なガタつきをなくすために施す研削量を削減できる。また、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２の結合精度を高めることができ、ブレード４ａの強度信頼性を向上できる。
【００５４】
図６に、本実施例の風車ブレードにおける分割ブレードと中間翼１２の結合部、具体的には、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ又は後縁側１５のウェブ２０ｂ同士の接着部を示す。
【００５５】
該図に示す本実施例では、中間翼１２に少なくとも２つの孔（樹脂注入孔２２ａと樹脂吸引孔２０ｂ）を開け、前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａ又は後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂに樹脂が流動できる溝を設ける。そして、樹脂注入孔２２ａから樹脂を注入し、樹脂吸引孔２０ｂから真空引きして樹脂を硬化することで、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ又は後縁側１５のウェブ２０ｂ同士の接着強度を向上できる。その際、金属製の中間翼１２に熱源を接続して外部から熱供給することで、樹脂の硬化を均一にでき、接着強度をより向上できる。
【００５６】
なお、図６に示す例では、中間翼１２に樹脂の流動経路を設ける必要があるため、構造が複雑化するが、このような場合には、中間翼１２を３Ｄプリンタで製造すると、なお好適である。
【００５７】
以上説明した本実施例の風車ブレードによれば、ブレード４ａの分割部の結合を容易に行え、結合後も所望の強度信頼性と発電性能が得られる。
【実施例２】
【００５８】
図７に、本発明の風車ブレードの実施例２を示す。
【００５９】
該図に示す本実施例の風車ブレードは、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂは、結合部１３の外側に延伸していない。一方、中間翼１２の前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａ及び後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂが、結合部１３の外側にそれぞれ延伸した構成となっている。
【００６０】
そして、中間翼１２の前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａ及び後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂが、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂの対応する前縁側１４のウェブ２０ａ及び後縁側１５のウェブ２０ｂを挟みこみ、接着剤で固定することで、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２を結合している。
【００６１】
このような本実施例の風車ブレードは、上述した実施例１の効果に加え、既に稼働しているブレード４ａの補修に好適である。例えば、ブレード４ａの一部が、現地で補修できない程度に破損した場合、ブレード４ａを新品のブレードと交換せねばならない。その際、ブレードを新たに製造する必要があり、なおかつ現地まで輸送しなければならない。従って、製造コストと輸送コストが発生する。
【００６２】
そこで、本実施例の風車ブレードは、ブレードを新品に交換することなく、ブレード４ａの破損部を除去し、その間を中間翼１２で結合するようにしたものである。
【００６３】
まず、ブレード４ａの破損部を除去するため、ブレード４ａを複数に分割する。例えば、ブレード４ａの破損部が一箇所であれば、該当する破損部を除去するため、ブレード４ａを２分割する。そして、結合部１３側に延伸した前縁側１４のウェブ用ガイド２１ａ及び後縁側１５のウェブ用ガイド２１ｂを有する中間翼１２を用いて、分割したブレード４ａを結合する。
【００６４】
これにより、新品のブレードを用意する必要が無いため、製造コストと輸送コストを削減できる。
【００６５】
また、ブレード４ａの破損部は、構造的に弱くなっている可能性がある。そのような場合は、中間翼１２の板厚や構成材料を吟味することで、ブレード４ａの補修だけでなく該当部の強化を施すことができる。
【実施例３】
【００６６】
図８（ａ）及び図８（ｂ）に、本発明の風車ブレードの実施例３を示す。
【００６７】
該図に示す本実施例の風車ブレードは、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂと中間翼１２の結合部１３の剛性と強度をより強固なものにするため、その結合部１３の表面をＦＲＰで追加積層（オーバーラミネーション２３）するものである。
【００６８】
具体的には、本実施例では、中間翼１２の外形状が、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂよりも小さく成形されており、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂの結合部１３の端面には、外形状にテーパが設けられた構成となっている。即ち、図８（ｂ）に示すように、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂの表面から中間翼１２に向って細くなるように傾斜している。
【００６９】
そして、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂと中間翼１２の結合部１３を覆うようにＦＲＰのオーバーラミネーション２３を施し、樹脂を硬化することにより、結合部１３を繊維で連続的に接続している。
【００７０】
このような本実施例の風車ブレードは、上述した実施例１の効果に加え、ブレードの根元側１１ａ及びブレードの先端側１１ｂと中間翼１２の結合部１３の剛性と強度を向上できるため、分割されたブレード４ａの強度信頼性を更に高めることができる。
【００７１】
また、ブレードの根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂ及び中間翼１２の外形状に整合するようにオーバーラミネーション２３の積層数を調整することで、結合部１３の外形状を調整できる。
【００７２】
これにより、ブレード４ａの外形状に予期しない凹凸が無くなるため、ブレード４ａに所望の発電性能を付与できるし、オーバーラミネーション２３の積層数を調整することで、ブレード４ａに所望の剛性と強度を与えることができる。
【実施例４】
【００７３】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に、本発明の風車ブレードの実施例４を示す。
【００７４】
近年の風車１では、受風して変形した状態においてブレード４ａ、４ｂ、４ｃが最大発電性能を有するように、ブレード４ａ、４ｂ、４ｃを風上側に予め湾曲（力を加えることなしに予め湾曲、例えば、図９（ａ）では、ブレードの先端側１１ｂがブレードの軸線より上方に曲がっていること）させておくことがある。
【００７５】
また、ブレード４ａ、４ｂ、４ｃをタワー２の風上側に配置するアップウィンド風車の場合、上述した予湾曲によって、ブレード４ａ、４ｂ、４ｃとタワー２の距離が拡がるため、ブレード４ａ、４ｂ、４ｃとタワー２の衝突の可能性を低減できる。即ち、ブレード４ａの予湾曲によって、風力発電システムの発電性能と強度信頼性を向上できる。
【００７６】
しかし、予湾曲したブレードの製造では、高精度で加工した鋳型が必要となる。そのため、ブレードの製造コストが増加する。
【００７７】
このような問題を解決するのが、以下に説明する実施例４の風車ブレードである。
【００７８】
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示す本実施例のブレード４ａは、少なくとも２つに分割され、予湾曲をもたないように製造される。そして、図９（ａ）に示すように、中間翼１２で結合することで、ブレード４ａが予湾曲する構成（図９（ａ）に示すブレードの先端側１１ｂがブレードの軸線より上方に曲がっている構成）となっている。
【００７９】
図９（ｂ）に、本実施例を実現する分割ブレードと結合される中間翼１２の長手方向の断面を示す。
【００８０】
図９（ｂ）に示すように、本実施例では、中間翼１２の内部に楔状の領域２４、即ち、中間翼１２の風が当たる面の長さ（Ｌ１）より反対側の面の長さ（Ｌ２）の方が長い楔状の領域２４を設け、この楔状の領域２４にブレード根元側１１ａとブレードの先端側１１ｂの前縁側１４のウェブ２０ａ又は後縁側１５のウェブ２０ｂを挿入することで、ブレード４ａに予湾曲が与えられる。
【００８１】
このような本実施例の風車ブレードは、上述した実施例１の効果に加え、ブレード４ａは予湾曲をもたないブレードと同じ鋳型で成形できるため、ブレード４ａの製造コストを削減できる。また、中間翼１２の楔状の角度を変更することで、任意の大きさの予湾曲を実現できる。更に、中間翼１２の外形状を滑らかな曲率をもった形状にすることで、ブレード４ａの予湾曲の曲率を連続的にすることができ、ブレード４ａの発電性能を向上できる。
【００８２】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
【符号の説明】
【００８３】
１…風車、２…タワー、３…ナセル、４ａ、４ｂ、４ｃ…ブレード、５…ハブ、６…ロータ、１１ａ…ブレードの根元側、１１ｂ…ブレードの先端側、１２…中間翼、１３…結合部、１４…前縁側、１５…後縁側、１６…負圧側の主桁、１７…正圧側の主桁、１８…負圧側の外皮（シェル）、１９…正圧側の外皮（シェル）、２０ａ…前縁側のウェブ、２０ｂ…後縁側のウェブ、２１ａ…前縁側のウェブ用ガイド、２１ｂ…後縁側のウェブ用ガイド、２２ａ…樹脂注入孔、２２ｂ…樹脂吸引孔、２３…オーバーラミネーション、２４…中間翼内部の楔状の領域。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図５（ｄ）】
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【図６】
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【図７】
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【図８（ａ）】
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【図８（ｂ）】
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【図９（ａ）】
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【図９（ｂ）】
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