(57)【要約】【課題】メンテナンスコストを低減しながら、致命的な損傷の発生を防止して信頼性向上を図ることが可能な風車回転翼、及び風力発電装置を提供する。【解決手段】互いに対向して設けられた腹側外皮２１及び背側外皮２２を有し、内部を中空とした断面翼形状に形成され延設された翼本体１７と、翼本体１７の長手方向に、翼本体１７の内部に延設され、翼本体１７と連結された主桁２６とを備え、風車のロータハブに回転軸回りに放射状に取り付けられる回転翼であって、翼本体１７は、長手方向の先端側で、腹側外皮２１と背側外皮２２とを前縁側で連結するとともに、前縁部を形成する前縁側外皮２３と、前縁側外皮２３と主桁２６との間で、前縁側外皮２３から後縁側に離間して設けられて、腹側外皮２１と背側外皮２２同士とを前縁側で連結する内部仕切板２５と、前縁側外皮２３の表面の少なくとも前縁部を含む範囲を覆う耐摩耗膜２４とを備えることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して設けられた腹側外皮及び背側外皮を有し、内部を中空とした断面翼形状に形成され延設された翼本体と、
前記翼本体の長手方向に、該翼本体の内部に延設され、該翼本体と連結された桁部材とを備え、風車のロータハブに回転軸回りに放射状に取り付けられる風車回転翼であって、
前記翼本体は、前記風車回転翼の周速が６０ｍ／秒以上となる前記長手方向の先端側の第１範囲において、
前記腹側外皮と前記背側外皮とを前縁側で連結するとともに、前縁部を形成する前縁側外皮と、
前記前縁側外皮と前記桁部材との間で、前記前縁側外皮から後縁側に離間して設けられて、前記腹側外皮と前記背側外皮同士とを前縁側で連結する内部仕切板と、
前記前縁側外皮表面の少なくとも前縁部を含む範囲を覆う耐摩耗膜とを備え、
前記風車翼は、
前記第１範囲内では、前記耐摩耗膜によって少なくとも一部が覆われた前記前縁側外皮によって前記腹側外皮と前記背側外皮とが連結され、前記前縁側外皮によって前記前縁部が形成され、
前記第１範囲よりも前記長手方向の基端側の第２範囲内では、前記腹側外皮と前記背側外皮とが直接連結されて、前記腹側外皮及び前記背側外皮によって前記前縁部が形成されることを特徴とする風車回転翼。
【請求項２】
前記前縁側外皮と内部仕切板との間で画成される空間に、充填材又は成形材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風車回転翼。
【請求項３】
前記耐摩耗膜は、前記前縁側外皮の表面全域を覆うように設けられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の風車回転翼。
【請求項４】
前記耐摩耗膜は、前記前縁側外皮の表面の一部を覆うように設けられたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の風車回転翼。
【請求項５】
前記第１範囲では、前記前縁側外皮に対応して前記内部仕切板が設けられ、
前記風車翼は、前記第１範囲において、前記前縁側外皮と前記内部仕切板による二重構造となっていることを特徴とする請求項１乃至４に記載の風車回転翼。
【請求項６】
前記内部仕切板の前縁側を向く面は、前記腹側外皮及び前記背側外皮の前縁側の端面に一致していることを特徴とする請求項１乃至５に記載の風車回転翼。
【請求項７】
互いに対向して設けられた腹側外皮及び背側外皮を有し、内部を中空とした断面翼形状に形成され延設された翼本体と、
前記翼本体の長手方向に、該翼本体の内部に延設され、該翼本体と連結された桁部材とを備え、風車のロータハブに回転軸回りに放射状に取り付けられる風車回転翼であって、
前記翼本体は、前記長手方向の先端側で、
前記腹側外皮及び前記背側外皮の前縁側の端面に接合される後縁側の端面を有するとともに、前縁部を形成する前縁側外皮と、
前記前縁側外皮と前記桁部材との間で、前記前縁側外皮から後縁側に離間して設けられて、前記腹側外皮と前記背側外皮同士とを前縁側で連結する内部仕切板と、
前記前縁側外皮表面の少なくとも前縁部を含む範囲を覆う耐摩耗膜とを備え、
前記耐摩耗膜によって覆われる前記範囲の後縁側の境界は、前記腹側外皮及び前記背側外皮と前記前縁側外皮との接合位置を示す前記前縁側外皮の前記後縁側の端面に一致する、あるいは、該端面よりも前縁側に位置することを特徴とする風車回転翼。
【請求項８】
回転軸回りに回転可能なロータハブと、
前記ロータハブを回転可能に支持するタワーと、
前記ロータハブに前記回転軸回りに放射状に取り付けられる複数の請求項１乃至７のいずれか一項に記載の風車回転翼とを有する風車と、
前記回転軸の回転が直接又は間接に伝達されて駆動される発電機とを備えることを特徴とする風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電に用いられる風車の回転翼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する関心が高まってきており、クリーンエネルギーを利用して化石燃料に依存しない発電装置が注目されおり、このような発電装置の１つとして風力発電装置が知られている。そして風力発電装置は、風車の回転翼が風力を受けて風車を回転させ、このようにして得た回転エネルギーを、発電機で電気エネルギーに変換することによって発電を行なっている。
【０００３】
このような風力発電装置においては、従来は単機出力で数百キロワット程度であったものが、発電効率の向上のために現状では数メガワット程度まで大型化が進んでいる。このような大型の風力発電装置の風車においては、回転翼の長さが５０メートルを超えるため、回転翼の先端部の周速が毎秒８０メートルを超えることが予想される。
【０００４】
ここで、従来より、風車の回転翼にはその前縁部に砂塵や雨滴が衝突することによって発生する摩耗損傷の防止のため、耐衝撃性・耐摩耗性に優れた塗料の塗布、及び保護部材の設置による耐摩耗損傷対策が施されているものがあった（例えば、特許文献１参照）。特に回転翼先端部の周速が毎秒約６０メートルを超えると、摩耗損傷が顕著になることがわかっており、このような周速で回転する回転翼のほぼ全てに、上述のような耐摩耗損傷対策が施されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０００５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような風車の大型化にともなって回転翼の前縁部の周速が増大すると、摩耗保護層が設けられている場合であっても、摩耗保護層の損傷が加速してしまい、通常４〜５年程度のサイクルで実施されている補修施工の頻度を増加させる必要がある。また、周速が毎秒６０メートルを超過する前縁部の範囲も増大し、摩耗保護層の施工範囲の増大によって補修施工の範囲も増え、メンテナンス費用の増大が懸念される。
さらに、大型の風力発電装置の風車は、洋上に設置されることが多いため、海水の衝突が常時発生したり、季節風や台風に曝される等して、やはり摩耗保護層の損傷の加速が懸念される。そして、このように摩耗保護層の損傷が短期間で進行すると、摩耗保護層が貫通して回転翼の内部に水が浸入してしまうおそれがあり、内部の構造部品や電装品へ悪影響が及び、風力発電装置に致命的な損傷が発生してしまうという懸念があった。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、メンテナンスコストを低減しながら、致命的な損傷の発生を防止して信頼性向上を図ることが可能な風車回転翼、及び風力発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る風車回転翼は、互いに対向して設けられた腹側外皮及び背側外皮を有し、内部を中空とした断面翼形状に形成され延設された翼本体と、前記翼本体の長手方向に、該翼本体の内部に延設され、該翼本体と連結された桁部材とを備え、風車のロータハブに回転軸回りに放射状に取り付けられる風車回転翼であって、前記翼本体は、前記長手方向の先端側で、前記腹側外皮と前記背側外皮とを前縁側で連結するとともに、前縁部を形成する前縁側外皮と、前記前縁側外皮と前記桁部材との間で、前記前縁側外皮から後縁側に離間して設けられて、前記腹側外皮と前記背側外皮同士とを前縁側で連結する内部仕切板と、前記前縁側外皮表面の少なくとも前縁部を含む範囲を覆う耐摩耗膜とを備えることを特徴とする。
幾つかの実施形態では、前記風車翼は、
前記風車回転翼の周速が６０ｍ／秒以上となる前記長手方向の先端側の第１範囲内では、前記耐摩耗膜によって少なくとも一部が覆われた前記前縁側外皮によって前記腹側外皮と前記背側外皮とが連結され、前記前縁側外皮によって前記前縁部が形成され、
前記第１範囲よりも前記長手方向の基端側の第２範囲内では、前記腹側外皮と前記背側外皮とが直接連結されて、前記腹側外皮及び前記背側外皮によって前記前縁部が形成される。
なお、一実施形態では、前記耐摩耗膜は前記前縁側外皮の表面全域を覆うように設けられ、他の実施形態では、前記耐摩耗膜は前記前縁側外皮の表面の一部を覆うように設けられる。
【０００９】
このような風車回転翼によると、翼本体における前縁側外皮表面の耐摩耗膜によって、砂塵や雨滴、海水等から翼本体内部の桁部材等を保護することができる。これに加えて、前縁側外皮と桁部材との間には内部仕切板が設けられており、即ち、翼本体の前縁側が前縁側外皮と内部仕切板による二重構造となっている。このため、仮に前縁側外皮が摩耗し、損傷して貫通等してしまった場合であっても、内部仕切板によって翼本体内部の桁部材等の部品の保護が可能となる。即ち、冗長性を確保できるため、メンテナンスの頻度を低減しながら、砂塵や雨滴、海水等が翼本体内部に浸入して致命的な損傷となってしまうことを防止できる。
【００１０】
また、前記前縁側外皮と内部仕切板との間で画成される空間に、充填材又は成形材が設けられていてもよい。
【００１１】
このような充填材、成形材が設けられていることによって、前記前縁側外皮と内部仕切板との間の空間が中実構造となり、これにより前縁側外皮が損傷した場合の補修、復元が容易となり、メンテナンスコストのさらなる抑制が可能となる。また、強度向上を図ることができる。
【００１２】
さらに、前記前縁側外皮は、前記腹側外皮及び前記背側外皮に対して着脱可能に設けられていてもよい。
【００１３】
このように前縁側外皮が着脱可能となっていることによって、前縁側外皮が損傷した場合のメンテナンス時には、前縁側外皮のみを取り外して、交換や補修が可能となる。このため、メンテナンスのコストをより低減することができる。
【００１４】
また、前記前縁側外皮は、前記長手方向に複数に分割されていてもよい。
【００１５】
このように、前縁側外皮が分割されていることで、補修範囲が前縁側外皮の一部であっても、その部分の前縁側外皮のみを取り外して補修、復元が容易となり、メンテナンスのコストを低減することができる。
【００１６】
さらに、前記耐摩耗膜は金属材料よりなり、落雷により流れる雷電流を前記耐摩耗膜から前記ロータハブを介して地中に導く落雷保護手段をさらに備えていてもよい。
【００１７】
このような落雷保護手段によって、雷による致命的な損傷を回避することができ、信頼性向上をはかることができる
【００１８】
また、前記耐摩耗膜は金属材料よりなり、前記耐摩耗膜を通電加熱する氷着防止手段をさらに備えていてもよい。
【００１９】
このような氷着防止手段によって、回転性能の低下を招く翼本体への氷の付着を自動的に防止できるため、メンテナンスのコストの低減とともに性能向上が可能となる。
【００２０】
さらに、本発明に係る風力発電装置は、回転軸回りに回転可能なロータハブと、前記ロータハブを回転可能に支持するタワーと、前記ロータハブに前記回転軸回りに放射状に取り付けられる複数の上記風車回転翼とを有する風車と、前記回転軸の回転が直接又は間接に伝達されて駆動される発電機とを備えることを特徴とする。
【００２１】
このような風力発電装置によると、風車回転翼における翼本体の前縁側が前縁側外皮と内部仕切板による二重構造となっているため、冗長性を確保でき、メンテナンス頻度の低減によるメンテナンスコスト低減と、致命的な損傷を防止による信頼性向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の風車回転翼及び風力発電装置によると、前縁側外皮と内部仕切板による二重構造によって前縁を保護するため、メンテナンスコストを低減しながら、致命的な損傷の発生を防止して信頼性向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第一実施形態に係る風力発電装置の概略を示す全体側面図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る風力発電装置における回転翼を一部破断して示す斜視図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る風力発電装置における回転翼を示す断面図であって、（ａ）は図２のＡ−Ａ断面を示し、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面を示し、（ｃ）は（ａ）のＣ部を拡大して示すものである。
【図４】本発明の第二実施形態に係る風力発電装置における回転翼の一部を示す断面図であって、図３（ｃ）と同じ位置を示すものである。
【図５】本発明の第三実施形態に係る風力発電装置における回転翼を一部破断して示す斜視図である。
【図６】本発明の第四実施形態に係る風力発電装置における回転翼を示す上面図である。
【図７】本発明の第四実施形態に係る風力発電装置における回転翼を示す断面図であって、（ａ）は図６のＡ−Ａ断面を、（ｂ）は図６のＢ−Ｂ断面を示すものである。
【図８】本発明の第五実施形態に係る風力発電装置における回転翼を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の第一実施形態に係る風力発電装置１Ａについて説明する。
図１に示すように、風力発電装置１Ａは、地上に設置又は水上に浮設された基礎２と、基礎２上に立設され、回転軸１６の軸線Ｐ回りに回転可能な風車３と、風車３が回転して得た回転エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機１５とを備えた発電装置である。
【００２５】
風車３は、基礎２上に立設されたタワー１１と、タワー１１上端に設置されたナセル１２と、ナセル１２に取り付けられて軸線Ｐ回りに回転可能なロータハブ１３と、軸線Ｐ回りに放射状にロータハブ１３に取り付けられた複数の回転翼（風車回転翼）１４とを有している。
【００２６】
発電機１５は、ナセル１２の内部に収容され、ロータハブ１３と、回転軸１６を介して軸結合されている。ここで、回転軸１６と発電機１５との間に図示しない増速機を設けて、ロータハブ１３の回転を増速して発電機１５に伝達する構成としてもよい。
【００２７】
基礎２は、地上又は水上に設けられて、略水平面上に延在する板状をなす部材である。
【００２８】
タワー１１は、基礎２上に立設されて、略鉛直方向に延在する柱状の部材であり、上端にはナセル１２が設けられている。
【００２９】
ナセル１２は、タワー１１の上端に設置され、内部に空間が形成された容器状の部材であり、内部の空間に発電機１５を収容している。そしてこのナセル１２は、本実施形態ではタワー１１の立設方向に直交する方向、即ち略水平方向に延在して設置されている。
ここで、ナセル１２の水平方向の取付け角は、不図示の風向計によって検出する等して、回転翼１４が効率よく風力を受ける方向に設定することが好ましい。
【００３０】
ロータハブ１３は、ナセル１２の一端（図１の紙面左側の端部）に取り付けられて、回転軸１６によって軸線Ｐ回りに回転可能とされた部材であって、回転軸１６や上記増速機を介して、ナセル１２の内部の発電機１５と軸結合されている。
【００３１】
次に、回転翼１４について説明する。
回転翼１４は、軸線Ｐ回りに放射状に複数が取り付けられている翼部材である。
そして、図２に示すように、各々の回転翼１４は、軸線Ｐの径方向に延びて中空状に形成された翼本体１７と、翼本体１７の内部における軸線Ｐの径方向に直交する方向の略中央部に配されて、軸線Ｐの径方向に延びて設けられた主桁（桁部材）２６とを備えている。
【００３２】
図２及び図３に示すように、翼本体１７は、ガラス繊維強化プラスチック及びカーボン繊維強化プラスチックよりなっている。さらに、この翼本体１７は、軸線Ｐの径方向断面が翼形状となるように、翼形状の腹側の外形を形成する腹側外皮２１と、背側の外形を形成する背側外皮２２とを備えている。
【００３３】
さらに、翼本体１７は、これら背側外皮２２と腹側外皮２１とを前縁側の一部で連結する前縁側外皮２３と、前縁側外皮２３の表面を外側から覆う耐摩耗膜２４と、前縁側外皮２３と主桁２６との間に設けられる内部仕切板２５とを備えている。
【００３４】
前縁側外皮２３は、翼本体１７の前縁側の一部、即ち、翼本体１７の長手方向となる軸線Ｐの径方向の外側の所定範囲において、腹側外皮２１と背側外皮２２とを連結してこの先端側において翼本体１７の前縁部を形成している。
【００３５】
具体的には、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、腹側外皮２１及び背側外皮２２の前縁側の端部において、腹側外皮２１及び背側外皮２２各々の表面から凹むように、段差部２１ａ、２２ａが形成されている。また、前縁側外皮２３の後縁側の端部には、内面２３ｂから外周側に向かって凹む段差部２３ａが形成されている。そして、段差部２１ａと段差部２３ａ、段差部２２ａと段差部２３ａとがちょうど噛み合うように、前縁側外皮２３が腹側外皮２１及び背側外皮２２の外側から覆うように嵌め込まれ、互いに強固に固定されて腹側外皮２１と背側外皮２２とを連結している。
【００３６】
ここで上述の前縁側外皮２３が設けられた所定範囲とは、少なくとも回転翼１４の回転周速が６０メートル毎秒以上となる領域であることが好ましい。そして前縁側外皮２３は、腹側外皮２１及び背側外皮２２と同様にガラス繊維強化プラスチック及びカーボン繊維強化プラスチックよりなっていてもよいし、異なる材料であってもよい。
【００３７】
また、図３（ｂ）に示すように、前縁側外皮２３が設けられていない範囲、即ち上記所定範囲外では、腹側外皮２１と背側外皮２２とが翼本体１７の前縁側で直接連結され、翼本体１７の前縁部を形成している。
【００３８】
耐摩耗膜２４は、例えば樹脂系材料をコーティングして設置したものや、アルミ、チタン、鉄系の金属箔を貼設したものとなっており、前縁側外皮２３の表面全域を覆う保護部材である。ここで、耐摩耗膜２４の設置範囲は、前縁側外皮２３の表面のうち、少なくとも翼本体１７の前縁部を覆う範囲に設置されていればよく、前縁側外皮２３の表面よりも広い範囲、即ち、腹側外皮２１、背側外皮２２の表面にまでわたって設けられていてもよい。
【００３９】
内部仕切板２５は、腹側外皮２１及び背側外皮２２と同じガラス繊維強化プラスチック及びカーボン繊維強化プラスチックよりなり、前縁側外皮２３と主桁２６との間で前縁側外皮２３よりも後縁側に、前縁側外皮２３と離間して設けられて、腹側外皮２１と背側外皮２２とを連結する板状の部材である。そしてこのようにして、前縁側外皮２３と内部仕切板２５との間には空間１８が画成されている。
【００４０】
また、この内部仕切板２５は、前縁側外皮２３が設けられている範囲に対応する軸線Ｐの径方向範囲に延在して設けられており、本実施形態では、内部仕切板２５の前縁側を向く面は腹側外皮２１及び背側外皮２２の前縁側の端面に一致して設けられている。
【００４１】
主桁２６は、ガラス繊維強化プラスチックや、カーボン繊維強化プラスチックよりなり、翼本体１７の内部に設けられ、軸線Ｐの径方向に延びる中空状の柱部材である。そして、腹側外皮２１に対向する面及び背側外皮２２に対向する面には接着層２７が設けられて、腹側外皮２１と背側外皮２２とに接着固定されている。
【００４２】
このような風力発電装置１Ａにおいては、砂塵や雨滴、海水等が翼本体１７に接触した際には、耐摩耗膜２４によって翼本体１７の前縁側が保護される。耐摩耗膜２４は、前縁側外皮２３の表面全域を覆っており、特に回転翼１４の回転周速が６０メートル毎秒以上となる領域、即ち、摩耗損傷が顕著となる領域に耐摩耗膜２４が設けられている場合には、さらなる耐摩耗効果が得られる。
【００４３】
ここで、風力発電装置１Ａの稼動期間の経過とともに、耐摩耗膜２４が摩耗、損傷して前縁側外皮２３が貫通等してしまうおそれがある。しかしこの点、本実施形態では内部仕切板２５が設けられているため、仮に前縁側外皮２３が貫通等してしまっても、内部仕切板２５よりも翼本体１７の内部へ砂塵や雨滴、海水等がそのまま浸入してしまうことがなく、翼本体１７内部の主桁２６等の部品の保護が可能となる。
【００４４】
本実施形態の風力発電装置１Ａによると、周速の大きくなる翼本体１７の先端側で、前縁側外皮２３の表面に耐摩耗膜２４が設けられていることで、翼本体１７の前縁部を保護するとともに、前縁側外皮２３と内部仕切板２５による二重構造となっていることで、冗長性を確保できる。このため、メンテナンスの頻度を減らすことが可能となり、コストダウンを図りながら、回転翼１４の致命的な損傷を防止でき、信頼性向上につながる。
【００４５】
なお、本実施形態では、前縁側外皮２３と内部仕切板２５との間は空間１８となっているが、充填材や成形材、例えば軽量な発泡プラスチックや、防水性・耐久性に優れた繊維強化樹脂や、衝撃吸収性に優れたゴム等が設けられ、上記空間１８が埋められて中実構造となっていてもよい。
【００４６】
そして、このように中実構造となっている場合には、前縁側外皮２３が摩耗によって貫通等してメンテナンスが必要となった際には、形状復元が容易となるため、さらなるメンテナンスコストの低減につながる。さらに、前縁部の強度の向上を図ることができ、摩耗、損傷に対する耐久性を向上可能である。
【００４７】
次に、本発明の第二実施形態に係る風力発電装置１Ｂについて説明する。
なお、第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、前縁側外皮３３が着脱可能となっている点で、第一実施形態とは異なっている。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、前縁側外皮３３における段差部３３ａが、腹側外皮３１及び背側外皮３２の段差部３１ａ、３２ａとの間で、例えばエポキシ系やアクリル系の接着剤３４を用いて接着され、前縁側外皮３３と腹側外皮３１及び背側外皮３２とが固定されている。
【００４９】
このような風力発電装置１Ｂにおいては、接着剤３４を除去することによって、前縁側外皮３３を腹側外皮３１及び背側外皮３２から容易に取り外し可能となり、また、再度接着剤３４を用いて、前縁側外皮３３を容易に取り付け可能である。
【００５０】
従って、前縁側外皮３３が損傷してメンテナンスが必要となった場合には、前縁側外皮３３の取り外しが容易にできるため、前縁側外皮３３のみを取り外して新品へ交換したり、補修が可能となるため、メンテナンスの容易化を図ることができ、メンテナンスのコストをさらに低減可能となる。
【００５１】
なお、本実施形態の変形例として、図４（ｂ）に示すように、前縁側外皮３３の後縁側の端部が段差部３３ａに代えて、前縁側から後縁側に向かうに従って、内面３３ｂが外周側に向かって傾斜する傾斜面３３ｃが形成されていてもよい。またこの場合、腹側外皮３１及び背側外皮３２の前縁側の端部も同様に、段差部３１ａ、３２ａに代えて、前縁側外皮３３の傾斜面３３ｃにちょうど当接可能な、即ち前縁側から後縁側に向かうに従って、腹側外皮３１及び背側外皮３２の外面３１ｂ、３２ｂに、内周側に向かって傾斜する傾斜面３１ｃ、３２ｃが形成されている。そして、腹側外皮３１及び背側外皮３２の外側から腹側外皮３１及び背側外皮３２を覆うように前縁側外皮３３が設置されて、傾斜面３１ｃと傾斜面３３ｃ、傾斜面３２ｃと傾斜面３３ｃとが接着剤３４によって接着固定されて、腹側外皮３１と背側外皮３２と前縁側外皮３３とが連結されている。
【００５２】
また、本実施形態の別の変形例として、図４（ｃ）に示すように、前縁側外皮３３の段差部３３ａに代えて、前縁側外皮３３の後縁側の端部が後縁側に突出するように凸部３５が形成されていてもよい。またこの場合、腹側外皮３１及び背側外皮３２の前縁側の端部には、段差部３１ａ、３２ａに代えて、凸部３５がちょうど係合可能な凹部３６が形成されている。そして、これら凸部３５が凹部３６に係合した状態で接着剤３４によって接着固定されて、腹側外皮３１と背側外皮３２と前縁側外皮３３とが連結されている。
【００５３】
さらに、本実施形態の別の変形例として、図４（ｄ）に示すように、段差部３１ａと段差部３３ａ、段差部３２ａと段差部３３ａとが噛み合って接着剤３４によって接着固定された状態で、段差部３１ａと段差部３３ａ、段差部３２ａと段差部３３ａとを貫いてこれらを固定するボルト３７を設けてもよい。ここでボルト３７は、金属製であってもよいし樹脂製であってもよいが、樹脂製であれば、軽量化や耐食性の点で優れている。
【００５４】
なお、腹側外皮３１と背側外皮３２と前縁側外皮３３との接着固定部分は、上述のものに限定されず、腹側外皮３１と前縁側外皮３３、背側外皮３２と前縁側外皮３３とが確実に当接、又は係合できる形状であればよい。例えば、傾斜面３１ｃ、３２ｃ、３３ｃの傾斜方向が逆であってもよいし、凹部３６が前縁側外皮３３に形成され、凸部３５が腹側外皮３１及び背側外皮３２に形成されていてもよい。
【００５５】
次に、本発明の第三実施形態に係る風力発電装置１Ｃについて説明する。
なお、第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、前縁側外皮４３が分割構造となっている点で、第一実施形態及び第二実施形態とは異なっている。
【００５６】
前縁側外皮４３は、延在方向である軸線Ｐの径方向に沿って三つに分割されており、即ち、翼本体１７の先端側から順に設けられる第一前縁外皮４４、第二前縁外皮４５、第三前縁外皮４６とを有している。
【００５７】
このような風力発電装置１Ｃにおいては、前縁側外皮４３が分割されていることで、例えば補修範囲が前縁側外皮４３の一部である場合には、前縁側外皮４３全体を取り外す必要が無く、補修が必要となった第一前縁外皮４４、第二前縁外皮４５、第三前縁外皮４６のいずれかの前縁側外皮４３のみを取り外して補修、復元が可能となる。
【００５８】
本実施形態の風力発電装置１Ｃによると、前縁側外皮４３の補修、復元の容易化を図ることができ、メンテナンスコストをさらに低減することができる。
【００５９】
次に、本発明の第四実施形態に係る風力発電装置１Ｄについて説明する。
なお、第一実施形態から第三実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第一実施形態の風力発電装置１Ａを基本構成として、落雷保護装置（落雷保護手段）５１がさらに設けられている。
【００６０】
図６及び図７に示すように、耐摩耗膜５４は、例えば金属箔等の導電性の材料よりなっている。
【００６１】
落雷保護装置５１は、前縁側外皮２３を貫通するボルト５２ａ、５２ｂと、ボルト５２ａ、５２ｂ各々を固定するナット５３と、ボルト５２ａ、５２ｂ各々に接続され、ロータハブ１３を介して地中に導かれた導線５５とを有している。
【００６２】
ボルト５２ａ、５２ｂは、金属材料よりなり、前縁側外皮２３の延在方向である軸線Ｐの径方向に離間して、各々が耐摩耗膜５４と接触するとともに、前縁側外皮２３における背側外皮２２寄りの表面から、内周側に向かって前縁側外皮２３を貫通して設けられている。
【００６３】
ナット５３は、ボルト５２ａ、５２ｂ同様に金属材料よりなっており、前縁側外皮２３の内面２３ｂ側において、各々のボルト５２ａ、５２ｂに螺合しており、これらボルト５２ａ、５２ｂを固定するものである。
【００６４】
図７に示すように、導線５５は、ボルト５２ａ、５２ｂのうちで軸線Ｐの径方向内側に設けられたボルト５２ａに一端５６ａが接続された第一導線５６と、軸線Ｐの径方向外側に設けられたボルト５２ｂに一端５７ａが接続された第二導線５７とを有している。
【００６５】
第一導線５６は、一端５６ａがボルト５２ａに接続されるとともに、内部仕切板２５に
おける前縁側を向く面に沿って、軸線Ｐの径方向内側へ向かって配置されている。
【００６６】
第二導線５７は、一端５７ａがボルト５２ｂに接続されるとともに、主桁２６における軸線Ｐの径方向外側から、主桁２６の内部の空間２６ａに挿入されて、主桁２６の内部を軸線Ｐの径方向内側に向かって延びて配置されている。また、図示は省略しているが、第二導線５７はロータハブ１３、タワー１１を経由して、そのまま地中に向かって延び、他端５７ｂが地中に電気的に接続されるアース線となっている。
【００６７】
さらに、図７（ｂ）に示すように、第一導線５６は、主桁２６における軸線Ｐの径方向の中途位置において、主桁２６の前縁側を向く面から主桁２６の内部の空間２６ａへ向かって形成された貫通孔５８を通じて、主桁２６の内部の空間２６ａへ導入されている。そして主桁２６の内部に配された第二導線５７に第一導線５６の他端５６ｂが接続されている。
【００６８】
このような風力発電装置１Ｄによると、耐摩耗膜５４が金属箔等の材料よりなっているため、風車３に落雷した際には、耐摩耗膜５４が避雷針（レセプタ）として働き、落雷保護装置５１の導線５５によって、雷電流を地中に導くことが可能となる。従って、落雷の際に内部の構成部品や電装品（制御装置、変圧器、電力変換装置等（不図示））の損傷を防止することが可能となる。
【００６９】
また、導線５５は、第一導線５６と第二導線５７との二つを有しており、落雷による雷電流が、いずれかを経由して地上へ導かれることが可能であるため、冗長性を確保できる、損傷防止効果をさらに向上できる。
【００７０】
本実施形態の風力発電装置１Ｄによると、耐摩耗膜５４が砂塵や雨滴、海水等からの損傷を防ぐとともに、避雷針として作用し、落雷による致命的な損傷を回避でき、信頼性向上を図ることが可能となる。
【００７１】
なお、導線５５を樹脂で被覆したり、導線５５が配される主桁の内面２３ｂ等に絶縁塗料を塗布して翼本体１７との間で絶縁を確実に行なうことで、雷電流が落雷保護装置５１以外に流通することを防止できるため、より好ましい。
【００７２】
また、本実施形態の落雷保護装置５１を第二実施形態及び第三実施形態の風力発電装置１Ｂ、１Ｃに適用してもよい。
【００７３】
次に、本発明の第五実施形態に係る風力発電装置１Ｅについて説明する。
なお、第一実施形態から第四実施形態と同様の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第四実施形態の風力発電装置１Ｄを基本構成として、落雷保護装置５１に代えて氷着防止装置（氷着防止手段）６１が設けられている。
【００７４】
図８に示すように、氷着防止装置６１は、第四実施形態の落雷保護装置５１と同様に、前縁側外皮２３を貫通するボルト５２ａ、５２ｂと、ボルト５２ａ、５２ｂを固定するナット５３とを有している。
さらに、ボルト５２ａ、５２ｂに一端が接続され、ロータハブ１３へ向かって導かれる導線６５と、導線６５の他端に接続される電源装置６８とを有している。
【００７５】
導線６５は、第四実施形態の導線５５と略同一構成となっており、第一導線６６と第二導線６７とを有し、第一導線６６の一端６６ａがボルト５２ａへ、第二導線６７の一端６７ａがボルト５２ｂへ接続されている。しかし第四実施形態と異なり、第一導線は、主桁２６における軸線Ｐの径方向中途位置で第二導線６７とは接続されずに、主桁２６の内部を第一導線６６と第二導線６７とが電気的に接触することのないように配置されて、ロータハブ１３の方向へ向かって延びている。
【００７６】
電源装置６８は、タワー１１内、ナセル１２内、又は風車３の外部に設けられ、第一導線６６の他端６６ｂ、及び第二導線６７の６７ｂが接続されて、第一導線５６及び第二導線５７を通じて耐摩耗膜２４に電力を供給するものである。
【００７７】
このような風力発電装置１Ｅにおいては、電源装置６８から耐摩耗膜５４へ電力が供給されることによって、耐摩耗膜５４が通電加熱される。従って、翼本体１７の前縁部に氷が付着して、風車３の回転性能が低下してしまうことを自動的に防止可能となる。
【００７８】
本実施形態の風力発電装置１Ｅによると、氷着防止装置６１によって、翼本体１７への氷の付着を自動的に防止でき、即ち、手動で付着した氷を剥ぎ落とす必要がなくなり、メンテナンスの手間が省くことが可能となるため、コスト低減を図ることができる。さらに氷着による風車３の回転性能低下を抑制でき、性能向上を図ることが可能となる。
【００７９】
なお、気温や、風向等によって氷の付着量や付着範囲は異なるため、異なる環境条件に応じて、電源装置からの供給電力量や、耐摩耗膜５４の設置範囲を適宜選択してよい。
【００８０】
また、本実施形態の氷着防止装置６１を第二実施形態及び第三実施形態の風力発電装置１Ｂ、１Ｃに適用してもよい。
【００８１】
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば、上述の実施形態では、内部仕切板２５の前縁側を向く面は腹側外皮２１、３１及び背側外皮２２、３２の前縁側の端面に一致して設けられているが、これに限定されず、さらに後縁側に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１Ａ…風力発電装置  ２…基礎  ３…風車  １１…タワー  １２…ナセル  １３…ロータハブ  １４…回転翼（風車回転翼）  １５…発電機  １６…回転軸  １７…翼本体  １８…空間  ２１…腹側外皮  ２１ａ…段差部  ２２…背側外皮  ２２ａ…段差部  ２３…前縁側外皮  ２３ａ…段差部  ２３ｂ…内周面  ２４…耐摩耗膜  ２５…内部仕切板  ２６…主桁（桁部材）  ２６ａ…空間  ２７…接着層  Ｐ…軸線  １Ｂ…風力発電装置  ３１…腹側外皮  ３１ａ…段差部  ３１ｂ…外面  ３１ｃ…傾斜面  ３２…背側外皮  ３２ａ…段差部  ３２ｂ…外面  ３２ｃ…傾斜面  ３３…前縁側外皮  ３３ａ…段差部  ３３ｂ…内面  ３３ｃ…傾斜面  ３４…接着剤  ３５…凸部  ３６…凹部  ３７…ボルト  １Ｃ…風力発電装置  ４３…前縁側外皮  ４４…第一前縁外皮  ４５…第二前縁外皮  ４６…第三前縁外皮  １Ｄ…風力発電装置  ５１…落雷保護装置（落雷保護手段）  ５２ａ、５２ｂ…ボルト  ５３…ナット  ５４…耐摩耗膜  ５５…導線  ５６…第一導線  ５６ａ…一端  ５６ｂ…他端  ５７…第二導線  ５７ａ…一端  ５７ｂ…他端  ５８…貫通孔  １Ｅ…風力発電装置  ６１…氷着防止装置（氷着防止手段）  ６５…導線  ６６…第一導線  ６６ａ…一端  ６６ｂ…他端  ６７…第二導線  ６７ａ…一端  ６７ｂ…他端  ６８…電源装置  
【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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