(57)【要約】【課題】風車ロータのうちブレード以外の部位への雷撃から風車ロータを保護することができる風車ロータ及び風車を提供する。【解決手段】少なくとも一本のブレードと、前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、前記ハブを覆うように設けられ、絶縁材により構成されるスピナーと、前記ブレードの各々について設けられるブレード耐雷システムと、前記スピナーに設けられるスピナー耐雷システムと、を備える風車ロータであって、前記ブレード耐雷システムは、前記ブレードに設けられたブレードレセプタと、前記ブレードレセプタに電気的に接続され、前記ブレードレセプタからの雷電流をナセル側のアース用電流経路に伝達するための電流伝達部と、を有し、前記スピナー耐雷システムは、前記スピナーに設けられたスピナーレセプタと、前記スピナーレセプタと前記電流伝達部とを電気的に接続するケーブルとを有する。【選択図】  図１
2015127512.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記ハブを覆うように設けられ、絶縁材により構成されるスピナーと、
前記ブレードの各々について設けられるブレード耐雷システムと、
前記スピナーに設けられるスピナー耐雷システムと、を備える風車ロータであって、
前記ブレード耐雷システムは、
前記ブレードに設けられたブレードレセプタと、
前記ブレードレセプタに電気的に接続され、前記ブレードレセプタからの雷電流をナセル側のアース用電流経路に伝達するための電流伝達部と、を有し、
前記スピナー耐雷システムは、
前記スピナーに設けられたスピナーレセプタと、
前記スピナーレセプタと前記電流伝達部とを電気的に接続するケーブルとを有することを特徴とする風車ロータ。  
【請求項２】
前記電流伝達部は、前記ブレードの翼根部に設けられ、
前記スピナーレセプタは、前記スピナーにおける異なる場所に設置された複数のレセプタを含み、
前記スピナー耐雷システムは、
前記複数のレセプタのうち２個以上のレセプタをそれぞれ前記電流伝達部に電気的に接続するための複数本のメインケーブルと、
前記複数のレセプタを互いに電気的に接続するための複数本のサブケーブルと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の風車ロータ。
【請求項３】
前記スピナーレセプタは、第１レセプタと、前記風車ロータの回転軸の軸方向に関して前記ハブ側を前方とし前記ナセル側を後方としたとき、前記第１レセプタよりも後方において前記風車ロータの回転軸を中心とする周方向について離散的に設けられた複数の第２レセプタと、を含み、
前記第１レセプタと前記第２レセプタの各々とは、前記サブケーブルの各々を介して電気的に接続されており、
前記複数本のメインケーブルは、前記複数の第２レセプタをそれぞれ前記電流伝達部に電気的に接続するように設けられたことを特徴とする請求項２に記載の風車ロータ。
【請求項４】
前記メインケーブルを前記電流伝達部材に取り付けるための導電性のブラケットをさらに備え、
前記ブラケットは、前記スピナーの内部に配置された導電性部材及び前記ハブから電気的に隔絶されるように配置されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の風車ロータ。
【請求項５】
前記サブケーブルは、前記導電性部材から離間して配置されることを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の風車ロータ。
【請求項６】
前記スピナーは、該スピナーの分割体であるセクションを複数含み、
前記セクションの各々は、該セクションに隣接する他のセクションと接合される接合部を有し、
前記メインケーブルの少なくとも一部又は前記サブケーブルの少なくとも一部は、前記接合部に沿って延在していることを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の風車ロータ。
【請求項７】
前記メインケーブル又は前記サブケーブルは、許容電流が少なくとも２００ｋＡのケーブルであることを特徴とする請求項２乃至６の何れか一項に記載の風車ロータ。
【請求項８】
前記スピナー耐雷システムがｎ本の前記メインケーブルを含み、
前記メインケーブル又は前記サブケーブルは、許容電流が少なくとも（２００／ｎ）ｋＡのケーブルであることを特徴とする請求項２乃至７の何れか一項に記載の風車ロータ。
【請求項９】
前記スピナーレセプタは、前記スピナーの内部に配置された導電性部材及び前記ハブから電気的に隔絶されるように配置されていることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の風車ロータ。
【請求項１０】
前記スピナー耐雷システムは、
前記スピナーレセプタを前記風車ロータの前記電流伝達部に電気的に接続するための少なくとも一本のケーブルと、
前記少なくとも一本のケーブル及び前記スピナーレセプタを前記スピナーに固定するための導電性の固定部材と、を含み、
前記少なくとも一本のケーブルは、前記固定部材を介して前記スピナーレセプタに電気的に接続されるように構成されたことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の風車ロータ。
【請求項１１】
前記ブレードの翼根部を前記ハブに取り付けるためのピッチベアリングをさらに備え、
前記ピッチベアリングと前記電流伝達部との間の距離が、前記メインケーブルと前記電流伝達部との間の距離より大きいことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の風車ロータ。
【請求項１２】
前記ピッチベアリングと前記電流伝達部との間の距離が０．３ｍ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の風車ロータ。
【請求項１３】
前記ピッチベアリングと前記メインケーブルとの間の距離が０．３ｍ以上であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の風車ロータ。
【請求項１４】
前記スピナーは、非導電性の繊維強化プラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３の何れか一項に記載の風車ロータ。
【請求項１５】
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記ハブを覆うように設けられ、絶縁材により構成されるスピナーと、
前記ブレードの各々について設けられるブレード耐雷システムと、
前記スピナーに設けられるスピナー耐雷システムと、を備える風車であって、
前記ブレード耐雷システムは、
前記ブレードに設けられたブレードレセプタと、
前記ブレードレセプタに電気的に接続され、前記ブレードレセプタからの雷電流をナセル側のアース用電流経路に伝達するための電流伝達部と、を有し、
前記スピナー耐雷システムは、
前記スピナーに設けられたスピナーレセプタと、
前記スピナーレセプタと前記電流伝達部とを電気的に接続するケーブルとを有することを特徴とする風車。
【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ロータ及び風車に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保全の観点から、風力を利用した風車の普及が進んでいる。一般に、風車は、ハブ及び該ハブに取り付けられた複数のブレードを含む風車ロータと、風車ロータを回転自在に支持するナセルと、ナセルが上端に取り付けられたタワーとを有する。そして、発電設備としての風車は、風の運動エネルギーを風車ロータ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】
このような風車では、近年、効率向上の観点から風車ロータの大型化が進められている。風車のロータ直径を大きくした場合、通常、タワーの全長も大きくなり、風車ロータは地表から大きく離れた位置（高所）に設置されることとなる。また、風のエネルギーを効果的に回収する目的からも、風車ロータはより高所に設置されることが多く、しかも風を受けやすい広大な陸地又は洋上に設置されることが多いことから、落雷による被害を受けやすいという問題を抱えている。そのため、風車ロータの耐雷設計は、ますます重要になりつつある。
【０００４】
例えば、特許文献１〜３には、耐雷機能を備えたブレードの各種の構成が開示されている。具体的に、特許文献１〜３には、翼先端部に設けたレセプタ（受雷部）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構成されたブレードが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００８／１４５２２９号明細書
【特許文献２】米国特許第７８８３３２１号公報
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０／０３２９８６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１〜３に示されるように、従来、風車ロータに設けられる耐雷システムは、主としてブレードを着雷から保護するものが殆どであった。特に、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ブレードの先端が風車のうち最も高所を通過するから、専らブレードへの耐雷対策が重視されてきた。
しかしながら、実際には、風車ロータの大径化が進んでブレードが長翼化すると、隣り合うブレードの先端間の距離は広くなるので、例えばブレードの先端にレセプタが設けられていても、このブレードのレセプタでは雷を捕捉できない可能性がある。また、風車ロータの停止位置（例えば、Ｙポジションやａｎｔｉ−Ｙポジション）によっては、ブレードの角度位置によってブレードのレセプタに着雷しない場合もある。このように、雷の方向は環境条件等によって様々であり、必ずしもブレードに着雷するとは限らない。
しかしながら、従来は、風車ロータのうちブレード以外の部分に着雷する可能性については殆ど考慮されていなかった。
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態は、上述の事情に鑑み、風車ロータのうちブレード以外の部位への雷撃から風車ロータを保護することができる風車ロータ及び風車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】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風車ロータは、
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記ハブを覆うように設けられ、絶縁材により構成されるスピナーと、
前記ブレードの各々について設けられるブレード耐雷システムと、
前記スピナーに設けられるスピナー耐雷システムと、を備える風車ロータであって、
前記ブレード耐雷システムは、
前記ブレードに設けられたブレードレセプタと、
前記ブレードレセプタに電気的に接続され、前記ブレードレセプタからの雷電流をナセル側のアース用電流経路に伝達するための電流伝達部と、を有し、
前記スピナー耐雷システムは、
前記スピナーに設けられたスピナーレセプタと、
前記スピナーレセプタと前記電流伝達部とを電気的に接続するケーブルとを有することを特徴とする。
なお、本明細書において「電気的に接続」するとは、接続対象である２つの物体間が導体によって連続的に接続される場合や、前記２つの物体間を雷電流が流れるときに絶縁が破られて放電可能な程度の微小ギャップが２つの物体間の経路上に存在する場合を含む。
【０００９】
上記風車ロータは、ブレード耐雷システムとは別にスピナー耐雷システムを有し、スピナー耐雷システムとしてスピナーにレセプタを設けた構成としたので、ブレードの耐雷システム等によって捕捉されなかった雷撃から風車ロータを保護することができる。
また、上記風車ロータは、ブレード耐雷システムのブレードレセプタからの雷電流をナセル側のアース用電流経路に伝達するための電流伝達部を有している。そして、スピナー耐雷システムのスピナーレセプタは、ブレード耐雷システムの電流伝達部にケーブルで電気的に接続された構成となっている。これにより、ブレード耐雷システムの電流伝達部を介して、スピナーレセプタからの雷電流をナセル側のアース用電流経路に逃がすことができる。よって、スピナーレセプタへの着雷時、雷電流による損傷の防止が必要とされる各種機器を保護することができる。
さらに、ブレード耐雷システムの電流伝達部を介して、ブレードレセプタとスピナーレセプタの両方をナセル側のアース用電流経路に電気的に接続しているため、雷電流を逃がすためのナセル側におけるアース用電流経路をブレード耐雷システムおよびスピナー耐雷システムとで共用できる。よって、風車ロータにおける耐雷システムの装置構成を簡素化することができ、また部品点数を低減できることから風車ロータの軽量化も図れる。
【００１０】
幾つかの実施形態において、前記電流伝達部は、前記ブレードの翼根部に設けられ、前記スピナーレセプタは、前記スピナーにおける異なる場所に設置された複数のレセプタを含み、前記スピナー耐雷システムは、前記複数のレセプタのうち２個以上のレセプタをそれぞれ前記電流伝達部に電気的に接続するための複数本のメインケーブルと、前記複数のレセプタを互いに電気的に接続するための複数本のサブケーブルと、を含む。
このように、スピナーレセプタが、スピナーにおける異なる場所に設置された複数のレセプタを含むことにより、ハブ周囲の広範囲にわたる領域を通過する雷をスピナーレセプタによって捕捉可能となり、風車ロータの耐雷性能をより一層向上させることができる。また、複数のレセプタのうち２個以上のレセプタを複数本のメインケーブルによってそれぞれ電流伝達部に電気的に接続するとともに、複数のレセプタを互いにサブケーブルによって電気的に接続したことで、レセプタから電流伝達部までの間において雷電流を複数本のメインケーブルに分散して流すことができる。また、複数のレセプタを互いにサブケーブルによって電気的に接続したので、前記２個以上のレセプタの各々に対して１本のメインケーブルを設ければ足り、各レセプタを個々に電流伝達部に電気的に接続する場合に比べてメインケーブル本数を削減できる。
【００１１】
一実施形態において、前記スピナーレセプタは、第１レセプタと、前記風車ロータの回転軸の軸方向に関して前記ハブ側を前方とし前記ナセル側を後方としたとき、前記第１レセプタよりも後方において前記風車ロータの回転軸を中心とする周方向について離散的に設けられた複数の第２レセプタと、を含み、前記第１レセプタと前記第２レセプタの各々とは、前記サブケーブルの各々を介して電気的に接続されており、前記複数本のメインケーブルは、前記複数の第２レセプタをそれぞれ前記電流伝達部に電気的に接続するように設けられる。
このように、スピナーレセプタが、第１レセプタと、第１レセプタよりも後方に設けられた第２レセプタとを含むことにより、スピナーレセプタの耐雷機能が及ぶハブの外周（側方）領域を前後方向に拡張することができる。よって、ハブ周囲の広範囲にわたる領域を通過する雷をスピナーレセプタによって捕捉可能となり、風車ロータの耐雷性能をより一層向上させることができる。また、各第２レセプタは、回転軸を中心とする周方向について離散的に設けられているので、第２レセプタの小型化によって風車ロータの軽量化を図ることができる。
【００１２】
一実施形態において、前記メインケーブルを支持するための導電性のサポートをさらに備え、前記サポートは、前記スピナーの内部に配置された導電性部材及び前記ハブから電気的に隔絶されるように配置され、前記メインケーブルは前記サポートを介して前記電流伝達部材に電気的に接続されている。
このように、メインケーブルを支持するためのサポートが導電性を有しており、メインケーブルと電流伝達部材とを電気的に接続する機能をサポートが兼ねるようにしたので、部品点数の削減が可能で、また設置作業の容易化が図れる。このサポートは、スピナーの内部に配置された導電性部材及びハブから電気的に隔絶されるように配置されているので、スピナー内部の導電性部材、あるいはハブやハブに電気的に繋がっている導電性部材を雷撃から保護できる。
【００１３】
一実施形態において、前記サブケーブルは、前記導電性部材から離間して配置される。
これにより、スピナーの内部に配置された導電性部材を雷撃から保護できる。特に、サブケーブルを導電性部材から十分に離して配置すれば、サブケーブルから導電性部材への短絡を防止できる。
【００１４】
一実施形態において、  前記スピナーは、該スピナーの分割体であるセクションを複数含み、前記セクションの各々は、該セクションに隣接する他のセクションと接合される接合部を有し、前記メインケーブルの少なくとも一部又は前記サブケーブルの少なくとも一部は、前記接合部に沿って延在している。
通常、スピナーを分割構造とする場合、接合強度を確保するために、各セクションの接合部は他の部位よりも高剛性に形成されることが多い。そのため、メインケーブルの少なくとも一部又はサブケーブルの少なくとも一部を接合部に沿って延在させることによって、これらのケーブルをスピナーに固定するためのボルト等の固定部材を取り付けてもスピナーの強度低下を防止できる。また、スピナーの各セクション同士を接合するための固定部材を用いて、メインケーブル又はサブケーブルをスピナーに固定することもできる。
【００１５】
一実施形態において、前記メインケーブル又は前記サブケーブルは、許容電流が少なくとも２００ｋＡのケーブルである。
これにより、メインケーブル又はサブケーブルが損傷することなく、典型的な環境下で想定される最大の雷電流をアース用電流経路に導くことができる。
【００１６】
一実施形態において、前記スピナー耐雷システムがｎ本の前記メインケーブルを含み、前記メインケーブル又は前記サブケーブルは、許容電流が少なくとも（２００／ｎ）ｋＡのケーブルである。
この実施形態によれば、何れか一つのレセプタ（第１レセプタ又は第２レセプタ）に着雷した場合において、該レセプタからの雷電流は、ｎ本のメインケーブルに分散される。これにより、各メインケーブルを流れる最大雷電流を低減することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、前記スピナーレセプタは、前記スピナーの内部に配置された導電性部材及び前記ハブから電気的に隔絶されるように配置されている。
これにより、スピナーレセプタに着雷した場合であっても、ハブやハブに電気的に繋がっている導電性部材（例えば、ピッチベアリング等）を含むスピナー内部の各種部品を雷撃から保護できる。また、スピナーの内部に配置される部品だけでなく、他の場所に設置される風車の各種部品（例えば、風車ロータのハブに連結された風車のメインシャフトの主軸受等）へのハブを介した雷電流の流入を阻止できる。
【００１８】
幾つかの実施形態において、前記スピナー耐雷システムは、前記スピナーレセプタを前記風車ロータの前記電流伝達部に電気的に接続するための少なくとも一本のケーブルと、前記少なくとも一本のケーブル及び前記スピナーレセプタを前記スピナーに固定するための導電性の固定部材と、を含み、前記少なくとも一本のケーブルは、前記固定部材を介して前記スピナーレセプタに電気的に接続されるように構成される。
このように、少なくとも一本のケーブル及びスピナーレセプタをスピナーに固定するための固定部材が導電性を有しており、少なくとも一本のケーブルとスピナーレセプタとを電気的に接続する機能を兼ねるようにしたので、部品点数の削減が可能で、また設置作業の容易化が図れる。
【００１９】
幾つかの実施形態において、前記ブレードの翼根部を前記ハブに取り付けるためのピッチベアリングをさらに備え、前記ピッチベアリングと前記電流伝達部との間の距離が、前記メインケーブルと前記電流伝達部との間の距離より大きい。
これにより、メインケーブルが短絡した場合であっても、ピッチベアリングよりも近い距離に位置する電流伝達部に短絡電流が流れるため、ピッチベアリングを保護することができる。
【００２０】
一実施形態では、前記ピッチベアリングと前記電流伝達部との間の距離が０．３ｍ以上である。
他の実施形態では、前記ピッチベアリングと前記メインケーブルとの間の距離が０．３ｍ以上である。
【００２１】
幾つかの実施形態において、前記スピナーは、非導電性の繊維強化プラスチックで形成されている。
これにより、スピナー耐雷システムのレセプタへの着雷の可能性を向上させることができる。
【００２２】
本発明の少なくとも一実施形態に係る風車は、
少なくとも一本のブレードと、
前記少なくとも一本のブレードが取り付けられるハブと、
前記ハブを覆うように設けられ、絶縁材により構成されるスピナーと、
前記ブレードの各々について設けられるブレード耐雷システムと、
前記スピナーに設けられるスピナー耐雷システムと、を備える風車であって、
前記ブレード耐雷システムは、
前記ブレードに設けられたブレードレセプタと、
前記ブレードレセプタに電気的に接続され、前記ブレードレセプタからの雷電流をナセル側のアース用電流経路に伝達するための電流伝達部と、を有し、
前記スピナー耐雷システムは、
前記スピナーに設けられたスピナーレセプタと、
前記スピナーレセプタと前記電流伝達部とを電気的に接続するケーブルとを有することを特徴とする。
【００２３】
上記風車によれば、ブレード耐雷システムとは別にスピナー耐雷システムを有し、スピナー耐雷システムとしてスピナーにレセプタを設けた構成としたので、ブレードの耐雷システム等によって捕捉されなかった雷撃から風車ロータを保護することができる。
また、スピナー耐雷システムのスピナーレセプタは、ブレード耐雷システムの電流伝達部にケーブルで電気的に接続された構成となっているので、電流伝達部を介して、スピナーレセプタからの雷電流をナセル側のアース用電流経路に逃がすことができる。よって、スピナーレセプタへの着雷時、雷電流による損傷の防止が必要とされる各種機器を保護することができる。
さらに、ブレード耐雷システムの電流伝達部を介して、ブレードレセプタとスピナーレセプタの両方をナセル側のアース用電流経路に電気的に接続しているため、雷電流を逃がすためのナセル側におけるアース用電流経路をブレード耐雷システムおよびスピナー耐雷システムとで共用できる。よって、風車ロータにおける耐雷システムの装置構成を簡素化することができ、また部品点数を低減できることから風車ロータの軽量化も図れる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ブレード耐雷システムとは別にスピナー耐雷システムを有し、スピナー耐雷システムとしてスピナーにレセプタを設けた構成としたので、ブレードの耐雷システム等によって捕捉されなかった雷撃から風車ロータを保護することができる。
また、スピナー耐雷システムのスピナーレセプタは、ブレード耐雷システムの電流伝達部にケーブルで電気的に接続された構成となっているので、スピナーレセプタへの着雷時、雷電流による損傷の防止が必要とされる各種機器を保護することができる。
さらに、ブレード耐雷システムの電流伝達部を介して、ブレードレセプタとスピナーレセプタの両方をナセル側のアース用電流経路に電気的に接続した構成となっているので、風車ロータにおける耐雷システムの装置構成を簡素化することができ、また部品点数を低減できることから風車ロータの軽量化も図れる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施形態に係る風車の全体構成を示す概略図である。
【図２】一実施形態に係る風車ロータを示す斜視図である。
【図３】一実施形態におけるスピナーの分割構造の一例を示す斜視図である。
【図４】一実施形態におけるブレード耐雷システムを備えたブレードの構成例を示す平面図である。
【図５】一実施形態におけるアース用電流経路の構成例を示す側面図である。
【図６Ａ】一実施形態におけるスピナーレセプタの配置構成を示す正面図である。
【図６Ｂ】他の実施形態におけるスピナーレセプタの配置構成を示す正面図である。
【図６Ｃ】さらに他の実施形態におけるスピナーレセプタの配置構成を示す正面図である。
【図７】一実施形態におけるスピナー耐雷システムの全体構成を示す斜視図である。
【図８】一実施形態におけるスピナー耐雷システムの設置例を示す図で、図７のＧ−Ｇ線断面図である。
【図９】一実施形態における第２レセプタ及び各ケーブルの取り付け状態を示す斜視図である。
【図１０】一実施形態におけるケーブルの取り付け状態を示す斜視図である。
【図１１】一実施形態におけるケーブルとディスチャージリングの取り付け状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
図１及び図２を参照して、一実施形態に係る風車の全体構成について説明する。ここで、図１は一実施形態に係る風車の全体構成の概略を示す図であり、図２は一実施形態に係る風車ロータの構成例を示す斜視図である。なお、以下の実施形態では風車の一例として、発電機を有する風力発電装置について述べるが、本発明の実施形態に係る風車は、風力エネルギーを原動力に変換可能な構成を有していれば何れの装置にも適用できる。
【００２８】
図１に示すように、風車１は、風を受けて回転する風車ロータ２と、ハブ４に連結されるメインシャフト６と、メインシャフト６の回転エネルギーを用いて電力を生成する発電機７とを含む。なお、風車１は、メインシャフト６の回転エネルギーを発電機７に伝達するためのドライブトレイン（不図示）を含んでいてもよい。その場合、ドライブトレインとして、例えば油圧トランスミッションやギヤ式の増速機等を用いることができる。
また、メインシャフト６を含む種々の機器はナセル８に収納されている。ナセル８は、風車ロータ２を回転可能に支持している。
【００２９】
幾つかの実施形態に係る風車ロータ２は以下の構成を有する。
風車ロータ２は、少なくとも一本のブレード３と、これらのブレード３が取り付けられるハブ４と、ハブ４を覆うスピナー５とを含む。なお、本実施形態では、３枚のブレード３がハブ４に取り付けられた構成を例示するが、ブレード３は２枚であってもよいし、３枚を超える枚数であってもよい。
【００３０】
ブレード３は、翼先端部３ａ、翼根部３ｂ、及び、翼先端部３ａと翼根部３ｂの間に位置する翼型部３ｃを有する。また、ブレード３の少なくとも一部が、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）やＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等の繊維強化プラスチックで形成されていてもよい。
【００３１】
ハブ４は、ピッチベアリング（不図示）を介して翼根部３ｂが取り付けられる翼取付け部４ａを含む。通常、ハブ４は導電性材料で構成されており、例えば鋳鋼で構成される。
ハブ４の周囲には各種の導電性部材が配置されている。図２に示すように、導電性部材の構成例として、ハブ４にスピナー５を支持させるための支持構造体８０が挙げられる。支持構造体８０は、鋼材等のように導電性を有する材料で形成され、ハブ４に取り付けられている。すなわちハブ４と電気的に接続された関係となっている。よって、この支持構造体８０に雷電流が流れた場合、ハブ４を介してメインシャフト６に雷電流が流入し、メインシャフト６を支持するための主軸受を損傷させてしまうおそれがある。そのため、ハブ４に電気的に接続された導電性部材は、後述するスピナーレセプタとは電気的に隔絶された位置関係となっている。その他、導電性部材として、例えば、作業用足場、配管、冷却装置等が挙げられる。なお、本明細書において、「電気的に隔絶」とは、対象となる２つの部材（例えば、スピナーレセプタと支持構造体８０）の間が絶縁に足る十分な距離を有する場合も含むし、２部材の間に絶縁体を介在させた場合も含む。
【００３２】
スピナー５は、ハブ４を覆うように設けられ、ブレード３及びハブ４と共に回転するようになっている。このスピナー５は絶縁材により構成される。具体的に、スピナー５は、非導電性の繊維強化プラスチックで形成されてもよく、例えばＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）で形成される。さらに、図３に示すように、スピナー５は、分割線５２，５３によって複数のセクション５４，５５に分割された構成であってもよい。具体的構成として、スピナー５は、風車ロータ２の回転軸Ｏに略直交する面内に位置する前方分割線５２によって前方セクション５４と側方セクション５５に分割されている。さらに、側方セクション５５は、風車ロータ２の前後方向に延在する側方分割線５３によって複数に分割されている。すなわち、側方分割線５３は、回転軸Ｏを中心とした周方向に略等間隔で位置し、複数の側方セクション５５，５５，…を画成している。なお、風車ロータ２の前後方向とは、回転軸Ｏの方向に対してハブ４側を前方とし、メインシャフト６（ナセル８）側を後方とした方向をいう。但し、風車ロータ２の前後方向は、必ずしも回転軸Ｏに平行な方向でなくともよい。例えば、スピナー５の側方分割線５３は風車ロータ２の前後方向に延在した構成となっているが、側方分割線５３はスピナー５の外面に沿って湾曲している。また、複数の側方セクション５５，５５，…のうち少なくとも一つの側方セクション５５は、少なくとも一部が外方に突出した凸部５６を有していてもよい。この場合、凸部５６に起因した空力損失を抑制する目的で、凸部５６は滑らかに湾曲した空力的な形状であることが好ましい。凸部５６の内部の空間、すなわち凸部５６とハブ４との間の空間は、例えばメンテナンス等を目的とした作業用スペースとして用いることができる。
【００３３】
また、風車ロータ２は、ブレード３の各々について設けられるブレード耐雷システム１０と、スピナー５に設けられるスピナー耐雷システム２０とをさらに含む。
【００３４】
図４にブレード耐雷システムを備えたブレードの構成例を示す。
一実施形態において、ブレード耐雷システム１０は、ブレード３の翼先端部３ａに設けられたブレードレセプタ１１と、ブレードレセプタ１１に電気的に接続される金属箔１２と、金属箔１２に電気的に接続される電流伝達部としてのディスチャージリング１３とを含む。なお、本明細書において「電気的に接続」とは、対象となる２つの物体間が導体によって連続的に接続される場合や、前記２つの物体間を雷電流が流れるときに絶縁が破られて放電可能な程度の微小ギャップが２つの物体間の経路上に存在する場合を含む。
【００３５】
ブレードレセプタ１１は、導電性を有する部材で形成される。一構成例におけるブレードレセプタ１１は、主として銅又は銅合金を含む材料で形成され、外面が耐腐食性被覆層で覆われた構成を有する。この耐腐食性被覆層は、主材料に耐腐食性塗料を塗布することによって形成されてもよいし、主材料に耐腐食性フィルムを貼着することによって形成されてもよい。他の構成例におけるブレードレセプタ１１は、主としてステンレスを含む材料で形成され、外面が反射防止用被覆層で覆われた構成を有する。この反射防止用被覆層は、耐腐食性を有していてもよい。もちろん、反射防止用被覆層で覆われていないステンレス材料によってブレードレセプタ１１を構成してもよい。また、ブレードレセプタ１１は、翼先端部３ａの少なくとも一部を構成するように、ブレード３の翼先端部３ａに埋設されたソリッドレセプタであってもよい。
【００３６】
金属箔１２は、ブレードレセプタ１１からの雷電流をナセル８側のアース用電流経路１７へ伝達するように構成され、ブレード３の翼先端部３ａ側から翼根部３ｂ側へ向けて雷電流を流すためのブレード３のダウンコンダクタとしての機能を有する。一構成例において、金属箔１２は、一端側がブレードレセプタ１１に電気的に接続され、他端側がディスチャージリング１３に電気的に接続されており、翼長方向（翼軸線方向）に沿ってブレード３の翼型部３ｃに延在するように設けられている。金属箔１２としては、例えば銅箔が用いられる。金属箔１２の他の構成例として、メッシュ状の金属シート、例えば銅メッシュシートを用いてもよい。より具体的に、金属箔１２は、ブレード３のスパーキャップを保護する目的で、スパーキャップの外面を覆うように設けられてもよい。すなわち、ブレード３は、翼型部３ｃを形成するための外皮材と、外皮材の腹側及び背側の間に配置されるとともに翼長方向に延在するシアウェブ（桁材）と、シアウェブと外皮材の間に配置されるとともに翼長方向に延在するスパーキャップ（主強度材）とを含む。そして、スパーキャップが例えばＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）で構成される場合、金属箔１２はスパーキャップを覆う位置に設けられ、金属箔１２とスパーキャップとの間は絶縁される。さらに、スパーキャップが、ブレード３の腹側及び背側において、それぞれ、ブレード３の前縁側と後縁側に１本ずつ設けられる場合、図４に示すように、金属箔１２も前縁側と後縁側に１つずつ設けられ、よってブレード３の腹側及び背側にそれぞれ金属箔１２が２つずつ（計４つ）設けられる。
【００３７】
ディスチャージリング１３は、ブレード３の翼根部３ｂに設けられ、ブレードレセプタ１１からの雷電流をナセル８側のアース用電流経路１７に伝達するための電流伝達部として機能する。なお、ディスチャージリング１３の取付け位置は、ブレード３の翼根部３ｂに限定されるものではなく、何れの位置であってもよい。例えば、ディスチャージリング１３は、ハブ４の内部又は外側に取り付けられてもよいし、ブレード３の翼根部３ｂと翼先端部３ａとの間に取り付けられてもよい。一構成例において、ディスチャージリング１３は、金属箔１２の一端側に電気的に接続されているとともに、ナセル８側のアース用電流経路１７にも電気的に接続されている。ここで、ブレード３はハブ４に対してピッチ方向に回転する構成となっており、また、風車ロータ２はナセル８に対して回転軸Ｏを中心として回転する構成となっている。そのため、相対的に回転する関係にある２部材間（例えばブレードとナセルとの間）の電気的接続を常時維持するための構成が必要となる。その構成の一例について、図５を参照して以下に説明する。
【００３８】
図５は一実施形態におけるアース用電流経路の構成例を示す側面図である
上記ディスチャージリング１３には、第１導体１４が取り付けられている。第１導体１４は、ディスチャージリング１３から外方に突出するように設けられており、ディスチャージリング１３と共にピッチ方向に回転するようになっている。メインシャフト６（又はハブ４）には、絶縁体１５ａを介して第２導体１５が取り付けられている。第１導体１４は、第２導体１５に対して摺動可能に当接した状態に配置されており、ブレード３におけるピッチ方向の可動範囲内において、第１導体１４と第２導体１５との当接状態が常に維持されるようになっている。第２導体１５にはナセル８側に突出した放電部１６が取り付けられている。一方、ナセル８には受電部１８が設けられている。受電部１８は、雷電流が放電可能な程度のギャップを介して、放電部１６と対向して配置されている。さらに受電部１８は、風車ロータ２が回転した時の放電部１６の軌跡に対応して設けられている。
そして、ブレードレセプタ１１（図４参照）からの雷電流は、金属箔１２を通ってディスチャージリング１３に流入し、ディスチャージリング１３から第１導体１４、第２導体１５を通って放電部１６に流れる。この際、ブレード３がピッチ方向に回転した場合であっても、第１導体と第２導体は常に接触した状態であるため、ブレード３側の機器とハブ４側の機器の電気的な接続を維持できる。また、放電部１６へ流入した電流は、放電部１６から放電して受電部１８に伝達された後、ダウンコンダクタ１９を通って地中又は水中へアースされる。この際、風車ロータ２の回転に関わらず、放電部１６と受電部１８との間は常に一定のギャップが維持されるため、風車ロータ２側の機器とナセル８側の機器の電気的な接続を維持できる。
【００３９】
次に、スピナー耐雷システム２０について、詳細に説明する。
【００４０】
幾つかの実施形態において、スピナー耐雷システム２０は、スピナーレセプタ（第１レセプタ２１，第２レセプタ２２を含む）と、ケーブル２４，２５とを含む。
スピナーレセプタは、ハブ４から電気的に隔離されて配置される。これにより、スピナーレセプタからの雷電流がハブ４又は導電性部材に流れ込むことを阻止し、ハブ４やハブ４に電気的に繋がっている導電性部材を含むスピナー５内部の各種部品を雷撃から保護できる。また、スピナー耐雷システム２０は、複数のスピナーレセプタを有するレセプタセットを含んでいてもよい。
また、スピナーレセプタは、スピナー５における異なる場所に設置された複数のスピナーレセプタ、すなわち、少なくとも一つの第１レセプタ２１及び少なくとも一つの第２レセプタ２２を含んでいてもよい。これにより、ハブ周囲の広範囲にわたる領域を通過する雷をスピナーレセプタによって捕捉可能となり、風車ロータ２の耐雷性能をより一層向上させることができる。
さらに、第２レセプタ２２が、第１レセプタ２１よりも後方に設けられていてもよい。これにより、スピナーレセプタの耐雷機能が及ぶハブ４の外周（側方）領域を前後方向に拡張することができる。よって、ハブ４の周囲の広範囲にわたる領域を通過する雷をスピナーレセプタによって捕捉可能となり、風車ロータ２の耐雷性能をより一層向上させることができる。また、各第２レセプタ２２は、回転軸Ｏを中心とする周方向について離散的に設けられているので、第２レセプタ２２の小型化によって風車ロータ２の軽量化を図ることができる。
【００４１】
図２に示すように、スピナーレセプタ（第１レセプタ２１，第２レセプタ２２を含む）は、風車ロータ２の回転軸Ｏを含む平面Ｍに投影したときに、投影された第１レセプタ２１，第２レセプタ２２の少なくとも一部が、ブレード３の翼根部３ｂよりも前方に位置するように設けられる。すなわち、ブレード３の翼根部３ｂのうち最も前方に位置する点Ａを平面Ｍへ投影した点よりも、第１レセプタ２１，第２レセプタ２２を平面Ｍへ投影した点の方が、風車ロータ２の前後方向において前方に位置するように、第１レセプタ２１，第２レセプタ２２が設けられている。より具体的には、ブレード３の翼根部３ｂのうち最も前方に位置する点Ａから回転軸Ｏに下ろした垂線と、該回転軸Ｏとが交わる点を交点Ｂとし、第１レセプタ２１，第２レセプタ２２から回転軸Ｏに下ろした垂線と、該回転軸Ｏとが交わる点を交点Ｒ１，Ｒ２とする。その場合、第１レセプタ２１，第２レセプタ２２の交点Ｒ１，Ｒ２が、翼根部３ｂの前端の交点Ｂよりも前方に位置するように、第１レセプタ２１，第２レセプタ２２が設けられる。但し、図２では第１レセプタ２１，第２レセプタ２２の全てがブレード３の翼根部３ｂよりも前方に位置する場合を例示したが、第１レセプタ２１，第２レセプタ２２の少なくとも一部が翼根部３ｂよりも前方に位置すればよい。また、複数のスピナーレセプタが設けられる場合、少なくとも一つのスピナーレセプタが翼根部３ｂよりも前方に位置すればよく、他のスピナーレセプタは翼根部３ｂの前端よりも後方に設けられてもよい。
【００４２】
上記構成に加えて、図６Ａに示すように、スピナーレセプタ（第１レセプタ２１，第２レセプタ２２）は、風車ロータ２の回転面Ｎに投影したときに、投影された第１レセプタ２１，第２レセプタ２２の少なくとも一部が、隣接するブレード３の翼根部３ｂ間の角度範囲αに位置するように設けられる。すなわち、風車ロータ２の回転面Ｎにおいて、ブレード３の翼根部３ｂのうち隣接するブレード３に最も近い点と、風車ロータ２の回転軸Ｏとをそれぞれ結んだ線Ｅ，Ｆで形成される角度を角度範囲αとする。その場合、第１レセプタ２１，第２レセプタ２２の少なくとも一部が角度範囲αに位置するように、第１レセプタ２１，第２レセプタ２２が設けられる。但し、第２レセプタ２２については、図６Ａではレセプタ全体が角度範囲αに位置する場合を例示したが、スピナーレセプタ２２ａのようにレセプタの一部のみが角度範囲αに位置するように設けてもよい。また、第１レセプタ２１については、レセプタの一部が角度範囲αに位置する場合を例示したが、レセプタ全体が角度範囲αに位置するように設けてもよい。さらに、複数のスピナーレセプタが設けられる場合、少なくとも一つのスピナーレセプタの少なくとも一部が角度範囲αに位置すればよく、他のスピナーレセプタは角度範囲αから外れる位置に設けられてもよい。
【００４３】
上述の実施形態によれば、ブレード耐雷システム１０とは別にスピナー耐雷システム２０を有し、スピナー耐雷システム２０としてスピナーレセプタ（第１レセプタ２１，第２レセプタ２２を含む）を設けた構成としたので、ブレード耐雷システム１０等によって捕捉されなかった雷撃から風車ロータ２を保護することができる。すなわち、スピナーレセプタは、風車ロータ２の回転面Ｎに投影したときに、投影されたスピナーレセプタの少なくとも一部が、隣接するブレード３の翼根部３ｂ間の角度範囲αに位置するように設けられる。これにより、ブレード３間を通過した雷をスピナーレセプタによって捕捉することができる。また、スピナーレセプタは、風車ロータ２の回転軸Ｏを含む平面Ｍに投影したときに、投影されたスピナーレセプタの少なくとも一部が、ブレード３の翼根部３ｂよりも前方に位置するように設けられる。これにより、風車ロータ２の前方領域を通過する雷をスピナーレセプタで捕捉することができる。さらに、スピナー耐雷システム２０によって、スピナー５又はハブ４の内部に配置される電気機器を落雷から保護することができる。
【００４４】
さらに、スピナーレセプタ（第１レセプタ２１，第２レセプタ２２を含む）は、以下の構成を備えていてもよい。
【００４５】
図２及び図６Ａに示すように、スピナーレセプタは、ハブ４、及び、スピナー５の内部に配置されてハブ４に電気的に繋がっている導電性部材（例えば支持構造体８０）よりも前方領域７０において、スピナー５の外周面上に設けられた第１レセプタ２１を含む。図２では、ハブ４に電気的に繋がっている導電性部材として支持構造体８０を例示している。ハブ４及び支持構造体８０のうち最も前方に位置する点から回転軸Ｏに下ろした垂線と、該回転軸Ｏとが交わる点を交点Ｃとする。その場合、第１レセプタ２１は、交点Ｃよりも前方に設けられている。なお、ハブ４及び該ハブ４に電気的に繋がっている導電性部材のうち最も前方に位置するのがハブ４である場合、第１レセプタ２１はハブ４の最前端よりも前方に位置するように設けられる。
このように、第１レセプタ２１は、ハブ４に電気的に繋がっている導電性部材よりも前方においてスピナー５の外周面上に設けられているので、風車ロータ２の前方領域７０を通過する雷が導電性部材へ直撃することを阻止できる。これにより、ハブ４や該ハブ４に電気的に繋がっている導電性部材を含むスピナー５内部の各種部品を雷撃から保護できる。また、スピナー５の内部に配置される部品だけでなく、他の場所に設置される風車１の各種部品（例えば、風車ロータ２のハブ４に連結された風車１のメインシャフト６の主軸受等）へのハブ４を介した雷電流の流入を阻止できる。
【００４６】
図２及び図６Ａに示すように、スピナーレセプタは、ハブ４、及び、スピナー５の内部に配置されてハブ４に電気的に繋がっている導電性部材（例えば支持構造体８０）の周りの側方領域７２において、スピナー５の外周面上に設けられた第２レセプタ２２を含む。第２レセプタ２２は、第１レセプタ２１よりも後方に設けられる。すなわち、第２レセプタ２２の回転軸Ｏ方向の中心点が、第１レセプタ２１の回転軸Ｏ方向の中心点よりも後方に位置するように、各レセプタ２１，２２が設けられる。一構成例として、図２に示す第２レセプタ２２は、交点Ｃよりも後方で且つ交点Ｂよりも前方に配置されている。なお、ハブ４及び該ハブ４に電気的に繋がっている導電性部材のうち最も前方に位置するのがハブ４である場合、第２レセプタ２２はハブ４の最前端よりも後方に位置するように設けられている。
第２レセプタ２２は、ハブ４に電気的に繋がっている導電性部材の周りにおいてスピナー５の外周面上に設けられているので、ハブ４の外周（側方）領域を通過する雷が導電性部材へ直撃することを阻止できる。これにより、ハブ４やハブ４に電気的に繋がっている導電性部材を含むスピナー５内部の各種部品を雷撃から保護できる。また、スピナー５の内部に配置される部品だけでなく、他の場所に設置される風車１の各種部品（例えば、風車ロータ２のハブ４に連結された風車１のメインシャフトの６主軸受等）へのハブ４を介した雷電流の流入を阻止できる。
【００４７】
図６Ａに示す構成例では、第１レセプタ２１は、回転軸Ｏを中心とする円環形状となっている。第２レセプタ２２は複数設けられている。そして、複数の第２レセプタ２２は、回転軸Ｏを中心とする周方向について離散的に３つ設けられている。さらに、複数の第２レセプタ２２の各々は、風車ロータ２の回転面Ｎに投影したときに、投影された第２レセプタ２２が、隣接するブレード３の翼根部３ｂ間の角度範囲αに位置するように配置される。ここで、風車ロータ２のうちブレード３近傍を通過する雷は、ブレード耐雷システム１０によって捕捉される可能性が高いが、隣接するブレード３の翼根部３ｂ間の角度範囲αを通過する雷は、ブレード耐雷システム１０で捕捉されずにスピナー５まで到達する可能性がある。そこで、上記構成例のように、第２レセプタ２２の投影位置が、隣接するブレード３の翼根部３ｂ間の角度範囲αに位置するように各第２レセプタ２２を配置すれば、ブレード耐雷システム１０で捕捉されない雷を第２レセプタ２２によって効果的に捕捉することが可能となる。また、各第２レセプタ２２は、回転軸Ｏを中心とする周方向について離散的に設けられているので、第２レセプタ２２の小型化によって風車ロータ２の軽量化を図ることができる。さらに、スピナー５が湾曲形状を有しており、隣り合う２つのブレード貫通穴５１，５１の間に凸部５６が設けられている場合、凸部５６の前方の傾斜に沿うように第２レセプタ２２を取り付けてもよい。このように、第２レセプタ２２を凸部５６の前方の傾斜に取り付けることで、スピナー５の湾曲形状に合わせて第２レセプタ２２を大きく湾曲させる必要がなくなり、平板状の第２レセプタ２２を用いることもできる。
【００４８】
図６Ｂに示す構成例では、第１レセプタ２１は、回転軸Ｏを中心とする円環形状であり、第２レセプタ２２も同様に回転軸Ｏを中心とする円環形状であり、第１レセプタ２１及び第２レセプタ２２が、同心二重円環を構成している。なお、第１レセプタ２１は、回転軸Ｏを中心とした円弧形状であってもよい。これにより、風車ロータ２の前方の広範囲にわたる領域を通過する雷を第１レセプタ２１によって捕捉可能となり、風車ロータ２の幅広い停止位置の範囲にて、第１レセプタ２１による耐雷機能を実現できる。
【００４９】
図６Ｃに示す構成例では、第１レセプタ２１’は、回転軸Ｏを中心とする円形状（円盤形状）となっている。第２レセプタ２２”は、回転軸Ｏを中心とする周方向について離散的に６つ設けられている。第２レセプタ２２”の配置構成としては、隣り合う翼根部３ｂの間にそれぞれ３つの第２レセプタ２２”が設けられるとともに、各翼根部３ｂに近接した位置にそれぞれ３つの第２レセプタ２２”が設けられている。
このように、第１レセプタ２１，２１’及び第２レセプタ２２，２２’，２２”の配置構成について、上述した条件を満たしていれば、その形状や数、位置については特に限定されない。
【００５０】
一実施形態において、スピナーレセプタは、スピナー５の外周面に露出するようにスピナー５に埋め込まれている。また、スピナーレセプタの外周面と、スピナー５の外周面との段差を小さくし、スピナーレセプタの外周面及びスピナー５の外周面の間が滑らかに連続するように構成されてもよい。
このように、スピナーレセプタがスピナー５に埋め込まれた構成とすることにより、スピナー５からスピナーレセプタが大きく外方へ突出することを防止でき、スピナーレセプタに起因した空力損失を低減できる。
【００５１】
また、一実施形態において、スピナーレセプタは、スピナー５の内部に配置された導電性部材（例えば支持構造体８０）から電気的に隔絶されるように配置されている。これは、上述したように、スピナーレセプタと導電性部材とを離間して配置し、これらの間が絶縁に足る十分な距離を有するようにしてもよいし、スピナーレセプタと導電性部材との間に絶縁体を介在させてもよい。
これにより、スピナーレセプタからの雷電流が導電性部材に流れ込むことを阻止し、スピナー５の内部に配置された導電性部材を雷撃から保護できる。
【００５２】
さらに、一実施形態において、スピナーレセプタは、反射防止用被覆層を含むステンレス材料で形成されている。
これにより、厳しい環境下においてもステンレス材料によってスピナーレセプタの耐腐食性を高く維持できるとともに、反射防止用被覆層によって太陽光の反射を抑制し、スピナーレセプタによる航空機への反射の影響を低減できる。反射防止用被覆層としては、例えばつや消し等が用いられる。この反射防止用被覆層は、更に耐腐食性を有していてもよい。
【００５３】
さらにまた、他の実施形態において、スピナーレセプタは、少なくとも一部が耐腐食性被覆層によって覆われた銅材料で形成されている。
これにより、耐腐食性を有するとともに、導電性が高く耐雷性能に優れたスピナーレセプタを提供できる。
【００５４】
次に、図７及び図８を参照して、上記スピナーレセプタ（第１レセプタ２１，第２レセプタ２２を含む）を含むレセプタセットと、アース用電流経路１７とを電気的に接続するための構成について詳細に説明する。なお、図７は一実施形態におけるスピナー耐雷システムの全体構成を示す斜視図で、図８は一実施形態におけるスピナー耐雷システムの設置例を示す図で、図７のＧ−Ｇ線断面図である。
【００５５】
幾つかの実施形態におけるスピナー耐雷システム２０は、互いに電気的に接続された複数のスピナーレセプタ（第１レセプタ２１，第２レセプタ２２を含む）を含むレセプタセットと、風車ロータ２におけるアース用電流経路１７にレセプタセットを接続するための少なくとも一本のメインケーブル２４とを有する。一構成例として、図７及び図８に示すスピナー耐雷システム２０は、１つの円環状の第１レセプタ２１と、３つの矩形状の第２レセプタ２２と、各第２レセプタ２２とディスチャージリング１３とを電気的に接続するための３本のメインケーブル２４と、各第２レセプタ２２と第１レセプタ２１とを電気的に接続するための３本のサブケーブル２５とを含んでいる。メインケーブル２４及びサブケーブル２５は、ハブ４又はハブ４に電気的に接続される導電性部材（例えば支持構造体８０（図２参照））から離間して配置されてもよい。これにより、スピナー５の内部に配置された導電性部材を雷撃から保護できる。特に、サブケーブル２５を導電性部材から十分に離して配置すれば、サブケーブル２５から導電性部材への短絡を防止できる。そして、第１レセプタ２１及び第２レセプタ２２を含むレセプタセットは、ディスチャージリング１３を介してアース用電流経路１７に接続された構成となっている  
【００５６】
このように、複数のスピナーレセプタを電気的に接続することによって、アース用電流経路１７までのメインケーブル２４を各々のスピナーレセプタに対して個別に設ける必要がなくなり、メインケーブル２４及びその付帯機器を共通化できる。但し、メインケーブル２４の本数は一本に限定されず、容電流が比較的小さな許容電流のケーブルを使用可能としたり、スピナー耐雷システム２０の信頼性向上のためにケーブルを冗長化したりする目的で、メインケーブル２４を複数設けてもよい。
また、スピナー耐雷システム２０のスピナーレセプタは、ブレード耐雷システム１０のディスチャージリング（電流伝達部）１３にメインケーブル２４及びサブケーブル２５で接続された構成となっている。これにより、ブレード耐雷システム１０のディスチャージリング１３を介して、スピナーレセプタからの雷電流をナセル８側のアース用電流経路１７に逃がすことができる。よって、スピナーレセプタへの着雷時、雷電流による損傷の防止が必要とされる各種機器を保護することができる。さらに、メインケーブル２４及びサブケーブル２５を導電性部材から離間して配置することにより、スピナー５の内部に配置された導電性部材を雷撃から保護できる。特に、メインケーブル２４及びサブケーブル２５を導電性部材から十分に離して配置すれば、これらのケーブルから導電性部材への短絡を防止できる。
【００５７】
さらにまた、ブレード耐雷システム１０のディスチャージリング１３を介して、ブレードレセプタ１１とスピナーレセプタの両方をナセル８側のアース用電流経路１７に接続しているため、雷電流を逃がすためのナセル８側におけるアース用電流経路１７をブレード耐雷システム１０およびスピナー耐雷システム２０とで共用できる。よって、風車ロータ２における耐雷システムの装置構成を簡素化することができ、また部品点数を低減できることから風車ロータ２の軽量化も図れる。
さらにまた、複数のスピナーレセプタのうち２個以上のレセプタを複数本のメインケーブル２４によってそれぞれディスチャージリング１３に接続するとともに、第１レセプタ２１及び第２レセプタ２２を互いにサブケーブル２５によって電気的に接続することで、スピナーレセプタからディスチャージリング１３までの間において雷電流を複数本のメインケーブル２４に分散して流すことができる。また、複数のスピナーレセプタを互いにサブケーブル２５によって電気的に接続したので、２個以上のスピナーレセプタの各々に対して１本のメインケーブル２４を設ければ足り、各スピナーレセプタを個々にディスチャージリング１３に接続する場合に比べてメインケーブル２４の本数を削減できる。
【００５８】
一実施形態では、図７に示すように第１レセプタ２１は、回転軸Ｏを中心とする周方向について連続した形状を有しており、第２レセプタ２２は、第１レセプタ２１よりも後方において回転軸Ｏを中心とする周方向について離散的に３つ設けられている。これら３つの第２レセプタ２２は、それぞれ、メインケーブル２４によってディスチャージリング１３に電気的に接続されている。よって、ディスチャージリング１３を介して、第２レセプタ２２はナセル８側のアース用電流経路１７に電気的に接続されることとなる。また、３つの第２レセプタ２２は、サブケーブル２５によって第１レセプタ２１に電気的に接続されている。そのため、第１レセプタ２１を中心として３つの第２レセプタ２２がサブケーブル２５によって略放射状に接続された状態となっている。ここで、各第２レセプタ２２は、メインケーブル２４によって、風車ロータ２におけるアース用電流経路１７に接続されているので、いずれかのレセプタ２１，２２が着雷した場合、雷電流は３本のメインケーブル２４に分散して流れることになる。そのため、メインケーブル２４に流れる最大電流を抑えることができ、メインケーブル２４が１本の場合に比べて許容電流値の低いケーブルを使用することも可能となる。
【００５９】
このように、相互に電気的に接続された複数の第２レセプタ２２のそれぞれに対し、メインケーブル２４が設けられているので、何れか一つの第２レセプタ２２に着雷した場合において、該第２レセプタ２２からの雷電流は、該第２レセプタ２２のためのメインケーブル２４だけでなく、他の第２レセプタ２２のためのメインケーブル２４にも流れ込み、雷電流が分散される。すなわち、各第２レセプタ２２に対して複数本のメインケーブル２４を設けるのではなく、何れか一つの第２レセプタ２２への着雷時、着雷対象ではない他の第２レセプタ２２のためのメインケーブル２４を利用することで、各メインケーブル２４を流れる最大雷電流を低減することができる
【００６０】
一実施形態において、メインケーブル２４又はサブケーブル２５は、許容電流が少なくとも２００ｋＡのケーブルであってもよい。これにより、メインケーブル２４又はサブケーブル２５が損傷することなく、典型的な環境下で想定される最大の雷電流をアース用電流経路に導くことができる。ここで、最大の雷電流とは、例えばＩＥＣ６１４００−２４のガイドラインによる「雷保護レベル（ＬＰＬ）」のうち最も高いレベルＩで規定されるピーク電流の最大値とする。
他の実施形態において、スピナー耐雷システム２０がｎ本のメインケーブル２４を含み、メインケーブル２４又はサブケーブル２５は、許容電流が少なくとも（２００／ｎ）ｋＡのケーブルであってもよい。例えば、図７に示すように、一つの連続した第１レセプタ２１に対してサブケーブル２５によって放射状に３つの第２レセプタ２２が電気的に接続されており、且つ、各第２レセプタ２２がメインケーブル２４によってディスチャージリング１３にそれぞれ電気的に接続されている場合、メインケーブル２４又はサブケーブル２５として、許容電流が少なくとも（２００／３）ｋＡのケーブルを用いる。この構成によれば、何れか一つのレセプタ（第１レセプタ２１又は第２レセプタ２２）に着雷した場合において、該レセプタからの雷電流は、ｎ本（例えば３本）のメインケーブル２４に分散される。これにより、各メインケーブル２４を流れる最大雷電流を低減することができる。
【００６１】
また、図３で既に説明したように風車ロータ２のスピナー５が分割構造を有する場合、図８に示すように、メインケーブル２４の少なくとも一部又はサブケーブル２５の少なくとも一部が、各セクション５４，５５同士を接合するための接合部に沿って延在するように各ケーブル２４，２５を配設してもよい。一構成例において、スピナー５の前方セクション５４及び複数の側方セクション５５は、それぞれ、他のセクションと接合する側の端縁にフランジ５７，５８を有している。そして、隣り合う２つのセクションのフランジ５７，５８がボルト６０，６２によって互いに接合されるようになっている。こうして形成されたスピナー５において、前方セクション５４と複数の側方セクション５５とを接合するためのフランジ５８が、回転軸Ｏに対して垂直な面上に存在し、２つの側方セクション５５を接合するためのフランジ５７が風車ロータ２の前後方向に沿って存在している。そこで、このフランジ５７，５８に沿って、メインケーブル２４の少なくとも一部又はサブケーブル２５の少なくとも一部を配設する。例えば図８では、第１レセプタ２１と第２レセプタ２２とを接続するためのサブケーブル２５の一部をフランジ５８に沿って配設している。また、第２レセプタ２２とディスチャージリング１３とを接続するためのメインケーブル２４の一部をフランジ５７に沿って配設している。
【００６２】
また、図９及び図１０に示すように、スピナー５の各セクション５４，５５同士を接続するためのボルト６０を用いて、メインケーブル２４又はサブケーブル２５の少なくとも一方をスピナー５に固定してもよい。
【００６３】
図９は一実施形態における第２レセプタ及び各ケーブルの取り付け状態を示す斜視図である。
一実施形態において、図９に示す第２レセプタ２２は、複数のボルト６０によって、スピナー５のフランジ５７（図８参照）に取り付けられるようになっている。このとき、少なくとも一つのボルト６０によって、第２レセプタ２２と共に固定ジグ６４がフランジ５７に取り付けられる。この固定ジグ６４は、導体で形成されており、メインケーブル２４又はサブケーブル２５を固定するための構成を有している。ここで、メインケーブル２４は、ケーブル導体２４ａを絶縁被覆層２４ｂで被覆した構成を有する。このメインケーブル２４の端部においてケーブル導体２４ａを露出させ、ケーブル導体２４ａを固定ジグ６４に当接させた状態でボルト６０によってメインケーブル２４を固定ジグ６４に固定する。これにより、メインケーブル２４と第２レセプタ２２とは固定ジグ６４を介して電気的に接続された状態となる。同様に、サブケーブル２５は、ケーブル導体２５ａを絶縁被覆層２５ｂで被覆した構成を有する。このサブケーブル２５の端部において露出させたケーブル導体２５ａを固定ジグ６４に当接させた状態で、ボルト６０によってサブケーブル２５を固定ジグ６４に固定する。これにより、サブケーブル２５と第２レセプタ２２とは固定ジグ６４を介して電気的に接続された状態となる。
【００６４】
また、一実施形態において、図９に示す第２レセプタ２２は、第１方向のサイズＬ１が前記第１方向に直交する第２方向のサイズＬ２よりも大きい形状を有している。そして、第２レセプタ２２は、第１方向が前後方向に沿うようにスピナー５の外周面上に設けられる。
これにより、第２レセプタ２２の耐雷機能が及ぶハブ４の外周（側方）領域を前後方向に拡張することができる。よって、ハブ４の側方領域７２（図２参照）の広範囲にわたる領域を通過する雷を第２レセプタ２２によって捕捉可能となり、風車ロータ２の耐雷性能をより一層向上させることができる。
【００６５】
図１０は一実施形態におけるケーブルの取り付け状態を示す斜視図である。
同図に示すように、一実施形態において、スピナー５のフランジ５７を接合するためのボルト６０によって、固定ジグ６６がスピナー５に取り付けられる。この固定ジグ６６は、メインケーブル２４又はサブケーブル２５を固定するように構成されている。図９に示す例とは異なり、この固定ジグ６６とメインケーブル２４又はサブケーブル２５とは電気的な接続を有しない。すなわち、固定ジグ６６は、メインケーブル２４の絶縁被覆層２４ｂ又はサブケーブル２５の絶縁被覆層２５ｂの上からメインケーブル２４又はサブケーブル２５を固定するようになっている。
【００６６】
通常、スピナー５を分割構造とする場合、接合強度を確保するために、各セクション５４，５５の接合部（例えばフランジ５７，５８）は他の部位よりも高剛性に形成されることが多い。そのため、メインケーブル２４の少なくとも一部又はサブケーブル２５の少なくとも一部を接合部に沿って延在させることによって、これらのケーブル２４，２５をスピナー５に固定するためのボルト等の固定部材を取り付けてもスピナー５の強度低下を防止できる。また、図８に示すように接合部がフランジ５７，５８である場合、フランジ５７，５８の壁面（スピナー５の内壁面から立設された壁）にケーブル２４，２５を固定すれば、スピナー本体５０を貫通する孔をあけずにボルト６０，６２にて固定できる。また、固定ジグ６４，６４を用いれば、スピナー５の各セクション５４，５５同士を接続するためのボルト６０，６２を利用してメインケーブル２４又はサブケーブル２５をスピナー５に固定することもできる。
【００６７】
図１１は一実施形態におけるケーブルとディスチャージリングの取り付け状態を示す斜視図である。
同図に示すように、風車ロータ２は、ブレード３の翼根部３ｂをハブ４に取り付けるためのピッチベアリング３０を含んでいてもよい。例えば、ピッチベアリング３０は、ハブ４に固定される外輪３１と、ブレード３に固定される内輪３２と、外輪３１と内輪３２の間に挟持された転動体３３とを含む。そして、ピッチベアリング３０は、不図示の駆動モータによって、ハブ４に対してブレード３をピッチ方向に回動させるように構成されている。
【００６８】
一実施形態において、風車ロータ２は、メインケーブル２４を支持するための導電性のサポート４１を含んでいる。サポート４１は、スピナー５の内部に配置された導電性部材及びハブ４から電気的に隔絶されるように配置される。そして、メインケーブル２４の端部はサポート４１を介してディスチャージリング１３に電気的に接続されている。例えば、サポート４１にはメインケーブル２４の端部が固定されており、サポート４１及びメインケーブル２４は電気的に接続された状態となっている。このサポート４１はボルト４５によって支持板４２に取付けられている。さらにこの支持板４２は、外輪３１に固定された取付け用ジグ４３に対してボルト４６で取り付けられている。これにより、サポート４１及びメインケーブル２４は、外輪３１すなわちハブ４側に固定される。ここで、ブレード３はハブ４に対してピッチ方向に回転可能に取り付けられているため、ハブ４側に取り付けられたサポート４１及びメインケーブル２４と、回動可能に構成されたブレード３に取り付けられたディスチャージリング１３とが、常時、電気的接続を維持可能な構成が必要となる。そこで、本実施形態では、ディスチャージリング１３の外周面をサポート４１が摺動可能であるとともに、ディスチャージリング１３とサポート４１の摺動面においてもこれらの電気的な接続が維持されるようになっている。
このように、メインケーブル２４を支持するためのサポート４１が導電性を有しており、メインケーブル２４とディスチャージリング１３とを電気的に接続する機能をサポート４１が兼ねるようにしたので、部品点数の削減が可能で、また設置作業の容易化が図れる。このサポート４１は、スピナー５の内部に配置された導電性部材及びハブ４から電気的に隔絶されるように配置されているので、スピナー５内部の導電性部材、あるいはハブ４やハブ４に電気的に繋がっている導電性部材を雷撃から保護できる。なお、サポート４１は図７に示す構成に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。例えば、メインケーブル２４が接続されたサポート４１をディスチャージリング１３側に固定し、可撓性を有するメインケーブル２４を撓ませることによってブレード３のピッチ方向への回動に対応する構成としてもよい。
【００６９】
一実施形態において、ピッチベアリング３０とディスチャージリング１３との間の距離Ｌ３が、メインケーブル２４とディスチャージリング１３との間の距離Ｌ４より大きい。なお、ピッチベアリング３０とディスチャージリング１３との間の距離Ｌ３とは、ピッチベアリング３０とディスチャージリング１３との間の最も近い距離をいう。また、メインケーブル２４とディスチャージリング１３との間の距離Ｌ４とは、メインケーブル２４とサポート４１の接続点と、ディスチャージリング１３との間の最も近い距離であってもよい。
このような配置構成とすることにより、メインケーブル２４が短絡した場合であっても、ピッチベアリング３０よりも近い距離に位置するディスチャージリング１３に短絡電流が流れるため、ピッチベアリング３０を保護することができる。
【００７０】
一実施形態において、ピッチベアリング３０とディスチャージリング１３との間の距離は、０．３ｍ以上としてもよい。
また、他の実施形態において、ピッチベアリング３０とメインケーブル２４との間の距離は、０．３ｍ以上としてもよい。
【００７１】
以上説明したように、上述の実施形態によれば、ブレード耐雷システム１０とは別にスピナー耐雷システム２０を有し、スピナー耐雷システム２０としてスピナー５にスピナーレセプタ（第１レセプタ２１，第２レセプタ２２を含む）を設けた構成としたので、ブレード耐雷システム１０等によって捕捉されなかった雷撃から風車ロータ２を保護することができる。また、スピナー耐雷システム２０によって、スピナー５又はハブ４の内部に配置される電気機器を落雷から保護することができる。
また、スピナーレセプタはディスチャージリング１３にケーブル２４，２５で電気的に接続された構成となっているので、スピナーレセプタへの着雷時、雷電流による損傷の防止が必要とされる各種機器を保護することができる。
さらに、ディスチャージリング１３を介して、ブレードレセプタ１１とスピナーレセプタの両方をナセル８側のアース用電流経路１７に電気的に接続した構成となっているので、風車ロータ２における耐雷システムの装置構成を簡素化することができ、また部品点数を低減できることから風車ロータ２の軽量化も図れる。
【００７２】
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。
【符号の説明】
【００７３】
１              風車
２              風車ロータ
３              ブレード
４              ハブ
５              スピナー
６              メインシャフト
７              発電機
８              ナセル
９              タワー
１０            ブレード耐雷システム
１１            ブレードレセプタ
１２            金属箔
１３            電流伝達部（ディスチャージリング）
１４            第１導体
１５            第２導体
１６            放電部
１７            アース用電流経路
１８            受電部
１９            ダウンコンダクタ
２０            スピナー耐雷システム
２１，２１’    第１レセプタ
２２，２２’，２２”，２２ａ      第２レセプタ
２４            メインケーブル
２５            サブケーブル
３０            ピッチベアリング
５０            スピナー本体
５１            ブレード貫通穴
５２            前方分割線
５３            側方分割線
５４            前方セクション
５５            側方セクション
５６            凸部
５７，５８      フランジ
６０，６２      ボルト
６４，６６      固定ジグ
８０            支持構造体
７０            前方領域
７２            側方領域
Ｍ              風車ロータの回転軸を含む平面
Ｎ              風車ロータの回転面
Ｏ              回転軸
【図１】
2015127512.tif 000003
【図２】
2015127512.tif 000004
【図３】
2015127512.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015127512.tif 000007
【図６Ａ】
2015127512.tif 000008
【図６Ｂ】
2015127512.tif 000009
【図６Ｃ】
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【図７】
2015127512.tif 000011
【図８】
2015127512.tif 000012
【図９】
2015127512.tif 000013
【図１０】
2015127512.tif 000014
【図１１】
2015127512.tif 000015