(57)【要約】【課題】  ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供する。【解決手段】  ブレード１は、ブレード本体と、ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも１つのレセプタ６と、レセプタ６と電気的に接続されブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタ７とを有する。ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層８を有し、非線形抵抗材層８は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になる。【選択図】  図５
2020041432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレード本体と、
前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも１つのレセプタと、
前記レセプタと電気的に接続され、前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを有するブレードであって、
前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、
前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とするブレード。
【請求項２】
請求項１に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の外表面又は内表面に塗布されていることを特徴とするブレード。
【請求項３】
請求項２に記載のブレードにおいて、
前記ブレード本体は、前記非線形抵抗材層を有する部分も含め、又は、前記非線形抵抗材層を有する部分に対応して、塗装されていることを特徴とするブレード。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の圧力面から負圧面に向かって前記ダウンコンダクタが前記ブレード本体の負圧面側に投影される部分の少なくとも一部と、前記ブレード本体の負圧面から圧力面に向かって前記ダウンコンダクタが前記ブレード本体の圧力面側に投影される部分の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。
【請求項５】
請求項４に記載のブレードにおいて、
前記レセプタは、前記レセプタと電気的に接続されたレセプタアンカーに固定されており、前記ダウンコンダクタは、前記レセプタアンカーと電気的に接続されており、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の圧力面から負圧面に向かって前記レセプタアンカーが前記ブレード本体の負圧面側に投影される部分の少なくとも一部と、前記ブレード本体の負圧面から圧力面に向かって前記レセプタアンカーが前記ブレード本体の圧力面側に投影される部分の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。
【請求項６】
請求項５に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記レセプタから前記ブレード本体の先端部にかけて延在することを特徴とするブレード。
【請求項７】
請求項６に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記レセプタから前記ブレード本体の前縁側及び／又は後縁側にかけて延在することを特徴とするブレード。
【請求項８】
請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のブレードにおいて、
レセプタは、前記ブレード本体の先端部に設けられていることを特徴とするブレード。
【請求項９】
請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の先端部から長手方向に４ｍ以上１０ｍの範囲に設けられていることを特徴とするブレード。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、ブレードの長さに対する比率が１０％以上２９％以下となる前記ブレード本体の先端部から長手方向の範囲に設けられていることを特徴とするブレード。
【請求項１１】
請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のブレードにおいて、
前記ブレード本体の外表面に貼付されたダイバータストリップを有し、
前記非線形抵抗材層は、前記ダイバータストリップが貼付されている前記ブレード本体の周囲の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項３のうちいずれか１項に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、第１の非線形抵抗材層と第２の非線形抵抗材層を有し、
前記第１の非線形抵抗材層は前記第２の非線形抵抗材層よりも前記レセプタに近く、前記第１の非線形抵抗材層は第２の非線形抵抗材層よりも高い電界において抵抗率が大きく低下する特性を有することを特徴とするブレード。
【請求項１３】
少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、を有する風力発電装置であって、
前記ブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも１つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを備え、
前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、
前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載の風力発電装置において、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の外表面又は内表面に塗布されていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１５】
請求項１３又は請求項１４に記載の風力発電装置において、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の先端部から長手方向に４ｍ以上１０ｍの範囲に設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【請求項１６】
請求項１３又は請求項１４に記載の風力発電装置において、
前記非線形抵抗材層は、ブレードの長さに対する比率が１０％以上２９％以下となる前記ブレード本体の先端部から長手方向の範囲に設けられていることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風車用ブレード及び風力発電装置に係り、特に、耐雷性を考慮した風車用ブレード及び風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風力発電装置の大型化に伴い、風力発電装置の落雷被害が頻発している。特に最高点を通過するブレードへの落雷は多く報告されており、その対策が必要である。ブレードの落雷対策に関する技術として、以下に挙げる特許文献に記載される技術が提案されている。特許文献１には、ブレード本体の先端若しくは先端近傍にレセプタを設置すると共に、このレセプタと接続されたダウンコンダクタをブレード本体の内部に配線することで、ブレード本体の雷撃損傷を効果的に防止し得る技術が開示されている。また、特許文献２には、レセプタとブレード本体表面との境界の周囲に限定して、少なくともブレード本体の表面側に導電性材料を被覆することで、レセプタとブレード本体表面との境界やレセプタアンカーへの落雷を抑制し得る技術が記載されている。更にまた、特許文献３には、ブレード本体の表面に金属材料層と非線形抵抗材層とを交互に一部を接触させつつ形成し、且つブレード本体の先端部分に金属材料層を配置する一方、ブレード本体のハブに隣接する部分に非線形抵抗材層を配置することで、雷撃電流によるブレード本体の破損を防止し得る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１１３７３５号公報
【特許文献２】特開２０１２−２４６８１２号公報
【特許文献３】特開２０１４−２５４２８号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ａ．Ｃａｎｄｅｌａ  ｅｔ．ａｌ．，“Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ  Ｄａｍａｇｅ  ｔｏ  Ｗｉｎｄ  Ｔｕｒｂｉｎｅ  Ｂｌａｄｅｓ  Ｆｒｏｍ  Ｗｉｎｄ  Ｆａｒｍｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｕ．Ｓ．，”  ｉｎ  ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，  ｖｏｌ．  ３１，  ｎｏ．  ３，  ｐｐ．  １０４３−１０４９，  Ｊｕｎｅ  ２０１６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法は、レセプタやレセプタアンカーの端部に電界が集中し、そのことがレセプタ以外の部分への着雷を招いていた。特許文献２に記載の技術によれば、レセプタやレセプタアンカーの端部に集中していた電界を緩和させる効果が見込まれるが、それでもなおブレード本体への雷撃が相次いでいる。一方、特許文献３に記載される技術では、高いピーク電流や大きな電荷量を伴う雷撃が複数回発生した場合に、ブレード本体の表面に被覆された金属材料層及び非線形抵抗材層が焼失する虞がある。このように、特許文献１乃至特許文献３に記載される技術では、未だ風力発電装置に用いられるブレードに対する有効な雷撃対策を実現できていない。  
そこで本発明の目的は、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係るブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも１つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され、前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを有するブレードであって、前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る風力発電装置は、少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、を有する風力発電装置であって、前記ブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも１つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを備え、前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供することができる。  
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例に係る実施例１のブレード及び風力発電装置の全体概略構成図である。
【図２】図１に示すブレードを構成する１つのブレードを示す図である。
【図３】図２に示すブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、図２に示すブレードを上方より見た図である。
【図４】図２に示すブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、図２に示すブレードを横方向から見た図であり、ブレード本体に落雷する原理を説明する図である。
【図５】実施例１に係るブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。
【図６】非線形抵抗材層の抵抗率と電界との関係を示す図である。
【図７】図５に示すブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、図５に示すブレードを横方向から見た図である。
【図８】本発明の他の実施例に係る実施例２のブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。
【図９】本発明の他の実施例に係る実施例３のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。
【図１０】図９に示すブレードの変形例１を示す図である。
【図１１】図９に示すブレードの変形例２を示す図である。
【図１２】本発明の他の実施例に係る実施例４のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。
【図１３】本発明の他の実施例に係る実施例５のブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。
【図１４】本発明の他の実施例に係る実施例６のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。
【図１５】実施例６に係る非線形抵抗材層の抵抗率と電界との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の一実施例に係る実施例１のブレード及び風力発電装置の全体概略構成図である。図１に示すように、風力発電装置５０は、接地極５を備えた地上若しくは洋上に設置されるタワー４、タワー４の頂部に取り付けられたナセル３、及び、ナセル３の内部の主軸（図示せず）に取り付けられたハブ２とハブ２に取り付けられた複数のブレード１とで構成される回転可能なロータを備えている。ここで、ロータを構成するブレード１は風車用ブレードとも称される。また、主軸には増速機（図示せず）を介して発電機（図示せず）が連結されており、ロータの回転力が増速機を介して発電機に伝達するよう構成されている。ブレード１が風を受けることでロータが回転し、ロータの回転力で発電機を回転させて電力を発生させている。ブレード１は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の外皮（外表面と称する場合もある）と、この外皮の内側に配置される主桁（図示せず）とを備えて構成される。
【００１２】
また、図示しないが、ナセル３上には風向や風速を計測する風向風速センサが設置されており、発電機（図示せず）内には、回転速度を検出するための回転速度センサや、発電機が出力する有効電力を計測する電力センサなども設置されている。風力発電装置５０は、個々のブレード１毎に、風に対するブレード１の角度（ピッチ角）を調整するピッチ角調整装置（図示せず）を備えている。ピッチ角調整装置がブレード１のピッチ角を変更することによりブレード１の受ける風力（風量）を調整して、風に対するロータの回転エネルギーを変更するよう構成されている。これにより、広い風速領域において回転速度及び発電電力を制御することが可能となっている。また、ナセル３の向きはヨー角と称され、風力発電装置５０は、このナセル３の向き、すなわち、ロータの回転面の向きを制御するヨー角調整装置（図示せず）を備えている。なお、図１ではブレード１の数が３枚である風力発電装置５０の例を示しているが、ブレードの数は３枚に限定されるものではない。
【００１３】
図２は、図１に示す風車用ブレードを構成する１つのブレードを示す図である。図２に示すように、ブレード１の先端部の近傍には雷保護装置としてレセプタ６が設置されている。レセプタ６は、ダウンコンダクタ７により接地極５と電気的に接続されている。ブレード１の大きさに応じて中間レセプタ（図示せず）が設けられる場合がある。この場合、中間レセプタも同様にダウンコンダクタ７により接地極５に接続される。
【００１４】
レセプタ６は、雷のエネルギー（電荷量）を考慮して材質や大きさが設計される。主要な導電体のうち、レセプタ６の材質としてアルミニウムが好適である。レセプタ６をアルミニウムで構成すれば、アルミニウムは導電性に優れることから、雷撃に伴う電流による内部発熱を小さくすることができる。また、アルミニウムは熱伝導性にも優れることから、内部発熱を速やかに分散することができる。さらにアルミニウムは他の主要な導電体に比べて軽量であるため、レセプタ６に作用する遠心力を小さくすることができる。
【００１５】
ダウンコンダクタ７もレセプタ６と同様に、雷のエネルギー（電荷量）を考慮して材質や太さが設計される。主要な導電体のうち、ダウンコンダクタ７の材質としてアルミニウム線が好適である。アルミニウム線は銅線と比べて導電率は低いものの、主要な構造材にも使用される構造用軽量素材である。このため、銅と同程度の導電性を確保するために大径化しても、軽量素材であることから、風車用ブレードの重量を増加させることがない。寧ろ大径化したことと相俟って、構造用素材という特徴により、レセプタ６に作用する遠心力に十分に耐える強度を有するダウンコンダクタとすることができる。
【００１６】
レセプタ６に落雷した場合、その雷電流はレセプタ６、ダウンコンダクタ７を介して接地極５へと導かれる。図１に示すように、ダウンコンダクタ７から接地極５までの通電経路には、ナセル３及びタワー４が存在するが、雷電流はナセル３及びタワー４を通電する場合もあるし、ナセル内避雷導線（図示せず）及びタワー内避雷導線（図示せず）を通電する場合もある。ナセル内避雷導線の一端はダウンコンダクタ７と電気的に接続され、ナセル内避雷導線の他端はタワー内避雷導線と電気的に接続される。タワー内避雷導線の一端はナセル内避雷導線と電気的に接続され、タワー内避雷導線の他端は接地極５と電気的に接続される。ナセル３及びタワー４が雷電流の導電体として十分な処理能力を備えている場合には、ナセル内避雷導線及び／又はタワー内避雷導線の設置を省略しても良い。
【００１７】
図３は、図２に示すブレード１の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図２に示すブレード１を上方（図２のブレード１を紙面に垂直な方向）より見た図である。図３に示すように、ブレード１の先端部の近傍に取り付けられたレセプタ６は、レセプタアンカー９、締結部１０、接着剤１１によってブレード１の先端部の近傍に固定されている。レセプタ６とレセプタアンカー９とを含めた総称としてレセプタと称される場合もある。以下では、雷を受けるためのレセプタ６と、レセプタ６を保持するためのレセプタアンカー９とに分けて説明する。レセプタ６とレセプタアンカー９をそれぞれ別の部品として構成しても良く、鋳型成型や削り出し或いは３Ｄプリンターなどによりレセプタ６とレセプタアンカー９を一体成型としても良い。また、雷撃によりレセプタ６が損耗し、レセプタ６の交換が必要となる場合がある。容易にレセプタ６を交換するために、レセプタ６に雄ねじとなる部分、レセプタアンカー９に雌ねじとなる部分をそれぞれ設けてレセプタ６をレセプタアンカー９にねじ込んで接続すると良い。なお、本実施例では、レセプタアンカー９を設ける場合について説明するが、レセプタアンカー９は必ずしも必須ではなく、レセプタ６とダウンコンダクタ７の一端とが電気的に接続されていれば良い。換言すれば、レセプタ６とダウンコンダクタ７の一端とが機械的に直接接続されている場合、或いは、レセプタ６と他の部材（例えば、レセプタアンカー９）を介してダウンコンダクタ７の一端とが機械的に直接接続されている場合も含まれ、いずれにせよレセプタ６とダウンコンダクタ７の一端とが電気的に接続されていれば良い。
【００１８】
また、図３に示すように、レセプタアンカー９とブレード１との空隙の一部または全部は、接着剤１１で充填されている。接着剤１１の材質としては、例えば、エポキシをはじめとする樹脂が選定されるが、これに限られるものではない。
【００１９】
締結部１０は、レセプタアンカー９とダウンコンダクタ７を電気的、機械的に接続している。締結部１０のレセプタアンカー９側の端子は、レセプタアンカー９、およびレセプタ６と一体成型しても良い。締結部１０の締結方法として、例えば、圧着端子或いは圧縮端子が用いられる。圧着端子で締結する場合、締結部１０を安価にすることができる。圧縮端子で締結する場合、端子全体を圧縮して接続するため、ダウンコンダクタ７の素線に作用する機械的な負担を小さくできる。これにより、素線が切れる可能性を低減でき、ダウンコンダクタ７の信頼性を高めることができる。
【００２０】
ブレード１において、レセプタ６に着雷することが期待されるが、実際にはレセプタ６を外してブレード１の本体に着雷する場合がある。図４を用いてこの原理を説明する。図４は、図２に示すブレード１の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図２に示すブレード１を横方向から見た図であり、ブレード本体に落雷する原理を説明する図である。図３と同一構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。ブレード１に雷雲が接近すると、雷雲からブレード１に向かって階段状の正ストリーマ１５が進展する。正ストリーマ１５の進展に伴い、ブレード１の周囲の電界強度は高くなる。これによりダウンコンダクタ７の周囲の電界強度も高くなり、ダウンコンダクタ７の各部から負ストリーマ１６が発生する。この負ストリーマ１６はブレード１の内表面に向けて成長し、ブレード１の内表面には負電荷が蓄積される。一方、ブレード１の外表面にはこの負電荷に引き寄せられるように正電荷が蓄積される。この間、レセプタ６の周囲の電界強度も高くなっており、レセプタ６からも負ストリーマ１６が発生する。レセプタ６から発生した負ストリーマ１６は、ブレード１の外表面に蓄積した正電荷に向けて成長しながら、雷雲から進展してきた正ストリーマ１５に向けても成長する。正ストリーマ１５と負ストリーマ１６が、正ストリーマと負ストリーマの接触点１７において接触したとき雷電流が発生する。このとき、正ストリーマ１５と接触した負ストリーマ１６がブレード１と接触している部分が着雷点１８となる。このような原理で、雷雲が接近したとき、レセプタ６を外してブレード１の本体に着雷する場合がある。なお、図４では、雷雲から正ストリーマ１５が進展する場合を一例として示すが、雷雲から負ストリーマが進展する場合もある。この場合も基本的な原理は同様であり、上述の説明において正、負をそれぞれ入れ替えれば良い。
【００２１】
以上の説明において、レセプタ６を外してブレード１本体に着雷する事象は、ブレード１の内表面に負電荷が、ブレード１の外表面に正電荷がそれぞれ蓄積されることが一因である。すなわち、ブレード１の外表面、もしくは内表面に蓄積した電荷の影響を緩和、または電荷が蓄積しないようにすれば良い。
【００２２】
図５は本実施例に係るブレード１の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。図３における同一構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。図５において、ブレード１の内部に存在する部品は点線で示されている。ブレード１の外表面に蓄積した電荷の影響を緩和、または電荷が蓄積しないようにするため、ブレード１の外表面には、非線形抵抗材層８が塗布されている。非線形抵抗材は、例えば図６に示すように、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性を示し、所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く絶縁性になるような物質である。非線形抵抗材層８は、非線形抵抗特性を有する酸化亜鉛や炭化珪素の粉末を、エポキシをはじめとする合成樹脂に添加して作製する。添加量を調整することで、非線形抵抗特性を任意に設定することができる。このような非線形抵抗材層８をブレード１の外表面に塗布することで、正ストリーマ１５が接近したときに、非線形抵抗材層８の周囲で所定の電界値以上の電界が作用し、非線形抵抗材層８の電気抵抗値が低くなる。これにより、ブレード１の外表面に蓄積した正電荷の影響を緩和、または蓄積した正電荷がレセプタ６へと導かれる。これにより、レセプタ６から発生した負ストリーマ１６は正ストリーマ１５に向かって進展するため、レセプタ６への着雷確率を高めることができる。ブレード１の外表面の全面に非線形抵抗材層８を塗布すれば、いかなる方向からの雷撃に対してもレセプタ６への着雷確率を高めることができる。なお、非線形抵抗材層８は、ブレード１の外表面に塗布すればよいため、既に運転中の風力発電装置５０のブレード１に対しても適用することができる。
【００２３】
非線形抵抗材層８は、ブレード１の先端部から長手方向に１０ｍの部分に限定して塗布する構成としても良い。例えば、非特許文献１には、５０８基の風力発電装置が設置されたウィンドファームを対象とし、約５年間の落雷観測を行った結果が開示されている。落雷観測の結果は、３０４回の雷被害事例のうち３０１回がブレードの先端から１０ｍの範囲で発生していること、また、３０４回の雷被害事例のうち９０％がブレードの先端から４ｍの範囲で発生していることが開示されている。従って、ブレード１の先端部から長手方向にかけて１０ｍ、好ましくは４ｍの範囲に限定して非線形抵抗材層８を塗布することで、費用対効果を高めることができる。  
なお、非特許文献１では、５０８基の風力発電装置が備えるブレードの長さは３５ｍ以上であって旨記載さている。一方、大出力の風力発電装置のブレードの長さは４０ｍ程度であることが一般的である。従って、５０８基の風力発電装置が備えるブレードの長さは、３５ｍ以上４０ｍ以下と見做すことができる。従って、ブレードの長さが４０ｍの場合、４ｍはブレードの長さに対する比率が１０％であり、１０ｍは２５％である。また、ブレードの長さが３５ｍの場合、４ｍはブレードの長さに対する比率が１１％であり、１０ｍは２９％である。よって、ブレードの長さに対する比率が１０％以上２９％以下となるブレードの先端部から長手方向の範囲に限定して非線形抵抗材層８を塗布することが好ましい。
【００２４】
図７は、図５に示すブレード１の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図５に示すブレード１を横方向から見た図である。図４における同様の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。図７に示すように、非線形抵抗材層８は、レセプタ６と接触している。このようにすることで、ブレード１の外表面に蓄積した正電荷を確実にレセプタ６に誘導することができる。
【００２５】
非線形抵抗材層８は、図７に示すように、塗装１３の内側にあってもよい。すなわち、ブレード１の外表面に非線形抵抗材層８を塗布し、さらにその外側に塗装１３を設ける。風力発電装置５０が運転しているとき、すなわちブレード１が回転しているときは、ブレード１は風圧を受けて少しずつ磨耗していく。これを防ぐため、通常、ブレード１には塗装１３が施される。ブレード１の外表面に非線形抵抗材層８を塗布し、さらにその外側に塗装１３を設けることで、レセプタ６への着雷確率を高めるとともに、風圧によるブレード１、および非線形抵抗材層８の磨耗を防ぐことができる。
【００２６】
以上の通り本実施例によれば、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供することができる。  
また、本実施例によれば、ブレードの外表面に塗布された非線形抵抗材層を覆うよう更に塗装が施されることから、風圧によるブレードおよび非線形抵抗材層の磨耗を抑制することが可能となる。
【実施例２】
【００２７】
図８は、本発明の他の実施例に係る実施例２のブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。本実施例では、ブレード１の内表面に非線形抵抗材層８が塗布されている点が実施例１と異なる。図８において、上述の実施例１と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。
【００２８】
図８に示すように、非線形抵抗材層８は、ブレード１の内表面に塗布されている。このような構成とすることで、ブレード１の内表面に蓄積した負電荷（図４）の影響を緩和、または蓄積した負電荷をレセプタ６へと導くことができる。これにより、レセプタ６から発生した負ストリーマ１６は正ストリーマ１５に向かって進展するので、レセプタ６への着雷確率を高めることができる。さらに、ブレード１の内表面は風圧の影響を受けないので、非線形抵抗材層８は磨耗しない。このため、非線形抵抗材層８は特別な措置をせずとも長期にわたり効果を発揮することができる。
【００２９】
以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、非線形抵抗材層の長寿命化を図ることが可能となる。
【実施例３】
【００３０】
図９は、本発明の他の実施例に係る実施例３のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、非線形抵抗材層８が、締結部１０及びレセプタアンカー９を覆いダウンコンダクタ７の少なくとも一部を投影面上で覆うことが可能になるようにブレード１の外表面に塗布された点が実施例１と異なる。図９において、図５における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図９において、ブレード１の内部に存在する部品は点線で示されている。
【００３１】
図９に示すように、非線形抵抗材層８は、ブレード１の圧力面から負圧面を見たときにダウンコンダクタ７が負圧面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード１の外表面に塗布されている。同様に、非線形抵抗材層８は、ブレード１の負圧面から圧力面を見たときにダウンコンダクタ７が圧力面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード１の外表面に塗布されている。  
このような構成とすることで、特に費用対効果の高い部分に限定して、ダウンコンダクタ７から発生した負ストリーマ１６により蓄積された電荷の影響を緩和、または蓄積した電荷をレセプタ６へと導くことができる。
【００３２】
また、図９に示すように、非線形抵抗材層８は、ブレード１の圧力面から負圧面を見たときにレセプタアンカー９が負圧面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード１の外表面に塗布されている。同様に、非線形抵抗材層８は、ブレード１の負圧面から圧力面を見たときにレセプタアンカー９が圧力面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード１の表面に塗布されている。このようにすることで、レセプタアンカー９から発生した負ストリーマ１６により蓄積された電荷の影響を緩和、または蓄積した電荷をレセプタ６へと導くことができる。これにより、レセプタ６への着雷確率をさらに高めることができる。
【００３３】
図１０は、図９に示すブレードの変形例１を示す図である。図９における同様の構成要素に同一符号を付し、以下ではその説明を省略する。図１０に示すように、非線形抵抗材層８は、図９に示した部分に加えて、レセプタ６からブレード１の先端部にかけての部分に塗布されている。換言すれば、レセプタ６からブレード１の先端部にかけて非線形抵抗材層８が延在するよう塗布されている。このような構成とすることで、図９の構成と比較してさらにレセプタ６への着雷確率を高めることができる。
【００３４】
図１１は、図９に示すブレードの変形例２を示す図である。図１０における同様の構成要素に同一符号を付し、以下ではその説明を省略する。図１１に示すように、非線形抵抗材層８は、図１０に示した部分に加えて、レセプタ６から前縁側及び後縁側にかけての部分に塗布されている。なお、これに限らず、レセプタ６から前縁側又は後縁側にかけての部分に非線形抵抗材層８が塗布される構成としても良い。換言すれば、レセプタ６から前縁側及び／又は後縁側にかけて非線形抵抗材層８が延在するよう塗布されている。このような構成とすることで、図１０の構成と比較してさらにレセプタ６への着雷確率を高めることができる。
【００３５】
以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、特に費用対効果の高い部分に限定して非線形抵抗材層をブレードの外表面に塗布する構成を実現することが可能となる。
【実施例４】
【００３６】
図１２は、本発明の他の実施例に係る実施例４のブレード１の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、ブレード１の外表面にダイバータストリップ１２を有する点が実施例１と異なる。図１２において、図５における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図１２において、ブレード１の内部に存在する部品は点線で示されている。
【００３７】
図１２に示すように、ブレード１の外表面にはダイバータストリップ１２が貼付されている。ダイバータストリップ１２は、ブレード１の外表面に着雷しようとする正ストリーマ１５をダイバータストリップ１２側に誘導する。しかし、ダイバータストリップ１２の耐ピーク電流量、耐電荷量は大きくなく、ピーク電流の大きい雷撃や電荷量の大きい雷撃を複数回受けるとダイバータストリップ１２が損耗する問題がある。そこで、ダイバータストリップ１２が貼付された周囲のブレード１の外表面に非線形抵抗材層８を塗布する。これにより、非線形抵抗材層８を塗布した効果によりレセプタ６への着雷確率を高めつつ、ブレード１本体の外表面への雷撃に対してはダイバータストリップ１２で保護することができる。このようにすることで、ダイバータストリップ１２の交換頻度を低減することができる。
【００３８】
以上の通り本実施例によれば、実施例１の効果に加え、レセプタ６への着雷確率を高めつつブレード１本体の外表面への雷撃をより抑制可能となる。
【実施例５】
【００３９】
図１３は、本発明の他の実施例に係る実施例５のブレード１の長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。レセプタ６ａをブレード１の先端部に設ける構成とした点が実施例１と異なる。図１３において、図７における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。
【００４０】
図１３に示すように、レセプタ６ａは、ブレード１の先端部に取り付けられている。日本では、特に日本海側地域において、冬季雷と呼ばれるエネルギーの高い雷が観測されており、図１３に示されるブレード１の先端部に取り付けられた体積の大きいレセプタ６ａが用いられることがある。このような構成に対しても、非線形抵抗材層８をブレード１の外表面に塗布することにより、レセプタ６ａへの着雷確率を高めることができる。なお、レセプタ６ａの形状は、図１３に示される形状に限定されるものではなく、所望の形状とすれば良い。
【００４１】
以上の通り本実施例によれば、実施例１と同様の効果を奏することが可能となる。
【実施例６】
【００４２】
図１４は、本発明の他の実施例に係る実施例６のブレード１の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、特性の異なる第１の非線形抵抗材層８ａ及び第２の非線形抵抗材層８ｂをブレード１の外表面に塗布する構成とした点が実施例１と異なる。図１４において、図５における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図１４において、ブレード１の内部に存在する部品は点線で示されている。
【００４３】
図１４に示すように、第１の非線形抵抗材層８ａは、第２の非線形抵抗材層８ｂに比べてレセプタ６に近い部分に塗布されている。ここで図１５に本実施例に係る第１の非線形抵抗材層８ａ及び第２の非線形抵抗材層８ｂの抵抗率と電界との関係をそれぞれ示す。図１５に示すように、第１の非線形抵抗材層８ａは、第２の非線形抵抗材層８ｂよりも高い電界において、抵抗率が大きく低下する特性を有する。図１４に示すような、ブレード１の外表面に第１の非線形抵抗材層８ａ及び第２の非線形抵抗材層８ｂが塗布された構成とすることで、レセプタ６への着雷確率をさらに高めることができる。  
なお、本実施例では、第１の非線形抵抗材層８ａ及び第２の非線形抵抗材層８ｂを用いる例を示したが、第１の非線形抵抗材層８ａ及び第２の非線形抵抗材層８ｂとは異なる抵抗率と電界との関係を有する少なくとも１つ以上の異なる非線形抵抗材層を設けても良い。例えば、レセプタ６から離れるにしたがって抵抗率と電界との関係が連続的に変化するような非線形抵抗材層を設置する構成としても良い。
【００４４】
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】
【００４５】
１…ブレード
２…ハブ
３…ナセル
４…タワー
５…接地極
６、６ａ…レセプタ
７…ダウンコンダクタ
８、８ａ、８ｂ…非線形抵抗材層
９…レセプタアンカー
１０…締結部
１１…接着剤
１２…ダイバータストリップ
１３…塗装
１５…正ストリーマ
１６…負ストリーマ
１７…正ストリーマと負ストリーマの接触点
１８…着雷点
５０…風力発電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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