(57)【要約】  翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されていることを特徴とする。
2013084634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、
前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、
前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、
前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されていることを特徴とする風車翼。
【請求項２】
前記金属箔を挟んで前記金属製レセプタとは反対側において前記金属箔の前記端部および前記金属製レセプタに重ねられた状態で前記金属箔の前記端部とともに前記金属製レセプタに共締めされる第１金属プレートをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項３】
前記接続部において、前記金属箔と前記金属製レセプタとの間に介在し、前記第１金属プレートおよび前記金属箔とともに前記金属製レセプタに共締めされる第２金属プレートをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の風車翼。
【請求項４】
前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートは、前記接続部から前記翼本体の途中の位置まで延在しており、
前記接続部では、前記繊維強化プラスチックは、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記金属製レセプタに共締めされていることを特徴とする請求項３に記載の風車翼。
【請求項５】
前記金属製レセプタ、前記繊維強化プラスチック、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートの共締めにはボルト締結が用いられることを特徴とする請求項４に記載の風車翼。
【請求項６】
前記金属製レセプタの端部には、第１凹部と、段差を介して前記第１凹部に隣接して設けられ、前記第１凹部よりも浅い第２凹部とが形成されており、
前記繊維強化プラスチックは、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記第１凹部に係合し、該第１凹部において前記金属製レセプタに対して共締めされており、
前記金属箔は、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記第２凹部に係合し、該第２凹部において前記金属製レセプタに共締めされていることを特徴とする請求項４又は５に記載の風車翼。
【請求項７】
前記第１凹部と前記繊維強化プラスチックとの間に充填された弾性接着剤をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の風車翼。
【請求項８】
前記接続部寄りの前記翼本体の端部には、少なくとも一つの第１ドレン穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の風車翼。
【請求項９】
前記金属製レセプタは、半割形状の吸引側部位と圧力側部位とを含み、
前記吸引側部位と前記圧力側部位とが締結されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の風車翼。
【請求項１０】
前記金属製レセプタは、前記吸引側部位と前記圧力側部位との間には空洞部が設けられており、該空洞部に連通する少なくとも一つの第２ドレン穴が前記金属製レセプタの先端に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の風車翼。
【請求項１１】
前記金属製レセプタは、先端部が露出するようにして表面に絶縁剤がコーティングされていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の風車翼。
【請求項１２】
前記金属製レセプタおよび前記金属箔の少なくとも一つが銅または銅合金で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の風車翼。
【請求項１３】
前記繊維強化プラスチックは、前記翼本体の吸引面側と圧力面側とにそれぞれ設けられており、
前記翼本体は、前記吸引面側の前記繊維強化プラスチックと前記圧力面側の前記繊維強化プラスチックの間に設けられ、前記接続部まで翼長方向に沿って延在するシアウェブをさらに有し、
前記金属製レセプタの前記翼本体側の端面は、前記シアウェブの先端面に当接していることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の風車翼。
【請求項１４】
前記翼本体は、繊維強化プラスチックから形成される保護層によって被覆されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の風車翼。
【請求項１５】
前記風車翼を備えたことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、耐雷機能を有する風車翼および風力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、風力発電装置は、タワーの上部にナセルが支持され、ハブに取り付けられた回転翼が、ナセルに回転自在に支持された構成を有する。そして、風の運動エネルギーを風車翼（正確には風車翼を含むロータ全体）の回転エネルギーに変換し、さらにこの回転エネルギーを発電機にて電力に変換するようになっている。【０００３】
このような風力発電装置では、近年、発電効率向上の観点から大型化が進められており、ロータ直径が百数十ｍを超える巨大な風力発電装置も実用化されつつある。ロータ直径が大きな風力発電装置では、ロータの回転に伴って風車翼の先端が地表から大きく離れた位置（高所）を通過するから、風車翼の耐雷設計が重要である。【０００４】
耐雷機能を有する風車翼として、翼先端部を形成する塊状のレセプタ（受雷部）と、レセプタから雷電流を翼根に導くダウンコンダクタとを備えたものが知られている。
例えば、特許文献１〜３には、風力発電装置の先端部を構成する塊状のレセプタからダウンコンダクタを介して雷電流を翼根に導くようにした風車翼が開示されている。【０００５】
なお、翼根を形成する塊状のレセプタを備えた風車翼に関するものではないが、特許文献４〜８には耐雷機能を備えた風車翼の種々の構成が開示されている。
例えば、特許文献４〜６には、翼先端部に設けたレセプタからシート状またはメッシュ状のダウンコンダクタを介して翼根に雷電流を導くようにした風車翼が開示されている。また、特許文献７には、翼先端部の内部空間に設けられたアンカーブロックに固定されたレセプタからダウンコンダクタを介して翼根に雷電流を導くようにした風車翼が開示されている。さらに、特許文献８には、翼先端部の内部に設けられた導電性又は半導電性のレセプタからダウンコンダクタを介して翼根に雷電流を導くようにした風車翼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１９２７４４号公報
【特許文献２】国際公開第２００５／０３１１５８号
【特許文献３】特開２０１１−１６３１３２号公報
【特許文献４】米国特許出願公開第２００８／１４５２２９号明細書
【特許文献５】米国特許第７８８３３２１号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１０／０３２９８６５号明細書
【特許文献７】米国特許第６９７９１７９号公報
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１０／０３２９８８１号明細書
【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、近年、風力発電装置の大型化に伴って風車翼の長翼化が進められており、風車翼の耐雷機能のさらなる向上のために、レセプタとダウンコンダクタとの電気的接続の信頼性を向上させることが望まれる。また、風車翼の長翼化に伴って風車翼の耐久性の向上が求められているから、翼先端部を形成するレセプタと翼本体との接続強度に優れた風車翼の開発が望まれている。
この点、特許文献１〜８には、翼先端部を形成するレセプタと翼本体との接続強度、および、レセプタとダウンコンダクタとの間の電気的接続の信頼性を向上させるための対策は何ら開示されていない。【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態の目的は、翼先端部を形成するレセプタと翼本体との接続強度、および、レセプタとダウンコンダクタとの間の電気的接続の信頼性を向上させることができる風車翼および風力発電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼は、翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されていることを特徴とする。【００１０】
上記風車翼では、翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと、翼先端を形成する金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で、繊維強化プラスチックが金属製レセプタに対して締結される。なお、繊維強化プラスチックと金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態とは、繊維強化プラスチックおよび金属製レセプタに加えて他の部材がさらに重ねられた状態をも含む。繊維強化プラスチックは高強度であるから、この繊維強化プラスチックと金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態でこれらが締結されることによって、翼先端部を形成する金属製レセプタと翼本体との接続強度を向上させることができる。特に、互いに締結される繊維強化プラスチックと金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態であることから、接続部における両部材の翼長方向に沿った接触面を大面積で確保でき、風車翼で受ける風荷重等により生じる風車翼の曲げモーメントにも耐え得る高い接続強度を保持できる。
また、金属製レセプタと翼本体との接続部において金属箔の端部が金属製レセプタに電気的に接続されるようにしたので、ダウンコンダクタとして機能する金属箔と金属製レセプタとの間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。【００１１】
幾つかの実施形態では、前記金属箔を挟んで前記金属製レセプタとは反対側において前記金属箔の前記端部および前記金属製レセプタに重ねられた状態で前記金属箔の前記端部とともに前記金属製レセプタに共締めされる第１金属プレートをさらに備えてもよい。
これにより、金属箔が第１金属プレートによって金属製レセプタ側に押さえ付けられた状態でこれらが締結されるので、金属箔がレセプタに対して確実に接触した状態で固定される。そのため、金属箔と金属製レセプタとの電気的接続の信頼性をより一層向上させることができる。【００１２】
幾つかの実施形態では、前記接続部において、前記金属箔と前記金属製レセプタとの間に介在し、前記第１金属プレートおよび前記金属箔とともに前記金属製レセプタに共締めされる第２金属プレートをさらに備えてもよい。
このように、金属箔の少なくとも一部が第１金属プレートおよび第２金属プレートにより挟み込まれた状態で、第１金属プレートおよび第２金属プレートと金属箔と金属製レセプタとを共締めすることによって、金属箔を安定して固定できるとともに第２金属プレートを介して金属箔と金属製レセプタとの間の電気的接続を確保できる。【００１３】
幾つかの実施形態では、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートは、前記接続部から前記翼本体の途中の位置まで延在しており、前記接続部では、前記繊維強化プラスチックは、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記金属製レセプタに共締めされていてもよい。
このように、金属製レセプタに共締めされる第１金属プレートおよび第２金属プレートを翼本体の途中まで延在させることによって、接続部に発生する応力を緩和でき、接続強度の向上に寄与する。【００１４】
幾つかの実施形態では、前記金属製レセプタ、前記繊維強化プラスチック、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートの共締めにはボルト締結が用いられてもよい。
これにより、金属製レセプタ、繊維強化プラスチック、金属箔、第１金属プレートおよび第２金属プレートをボルトによって簡単に締結することができ、また取り外しも容易であることから各部材の交換や補修も簡単に行うことができる。【００１５】
幾つかの実施形態では、前記金属製レセプタの端部には、第１凹部と、段差を介して前記第１凹部に隣接して設けられ、前記第１凹部よりも浅い第２凹部とが形成されており、前記繊維強化プラスチックは、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記第１凹部に係合し、該第１凹部において前記金属製レセプタに対して共締めされており、前記金属箔は、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記第２凹部に係合し、該第２凹部において前記金属製レセプタに共締めされていてもよい。
これにより、接続強度の向上および電気的接続の確保を可能としながら接続部における各部材と金属製レセプタとの適切な接触を実現できる。すなわち、繊維強化プラスチック、金属箔、第１金属プレートおよび第２金属プレートを第１凹部に係合させた状態でこれらを共締めすることで、金属製レセプタに対して繊維強化プラスチックを面接触させることができ、高い接続強度を確保できる。また、第１金属プレート、金属箔および第２金属プレートを第２凹部に係合させた状態でこれらを共締めすることで、金属製レセプタに対して第２金属プレートを面接触させることができ、第２金属プレートを介した金属箔と金属製レセプタとの電気的な接続を確保できる。【００１６】
幾つかの実施形態では、前記第１凹部と前記繊維強化プラスチックとの間に充填された弾性接着剤をさらに備えてもよい。
これにより、繊維強化プラスチックと金属製レセプタとの接続強度をより一層向上できるとともに、その弾性機能によって、接続部における金属製レセプタ、繊維強化プラスチックおよびその周辺部材に疲労によるクラックが生じることを抑制できる。【００１７】
幾つかの実施形態では、前記接続部寄りの前記翼本体の端部には、少なくとも一つの第１ドレン穴が形成された構成としてもよい。
翼本体の内部に溜まったドレンは風車翼の回転に伴う遠心力によって翼先端側に移動する。そこで、翼本体の端部に第１ドレン穴を設けることによって、ドレンを第１ドレン穴から円滑に排出することができる。【００１８】
幾つかの実施形態では、前記金属製レセプタは、半割形状の吸引側部位と圧力側部位とを含み、前記吸引側部位と前記圧力側部位とが締結されている構成としてもよい。
このように金属製レセプタを半割形状に形成することにより、金属プレートや金属箔等を金属製レセプタに容易に取り付けることができる。【００１９】
幾つかの実施形態では、前記金属製レセプタは、前記吸引側部位と前記圧力側部位との間には空洞部が設けられており、該空洞部に連通する少なくとも一つの第２ドレン穴が前記金属製レセプタの先端に形成された構成としてもよい。
これにより、金属製レセプタの内部に溜まったドレンを空洞部から第２ドレン穴を通じて円滑に排出することができる。【００２０】
幾つかの実施形態では、前記金属製レセプタは、先端部が露出するようにして表面に絶縁剤がコーティングされていてもよい。
これにより金属製レセプタの先端部に着雷しやすくすることができ、翼本体への着雷を回避できる。【００２１】
幾つかの実施形態では、前記金属製レセプタおよび前記金属箔の少なくとも一つが銅または銅合金で形成された構成としてもよい。
このように導電性の高い銅または銅合金によって金属製レセプタおよび金属箔の少なくとも一つを形成することにより、雷電流を円滑に翼根側へ円滑に流すことができる。【００２２】
幾つかの実施形態では、前記繊維強化プラスチックは、前記翼本体の吸引面側と圧力面側とにそれぞれ設けられており、前記翼本体は、前記吸引面側の前記繊維強化プラスチックと前記圧力面側の前記繊維強化プラスチックの間に設けられ、前記接続部まで翼長方向に沿って延在するシアウェブをさらに有し、前記金属製レセプタの前記翼本体側の端面は、前記シアウェブの先端面に当接している構成としてもよい。
このように、翼本体の吸引面側と圧力面側とにそれぞれ設けられる繊維強化プラスチックの間にシアウェブを設けることにより、金属製レセプタによる荷重増加をシアウェブによって支持することができる。【００２３】
幾つかの実施形態では、前記翼本体は、繊維強化プラスチックから形成される保護層によって被覆されていてもよい。
これにより翼本体が損傷することを抑制できる。【００２４】
幾つかの実施形態では、前記風車翼を備えたことを特徴とする風力発電装置を提供する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと、翼先端を形成する金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で、繊維強化プラスチックが金属製レセプタに対して締結されるようにしたので、金属製レセプタと翼本体との接続強度を向上させることができる。
また、金属製レセプタと翼本体との接続部において金属箔の端部が金属製レセプタに電気的に接続されるようにしたので、ダウンコンダクタとして機能する金属箔と金属製レセプタとの間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】風力発電装置の構成例を示す図である。
【図２】一実施形態に係る風車翼を示す斜視図である。
【図３】（Ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図で、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】一実施形態に係る風車翼の先端側を示す平面図である。
【図５】一実施形態に係る風車翼の先端側を示す断面図である。
【図６】金属製レセプタの斜視図である。
【図７】金属製レセプタの内部を示す斜視図である。
【図８】一実施形態に係る風車翼の先端側を示す斜視図である。
【図９】他の一実施形態に係る風車翼の先端側を示す断面図である。
【図１０】他の一実施形態に係る風車翼の先端側を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、実施形態として以下に記載され、あるいは、実施形態として図面で示された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２８】
図１は風力発電装置の構成例を示す図である。図２は一実施形態に係る風車翼を示す斜視図である。図３（Ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図で、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。図４は一実施形態に係る風車翼の先端側を示す平面図である。図５は一実施形態に係る風車翼の先端側を示す断面図である。
【００２９】
図１に示すように、風力発電装置１は、少なくとも一枚の風車翼２と、風車翼２が取り付けられるハブ３と、風車翼２およびハブ３を含むロータを支持するナセル４と、ナセル４を旋回自在に支持するタワー５とを備える。なお、ロータの回転は不図示の発電機に入力されて、該発電機において電力が生成されるようになっている。
タワー５は、洋上風力発電装置の場合は洋上に、陸上風力発電装置の場合は陸上に設けられた基礎上に立設される。
【００３０】
図１および図２に示すように、風車翼２は、翼根２Ａから翼長方向に沿って延在する翼本体２０と、翼本体２０の端部に接続され、翼先端２Ｂを形成する金属製レセプタ５０とを有する。翼本体２０は、少なくとも一部が繊維強化プラスチックで構成される。また、風車翼２は、金属製レセプタ５０と翼本体２０の端部との接続部１０から翼根２Ａに向かって翼長方向に沿って延在する金属箔３２を有する。金属箔３２は、金属製レセプタ５０からの雷電流を翼根２Ａ側に導くように構成されており、ダウンコンダクタとしての機能を有する。一実施形態では、金属箔３２は、翼根２Ａ、ハブ３、ナセル４、タワー５を通る他のダウンコンダクタと電気的に接続される。そして、金属製レセプタ５０が着雷した場合に、金属製レセプタ５０からの雷電流を金属箔３２から他のダウンコンダクタを介してタワー５に取り付けられたアース端子まで導くようになっている。
【００３１】
図３および図４を参照して、風車翼２の構成例について詳細に説明する。
一実施形態では、図３（Ａ）に示すように翼根２Ａにおいて、風車翼２は、厚さ方向内側から順に、内側翼根補強材２２、翼型形成材２４およびスパーキャップ２６、絶縁層２８、外側翼根補強材３０、金属箔３２、保護層３４から構成される。また、一実施形態では、図３（Ｂ）に示すように翼中央部（翼型部）において、風車翼２は、厚さ方向内側から順に、翼型形成材２４およびスパーキャップ２６、絶縁層２８、金属箔３２、保護層３４から構成される。
なお、図３（Ａ）および（Ｂ）では、説明の便宜上、各部材の厚さやサイズを実際の風車翼とは異ならせている。
【００３２】
内側翼根補強材２２は、翼根２Ａから翼本体２０の途中まで延在し、例えばガラス繊維強化プラスチックの層を含んで構成される。
スパーキャップ２６は、主として風車翼２に加わる曲げモーメントに耐えるための主強度材として機能し、シアウェブ３６に沿って翼根２Ａから翼本体２０の端部まで風車翼２の長手方向に延在する（図２参照）。具体的には、前縁側と後縁側に２つ設けられるシアウェブ３６に対応して、スパーキャップ２６は吸引側および圧力側のそれぞれに２つずつ（計４つ）設けられる。また、スパーキャップ２６は、例えば炭素繊維強化プラスチックから構成される。なお、翼本体２０の端部とは、先端部２Ｂ側の翼本体２０の端部であり、金属製レセプタ５０が接続される部分である。
シアウェブ（桁材）３６は、互いに対向する吸引側のスパーキャップ２６と圧力側のスパーキャップ２６との間に配置され、翼根２Ａ側から翼本体２０の端部まで翼長方向に延在する。なお、シアウェブ３６は、翼根２Ａ側から翼本体２０の途中まで延在する主シアウェブと、翼本体２０の端部近傍に延在する先端側シアウェブとから構成されてもよい。あるいは、シアウェブ３６は、翼根２Ａから翼本体２０の端部近傍まで連続していてもよい。このように、翼本体２０の先端側にもシアウェブ３６を設けることにより、金属製レセプタ５０による荷重増加をシアウェブ３６によって支持することができる。
【００３３】
翼型形成材２４は、スパーキャップ２６と同一層に配置され、例えばバルサ等の木材やポリメタクリルイミド（ＰＭＩ）等の樹脂発泡体からなる軽量コア材、ガラス繊維強化プラスチック等の繊維強化プラスチック材を含んで構成される。例示的な実施形態では、翼型形成材２４は、翼根２Ａ側では内層側に主に繊維強化プラスチックが配置され、外層側に主に軽量コア材が配置される。また、図４に示すように翼先端２Ｂ側では前縁側および後縁側に繊維強化プラスチック２４Ａが配置され、その間に軽量コア材２４Ｂが配置される。一実施形態では、繊維強化プラスチック２４Ａは、翼長方向に繊維が並んだガラス繊維強化プラスチックを含んで構成され、翼根２Ａから翼先端２Ｂ側まで連続している。軽量コア材２４Ｂおよびスパーキャップ２６は翼本体２０の端部より翼根２Ａ側で途切れており、翼本体２０の端部近傍においては繊維強化プラスチック２４Ａが配置される（図５参照）。
【００３４】
幾つかの実施形態では、絶縁層２８は、スパーキャップ２６と金属箔３２との間に介装され、金属箔３２とスパーキャップ２６とを絶縁する。これにより、金属製レセプタ５０に着雷した場合に、金属箔３２からの大きな雷電流がスパーキャップ２６に流れてスパーキャップ２６が破損することを防止できる。
金属箔３２は、上述したように、金属製レセプタ５０と翼本体２０の端部との接続部１０から翼根２Ａに向かって翼長方向に沿って延在する。例えば金属箔３２は、シート状またはメッシュ状であってもよく、さらに銅または銅合金で形成されてもよい。また、図２および図３には、吸引側および圧力側のそれぞれに配置される各２つのスパーキャップ２６の両方を覆うように１枚の金属箔３２を配置した場合を例示したが、金属箔３２の配置はこれに限定されず、例えば吸引側および圧力側のそれぞれにおいて、各２つのスパーキャップ２６に対応して２枚の金属箔３２を配置してもよい。その場合、２枚の金属箔３２は金属製レセプタ６０との接続部１０において重なり合って配置される。
保護層３４は、翼本体２０の表面の損傷を防止する目的で、翼根２Ａから翼本体２０の端部まで翼本体２０の全体を覆うように配置される。例えば保護層３４は、ガラス繊維強化プラスチックで形成される。
【００３５】
以下、図４および図５を参照して、翼本体２０と金属製レセプタ５０との接続部１０の構成について詳細に説明する。
翼本体２０と金属製レセプタ５０との接続部１０では、繊維強化プラスチック２４Ａと金属製レセプタ５０とが少なくとも重ねられた状態で、繊維強化プラスチック２４Ａが金属製レセプタ５０に対して締結され、且つ、金属箔３２の端部が金属製レセプタ５０に電気的に接続されている。
【００３６】
ここで、金属製レセプタ５０の構成例について図５および図６を参照して説明する。なお、図６は金属製レセプタの斜視図である。
金属製レセプタ５０の端部外面には、第１凹部５４Ａ、５４Ｂと、第２凹部５６Ａ、５６Ｂとが設けられている。第１凹部５４Ａ、５４Ｂと第２凹部５６Ａ、５６Ｂとは段差５５Ａ、５５Ｂを介して翼長方向に隣接して設けられ、第１凹部５４Ａ、５４Ｂが翼根２Ａ側に位置し、第２凹部５６Ａ、５６Ｂが先端部２Ｂ側に位置している。第１凹部５４Ａ、５４Ｂは、第２凹部５６Ａ、５６Ｂよりも浅く形成される。そして、第１凹部にはボルト穴５７Ａ１、５７Ｂ１が設けられ、第２凹部にはボルト穴５７Ａ２、５７Ｂ２が設けられている。なお、ここでは第１凹部５４Ａ、５４Ｂおよび第２凹部５６Ａ、５６Ｂが翼長方向に隣接して設けられた構成を例示したが、凹部の構成はこれに限定されず、例えば第１凹部５４Ａ、５４Ｂおよび第２凹部５６Ａ、５６Ｂが翼幅方向に隣接して設けられてもよい。
【００３７】
図４および図５に戻り、接続部１０において金属箔３２は第１金属プレート４０および第２金属プレート４２に挟まれた構成となっている。第１金属プレート４０および第２金属プレート４２は、接続部１０から翼本体２０の途中の位置まで延在してもよい。
そして、第１凹部５４Ａ、５４Ｂには、翼本体２０の端部を形成する繊維強化プラスチック２４Ａ、第２金属プレート４２、金属箔３２および第１金属プレート４０が係合して、ボルト穴５７Ａ１、５７Ｂ１に螺着されるボルト４６によってこれらの部材が共締めされている。これにより翼本体２０と金属製レセプタ５０とが接続される。このとき、互いに締結される繊維強化プラスチック２４Ａと金属製レセプタ５０とが少なくとも重ねられた状態であることから、接続部１０における両部材の接触面積を大きく確保でき、風車翼２で受ける風荷重等により生じる風車翼２の曲げモーメントにも耐え得る高い接続強度を保持できる。さらに、第１凹部５４Ａ、５４Ｂと繊維強化プラスチック２４Ａとを面接触させることができ、翼本体２０と金属製レセプタ５０との高い接続強度を確保できる。
【００３８】
また、第２凹部５６Ａ、５６Ｂには、第２金属プレート４２、金属箔３２および第１金属プレート４０が係合して、ボルト穴５７Ａ２、５７Ｂ２に螺着されるボルト４８によってこれらの部材が共締めされている。これにより金属箔３２が第２金属プレート４２を介して金属製レセプタ５０に接続される。そのため、ダウンコンダクタとして機能する金属箔３２と金属製レセプタ５０とが電気的に接続される。このとき、金属箔３２が第２金属プレート４２を介して金属製レセプタ５０と重ねられた状態で締結されていることから、金属箔３２と金属製レセプタ５０との電気的な接続面積を大きく取ることができ、金属製レセプタ５０で受けた雷電流を円滑に金属箔３２に流すことができる。さらに、第２凹部５６Ａ、５６Ｂと第２金属プレート４２とを面接触させることができ、第２金属プレート４２を介した金属箔３２と金属製レセプタ５０との電気的な接続を確保できる。
【００３９】
一実施形態では、第１凹部５４Ａ、５４Ｂとガラス繊維強化プラスチック２５Ａとの間に弾性接着剤（不図示）を充填させてもよい。
これにより、ガラス繊維強化プラスチック２５Ａと金属製レセプタ５０との接続強度をより一層向上できるとともに、弾性接着剤の弾性機能によって、接続部１０における金属製レセプタ５０、繊維強化プラスチック２４Ａおよびその周辺部材に疲労によるクラックが生じることを抑制できる。
【００４０】
図６および図７に示すように、一実施形態では、金属製レセプタ５０が、半割形状の吸引側部位５２Ａと圧力側部位５２Ｂとを含んでいてもよい。なお、図７は金属製レセプタの内部を示す斜視図である。金属レセプタ５０の吸引側部位５２Ａは圧力側部位５２Ｂと略対称の形状を有するから、図７では半割形状の圧力側部位５２Ｂのみを示している。
吸引側部位５２Ａは、その合わせ面５３Ａが圧力側部位５２Ｂの合わせ面５３Ｂに突き合わされ、圧力側部位５２Ｂと締結されるようになっている。吸引側部位５２Ａの合わせ面５３Ａには複数のボルト穴５８Ａが形成され、圧力側部位５２Ｂの合わせ面５３Ｂにはボルト穴５８Ａに対応する位置に複数のボルト穴（不図示）が形成されている。こうして、吸引側部位５２Ａおよび圧力側部位５２Ｂは、合わせ面５３Ａ、５３Ｂが突き合わされた状態でボルト締結される。このように金属製レセプタ５０を半割形状に形成することにより、金属プレート４０、４２や金属箔３２等を金属製レセプタ５０に容易に取り付けることができる。
【００４１】
図８は風車翼の先端側を示す斜視図である。
図８に示すように、一実施形態において金属製レセプタ５０は、先端側に金属製レセプタ５０が露出した露出部６２を残して、金属製レセプタ５０の表面が絶縁剤によってコーティングされたコーティング層６４を有していてもよい。これにより金属製レセプタ５０の先端側の露出部６２に着雷しやすくすることができ、翼本体２０への着雷を回避できる。
【００４２】
一実施形態において、風車翼２は以下のドレン排出機能を選択的に有していてもよい。
例えば、図８に示すように、接続部１０寄りの翼本体２０の端部に、少なくとも一つの第１ドレン穴６０を設ける。翼本体２０の内部に溜まったドレンは風車翼２の回転に伴う遠心力によって翼先端側に移動する。そこで、翼本２０体の端部に第１ドレン穴６０を設けることによって、ドレンを第１ドレン穴６０から円滑に排出することができる。
また、図６および図７に示すように、金属製レセプタ５０の吸引側部位５２Ａおよび圧力側部位５２Ｂの合わせ面５３Ａ、５３Ｂが少なくともそれぞれの縁部に設けられている場合、合わせ面５３Ａ、５３Ｂの間はシールされていない構成としてもよい。これにより、金属製レセプタ５０内にドレンが溜まった場合に、合わせ面５３Ａ、５３Ｂからドレンを排出することができる。
【００４３】
図７に示すように、例えば、圧力側部位５２Ｂには、吸引側部位５２Ａと突き合わせた状態で吸引側部位５２Ａの凹部とともに金属製レセプタ５０内部に空洞を形成する凹部５１が設けられる。また、この凹部５１に連通する少なくとも一つの第２ドレン穴５９Ｂを設けてもよい。第２ドレン穴５９Ｂは金属製レセプタ５０の先端に配置される。凹部５１が合わせ面５３Ｂによって複数に分割されている場合には、合わせ面５３Ｂに溝６１Ｂを設けて、複数の凹部５１間を連通してもよい。
このような構成とすることにより、金属製レセプタ５０の内部に溜まったドレンを凹部５１によって形成される空洞部から第２ドレン穴５９Ｂを通じて円滑に排出することができる。
なお、吸引側部位５２Ａも圧力側部位５２Ｂと同様の構成を有してもよい。
【００４４】
上述したように本実施形態によれば、翼本体２０の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチック２４Ａと、翼先端を形成する金属製レセプタ５０とが少なくとも重ねられた状態で、繊維強化プラスチック２４Ａが金属製レセプタ５０に対して締結されるようにしたので、金属製レセプタ５０と翼本体２０との接続強度を向上させることができる。
また、金属製レセプタ５０と翼本体２０との接続部において金属箔３２の端部が金属製レセプタ５０に電気的に接続されるようにしたので、ダウンコンダクタとして機能する金属箔３２と金属製レセプタ５０との間の電気的接続の信頼性を向上させることができる。
【００４５】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはいうまでもない。
【００４６】
例えば、上述の実施形態では金属箔３２が第１金属プレート４０および第２金属プレート４２に挟まれて金属製レセプタ５０に締結される構成を例示したが、図９に示すように、金属箔３２と金属製レセプタ５０との間には金属プレートを設けない構成としてもよい。この場合、金属箔３２を挟んで金属製レセプタ５０とは反対側（外層側）に配置される金属プレート４４を設けて、金属製レセプタ５０、金属箔３２および金属プレート４４を共締めする。これにより、金属プレート４４によって金属箔３２が金属製レセプタ５０に押し付けられるので、金属箔３２を安定して固定できるとともに金属プレート４４を介して金属箔３２と金属製レセプタ５０との間の電気的接続を確保できる。また、図示は省略するが、図５に示した第１金属プレート４０および第２金属プレート４２を両方とも設けずに、金属箔３２のみが金属製レセプタ５０に締結される構成としてもよい。
【００４７】
また、図１０に示すように、金属製レセプタ７０の端部内面に、段差７５Ａ、７５Ｂを介して第１凹部７４Ａ、７４Ｂおよび第２凹部７６Ａ、７６Ｂが設けられていてもよい。なお、金属製レセプタ７０は、吸引側部位７２Ａと圧力側部位７２Ｂとから構成されている。第１凹部７４Ａ、７４Ｂは、段差７５Ａ、７５Ｂを介して第２凹部７６Ａ、７６Ｂに隣接しており、第２凹部７６Ａ、７６Ｂよりも浅く形成される。この場合、第１凹部の方が第２凹部より金属製レセプタ７０内側に形成されている。そして、第１凹部７４Ａ、７４Ｂには繊維強化プラスチック２４Ａが係合され、繊維強化プラスチック２４Ａがボルト４６によって金属製レセプタ７０に締結される。第２凹部７６Ａ、７６Ｂには、繊維強化プラスチック２４Ａと、第１金属プレート４０および第２金属プレート４２に挟まれた金属箔３２とが係合され、これらの部材がボルト４８によって金属製レセプタ７０に締結される。さらに、風車翼２の表面における空力抵抗を低減する観点から、金属製レセプタ７０の外表面と、第１金属プレート４０の外表面とが略同一面を形成するように構成してもよい。具体的な構成例として、第２凹部７６Ａ、７６Ｂにおける金属製レセプタ７０の厚さに対応した段差を第１金属プレート４０に設ける。この段差によって、第１金属プレート４０の一端側の面が第２凹部７６Ａ、７６Ｂに係合するとともに、段差を介して第１プレート４０の他端側の面が金属製レセプタ７０と略同一面を形成する。また、別の構成例として、金属製レセプタ７０の第２凹部７６Ａ、７６Ｂに対応する部位を、第１金属プレート４０の全体が覆われるように翼本体２０の端部まで延在させてもよい。これにより翼本体２０の表面を平滑に形成でき、空力抵抗を低減することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１              風力発電装置
２              風車翼
２Ａ            翼根
２Ｂ            先端部
３              ハブ
４              ナセル
５              タワー
８              ダウンコンダクタ
１０            接続部
２０            翼本体
２２            内側翼根補強材
２４            翼型形成材
２４Ａ          繊維強化プラスチック
２４Ｂ          軽量コア材
２６            スパーキャップ
２８            絶縁層
３０            外側翼根補強材
３２            金属箔
３４            保護層
３６            シアウェブ
４０            第１金属プレート
４２            第２金属プレート
４４            金属プレート
４６，４８      ボルト
５０，７０      金属製レセプタ
５１            凹部
５２Ａ，７２Ａ  吸引側部位
５２Ｂ，７２Ｂ  圧力側部位
５３Ａ，５３Ｂ  合わせ面
５４Ａ，５４Ｂ，７４Ａ，７４Ｂ  第１凹部
５５Ａ，５５Ｂ，７５Ａ，７５Ｂ  段差
５６Ａ，５６Ｂ，７６Ａ，７６Ｂ  第２凹部
５７Ａ１，５７Ａ２，５７Ｂ１，５７Ｂ２  ボルト穴
５８Ａ，５８Ｂ  ボルト穴
５９Ａ，５９Ｂ，６０  ドレン穴
６１Ｂ          溝
６２            露出部
６４            コーティング層
【図１】
2013084634.tif 000003
【図２】
2013084634.tif 000004
【図３】
2013084634.tif 000005
【図４】
2013084634.tif 000006
【図５】
2013084634.tif 000007
【図６】
2013084634.tif 000008
【図７】
2013084634.tif 000009
【図８】
2013084634.tif 000010
【図９】
2013084634.tif 000011
【図１０】
2013084634.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成26年4月16日(2014.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
なお、翼先端部を形成する塊状のレセプタを備えた風車翼に関するものではないが、特許文献４〜８には耐雷機能を備えた風車翼の種々の構成が開示されている。
例えば、特許文献４〜６には、翼先端部に設けたレセプタからシート状またはメッシュ状のダウンコンダクタを介して翼根に雷電流を導くようにした風車翼が開示されている。また、特許文献７には、翼先端部の内部空間に設けられたアンカーブロックに固定されたレセプタからダウンコンダクタを介して翼根に雷電流を導くようにした風車翼が開示されている。さらに、特許文献８には、翼先端部の内部に設けられた導電性又は半導電性のレセプタからダウンコンダクタを介して翼根に雷電流を導くようにした風車翼が開示されている。
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月21日(2014.10.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、
前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、
前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、
前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されており、
前記金属製レセプタは、前記金属製レセプタの外面又は内面に前記繊維強化プラスチックが係合する凹部を有し、前記凹部にはボルト穴が形成されており、
前記繊維強化プラスチックは、前記凹部に係合することで前記繊維強化プラスチックの厚さ方向において前記金属製レセプタに重ねられた状態で、前記凹部の前記ボルト穴を貫通するボルトによって前記金属製レセプタに締結されていることを特徴とする風車翼。
【請求項２】
翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、
前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、
前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、
前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されており、
前記金属箔を挟んで前記金属製レセプタとは反対側において前記金属箔の前記端部および前記金属製レセプタに重ねられた状態で前記金属箔の前記端部とともに前記金属製レセプタに共締めされる第１金属プレートをさらに備えることを特徴とする風車翼。
【請求項３】
前記接続部において、前記金属箔と前記金属製レセプタとの間に介在し、前記第１金属プレートおよび前記金属箔とともに前記金属製レセプタに共締めされる第２金属プレートをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の風車翼。
【請求項４】
前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートは、前記接続部から前記翼本体の途中の位置まで延在しており、
前記接続部では、前記繊維強化プラスチックは、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記金属製レセプタに共締めされていることを特徴とする請求項３に記載の風車翼。
【請求項５】
前記金属製レセプタ、前記繊維強化プラスチック、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートの共締めにはボルト締結が用いられることを特徴とする請求項４に記載の風車翼。
【請求項６】
前記金属製レセプタの端部には、第１凹部と、段差を介して前記第１凹部に隣接して設けられ、前記第１凹部よりも浅い第２凹部とが形成されており、
前記繊維強化プラスチックは、前記金属箔、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記第１凹部に係合し、該第１凹部において前記金属製レセプタに対して共締めされており、
前記金属箔は、前記第１金属プレートおよび前記第２金属プレートとともに前記第２凹部に係合し、該第２凹部において前記金属製レセプタに共締めされていることを特徴とする請求項４又は５に記載の風車翼。
【請求項７】
前記第１凹部と前記繊維強化プラスチックとの間に充填された弾性接着剤をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の風車翼。
【請求項８】
翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、
前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、
前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、
前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されており、
前記接続部寄りの前記翼本体の端部には、少なくとも一つの第１ドレン穴が形成されていることを特徴とする風車翼。
【請求項９】
翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、
前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、
前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、
前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されており、
前記金属製レセプタは、半割形状の吸引側部位と圧力側部位とを含み、
前記吸引側部位と前記圧力側部位とが締結されていることを特徴とする風車翼。
【請求項１０】
前記金属製レセプタは、前記吸引側部位と前記圧力側部位との間には空洞部が設けられており、該空洞部に連通する少なくとも一つの第２ドレン穴が前記金属製レセプタの先端に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の風車翼。
【請求項１１】
翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、
前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、
前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、
前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されており、
前記金属製レセプタは、先端部が露出するようにして表面に絶縁剤がコーティングされていることを特徴とする風車翼。
【請求項１２】
前記金属製レセプタおよび前記金属箔の少なくとも一つが銅または銅合金で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の風車翼。
【請求項１３】
翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、
前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、
前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、
前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されており、
前記繊維強化プラスチックは、前記翼本体の吸引面側と圧力面側とにそれぞれ設けられており、
前記翼本体は、前記吸引面側の前記繊維強化プラスチックと前記圧力面側の前記繊維強化プラスチックの間に設けられ、前記接続部まで翼長方向に沿って延在するシアウェブをさらに有し、
前記金属製レセプタの前記翼本体側の端面は、前記シアウェブの先端面に当接していることを特徴とする風車翼。
【請求項１４】
翼根から翼長方向に沿って延在する翼本体と、
前記翼本体の前記翼根とは反対側の端部に接続され、翼先端を形成する金属製レセプタと、
前記金属製レセプタと前記翼本体の前記端部との接続部から前記翼根に向かって前記翼長方向に沿って延在し、前記金属製レセプタからの雷電流を前記翼根側に導くように構成された金属箔とを備え、
前記接続部では、前記翼本体の少なくとも一部を構成する繊維強化プラスチックと前記金属製レセプタとが少なくとも重ねられた状態で前記繊維強化プラスチックが前記金属製レセプタに対して締結され、且つ、前記金属箔の端部が前記金属製レセプタに電気的に接続されており、
前記翼本体は、繊維強化プラスチックから形成される保護層によって被覆されていることを特徴とする風車翼。
【請求項１５】
前記風車翼を備えたことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の風力発電装置。
【国際調査報告】
2013084634.tif 000013
2013084634.tif 000014
2013084634.tif 000015