(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端領域、根端領域、先端、及び、雷保護システムを備える風車翼であって、
前記先端は前記先端領域に配置されており、前記雷保護システムは少なくとも一つの金属箔を備え、
前記金属箔の第１端は前記風車翼の前記先端領域に配置され、
前記金属箔は前記第１端から前記風車翼の前記根端領域に向かって延在し、
雷撃レセプタとして、及び、ダウンコンダクタとして前記金属箔が機能するように、前記金属箔は前記翼の外表面の近傍に設けられ、
前記雷保護システムは更に第１の金属雷レセプタを備え、
前記第１の金属雷レセプタは、前記金属箔の前記第１端と前記風車翼の前記先端との間に配置され、
前記第１の金属雷レセプタは、前記金属箔に電気的に直接接触しており、
前記第１の金属雷レセプタは、前記風車翼の前記外表面の近傍に設けられており、
前記金属箔と前記第１の金属雷レセプタとの重なりセクションが形成されるように、前記第１の金属雷レセプタの一部が前記金属箔に重なって設けられることを特徴とする風車翼。
【請求項２】
前記第１の金属雷レセプタは平坦な形状又は棒状の形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項３】
前記第１の金属雷レセプタは金属プレートを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４】
前記第１の金属雷レセプタは前記風車翼の前記先端に向かって先細りになっていることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項５】
前記第１の金属雷レセプタは、前記先端領域において前記風車翼の表面全体に亘って延在していることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項６】
前記第１の金属雷レセプタは中実の金属部材を含むことを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項７】
前記第１の金属雷レセプタは、前記金属箔の前記第１端から前記風車翼の先端に向かって連続的に延在していることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項８】
前記風車翼の翼長方向に沿って延在するスパーキャップをさらに備え、
前記金属箔は、径方向において前記スパーキャップの背後に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項９】
前記第１の金属雷レセプタ及び前記金属箔は、前記重なりセクションにおいて２つの金属プレートの間にクランプされていることを特徴とする請求項８に記載の風車翼。
【請求項１０】
前記第１の金属雷レセプタ及び前記金属箔は、クランプ、かしめ或いは結合剤によって接続されていることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項１１】
前記雷保護システムは少なくとも一つのディスクレセプタを備え、
前記ディスクレセプタは前記金属箔の前記第１端の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項１２】
前記第１の金属雷レセプタは銅を含むことを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項１３】
前記第１の金属雷レセプタは、前記風車翼の径方向外側において薄い保護層でのみ覆われていることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項１４】
前記雷保護システムは第２の金属雷レセプタを備え、
前記第２の金属雷レセプタは前記風車翼の前記先端に配置され、
前記第２の金属雷レセプタは前記第１の金属雷レセプタに電気的に直接接続されていることを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
【請求項１５】
前記第２の金属雷レセプタはロッドレセプタを備えることを特徴とする請求項１４に記載の風車翼。
【請求項１６】
前記ロッドレセプタはベースプレートを備え、
前記ベースプレートは前記風車翼の内側に配置され、
少なくとも一つのディスクレセプタが前記ベースプレートに取り付けられていることを特徴とする請求項１５に記載の風車翼。
【請求項１７】
前記第２の金属雷レセプタは中実の金属翼端を備えることを特徴とする請求項１４に記載の風車翼。
【請求項１８】
前記中実の金属翼端は、前記第１の金属雷レセプタに接続するための接続手段を備えることを特徴とする請求項１７に記載の風車翼。
【請求項１９】
前記第１の金属雷レセプタは、クランプ、かしめ或いは結合剤によって前記第２の金属雷レセプタに接続されていることを特徴とする請求１４に記載の風車翼。
【請求項２０】
前記第２の金属雷レセプタは銅を含むことを特徴とする請求項１４に記載の風車翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雷保護システムを備える風車翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車は、その構造、高さ及び所在地のため、雷撃に頻繁に曝される。特に、弱導電性材からなり地表から最も離れた地点を示す風車のコンポーネントとしての風車翼は、雷撃を受けるリスクが最も高い。風車翼への雷撃の際には、非常に大きな電流が風車を通って伝搬し、特に風車翼に関して、重大で非常に犠牲の大きい損傷を引き起こす。
【０００３】
上記理由のために、風車には、信頼性が高く且つ高パフォーマンスな雷保護システムとしての保護手段が必要とされている。一般的に、従来のシステムでは、雷保護システムは翼の表面に配置されたいくつかの点状（point-like）の雷レセプタと、翼根への引き下げ導電システム（ダウンコンダクタシステム；down conducting system）とを備えている。該引き下げ導電システムは通常、引き下げ導電ケーブル（ダウンコンダクタケーブル；down conducting cables）の形状を有している。
【０００４】
ＥＰ２１２２１６２Ａ２は、金属メッシュの形状を有する引き下げ導電システムと、非常に小さなレセプタと、翼内に張り巡らされた電気導体とを備えた風車翼用の雷保護システムを開示している。この電気導体は、レセプタが電気的に絶縁されるように、金属メッシュとレセプタとを分離することを目的としている。
【０００５】
上述の従来技術では、比較的小さなレセプタを風車に設け、金属メッシュの形状のいくつかの引き下げ導体に電流を拡散させることが知られている。しかし、雷はこの比較的小さなレセプタ領域に落ちない可能性がある。また、雷保護システムのコンポーネントは、導体の広くて良好な導電性を有する導電断面（conductive cross section）を提供しない。そのため、上述の雷保護システムは、十分な安全性や信頼性のある雷保護を保証するものではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、雷保護システムを有する改善された風車翼を提供することである。本発明の更なる目的は、改善された保護及び向上された導電性を提供する雷保護システムを備えた風車翼を提供することである。本発明の他の目的は、雷保護システムのレセプタに落ちない雷撃の発生を減少させることである。
【０００７】
本発明によれば、風車翼は先端、先端領域及び根端領域を有している。前記先端は、翼が典型的に取り付けられるナセルのハブから翼の最も離れた箇所である。したがって、根端領域は翼の反対側の領域であるのに対し、先端領域は翼の全長に比べて寸法が小さな翼の先端における領域である。
【０００８】
翼が雷撃によって損傷することを防ぐために、風車翼は少なくとも一つの金属箔を備える雷保護システムを有する。この雷保護システムでは、金属箔の第１端が風車翼の先端領域に配置され、該金属箔は第１端から風車翼の根端領域に向かって延在している。
【０００９】
「金属箔」との用語は、その厚さが長手方向及び横方向の寸法に比べて十分小さな金属片を意味する。本発明に係る金属箔は、一つの一体的な金属片から構成されている。
【００１０】
本発明によれば、金属箔は翼の先端領域に配置された第１端を有する。金属箔はこの第１端から翼の根端に向かって延在している。金属箔は第１端から翼の根端まで全体に亘って延在していてもよいし、翼長の一部のみに延在していてもよい。好ましくは、金属箔は更に、根端領域において雷保護システムの引き下げ導電システムに接続される。このような金属箔の配置によって、金属箔はダウンコンダクタ（引き下げ導電体；down conductor）として機能することができる。
【００１１】
加えて、金属箔は翼の外表面の近傍、好ましくは直近に配置されることで、雷撃のレセプタとして直接的に機能することができる。特に、金属箔は翼壁の厚さに対して翼壁の径方向外側１０％に配置されることが好ましい。
【００１２】
本発明によれば、雷保護システムは更に、金属箔の第１端と翼の先端との間に配置された第１の金属雷レセプタを備える。第１の金属雷レセプタは、金属箔の第１端と翼の先端との間のどこかに設けられていればよい。これには、第１の金属雷レセプタが特定距離の一端にのみ（例えば翼の先端）に設けられる場合も含まれる。第１の金属雷レセプタが金属箔の第１端と翼の先端との間に部分的にしか設けられておらず、第１の金属雷レセプタの他の部分が前記特定距離の外側に設けられている場合にも、第１の金属雷レセプタが金属箔の第１端と翼の先端との間に設けられているとみなされる。
【００１３】
更に、第１の金属雷レセプタは金属箔に電気的に直接接続されている。このような電気的な直接接続は、金属箔の第１端のみと第１の金属雷レセプタの端部との接合配置によって達成できる。接触領域をより大きく設けるために、第１の金属雷レセプタ及び金属箔は重なっていることが好ましい。翼は複数の箔を備えることが好ましい。この場合、たとえ他の金属箔が第１の金属雷レセプタ及び金属箔間に配置されているとしても、第１の金属雷レセプタは金属箔に電気的に直接接触しているとみなされる。
【００１４】
第１の金属雷レセプタは翼の外表面の近傍、好ましくは直近に配置されることで、第１の金属雷レセプタは雷レセプタとして直接的に機能することができる。特に、第１の金属雷レセプタは、翼壁の厚さに対して翼の径方向外側１０％に位置すると好ましい。
【００１５】
本発明によれば、大きなレセプタ領域を設けることによって、風車翼に結果的に損傷を与えることなく、高確率で雷撃を捕捉可能な雷保護システムを提供することができる。本発明では、雷保護システムのレセプタ機能の向上に加えて、引き下げ導電特性（ダウンコンダクタ特性；down conducting properties）も改善できる。
【００１６】
好ましい態様では、金属箔は複数の開口（特に、同じ開口サイズを有する開口）を備えている。金属箔に雷撃が落ちるのではなく、開口を介して翼に雷撃が落ちる可能性が排除されるように、開口のサイズは十分に小さいことが好ましい。細かいネット構造を有する箔を使用できるように、開口のサイズは０．５ｍｍ〜３ｍｍの間であると好ましく、特に１ｍｍ〜２ｍｍの間であると好ましい。開口のサイズは、２つの対向する開口の辺の間で取り得る最大距離として規定される。特に好ましい態様では、開口のサイズは１０ｍｍ未満であり、好ましくは５ｍｍ未満であるとよく、更に好ましくは２ｍｍ未満であるとよい。
【００１７】
更に好ましくは、開口は金属箔のネット構造が規定されるように、金属箔内に配列されているとよい。そのため、金属箔は２つの選択方向（preferential direction）に延びる連続的な金属箔から形成されたウェブ（webs）を備えている。従来技術として知られている雷保護メッシュとは対照的に、金属箔はメッシュワークを形成するために織り込まれた別々の導電体から構成されていない。好ましくは、開口はこのように設けられることによって、金属箔の均一なネット構造が形成されるように、開口が配置される。
【００１８】
更なる態様では、金属箔のネット構造は、翼の長手方向に対して斜めに配向される。この「斜め」との用語は、ネット構造の両方の選択方向の翼の長手方向に対する角度が０°〜９０°の間であると解され、好ましくは２０°〜８０°の間であるとよく、特に好ましくは５０°〜７０°の間であるとよい。これにより、その長手方向に沿って最も応力が生じる翼の緊張（strain）の全てを受けることにならない。従って、金属箔のネット構造に作用するストレスやそれと相関がある疲労荷重は、上述の斜めの配向を採用すればかなり低減されるであろう。
【００１９】
例えば、金属箔は一片の金属の深絞り（deep drawing）や圧延（rolling）により製造可能である。好ましくは、金属箔の竪削り加工（slotting）、延伸加工及び圧延加工によって金属箔が製造される。これに代えて、予め圧延された金属箔に複数の孔をパンチしてもよい。どちらにしても、金属箔は連続した一つの金属片から構成される。特に、金属箔は織り込まれたものではなく、繊維状の１種類のワイヤの織り込みメッシュ（woven mesh）ではない。非織り込みの金属箔を使用することの利点は、導電性が向上する点と、織込工程が不要になるために織込メッシュに比べてコストを軽減できる点である。
【００２０】
好ましくは、金属箔は翼の長手方向に略平行に配置されたストリップ（strip）として形成される。本発明のさらに好ましい態様では、金属箔は一定幅を有している。
【００２１】
好ましくは、風車翼の雷保護システムは複数の金属箔を備える。好ましくは、雷保護システムは翼の負圧側（背側；suction side）に沿って配置された一つの金属箔と、翼の圧力側（腹側；pressure side）に沿って配置された一つの金属箔とを含む。特に好ましい態様では、雷保護システムは翼の負圧側及び圧力側にそれぞれ２つの金属箔を備えている。
【００２２】
引き下げ導電体には導電材料の最低限の断面積が必要とされるので、金属箔の全面積に対する開口面積の割合は、あるパーセンテージを超えるべきではない。
【００２３】
好ましくは、風車翼は翼の先端領域から翼の根端領域に延在する少なくとも一つのスパーキャップを備え、該少なくとも一のスパーキャップは翼の長手方向に略平行に延在している。スパーキャップは、雷撃を受けやすい導電材料としてのカーボンファイバを含むことが好ましい。直接的な雷撃からスパーキャップを保護するために、金属箔はスパーキャップの外側であり、且つ、スパーキャップの径方向における背後に配置されている。好ましくは、スパーキャップへの雷撃がうまく防止されるように、金属箔は、スパーキャップの全長に沿って、スパーキャップの外側であり、且つ、スパーキャップの径方向における背後に配置される。径方向とは「厚さ方向」を意味しており、反対側の翼壁断面を含まない翼壁断面の横断方向（transverse direction）又は横方向（cross direction）に対応している。特に、厚さ方向は、翼壁断面の中心線に略直交する。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、風車翼は、電位差及びこれに起因した金属箔間のアーク放電を避けるために互いに電気的に接続された複数の金属箔を備える。金属箔間の電気的な接続は、好ましくは、複数の金属箔を相互に接続する金属箔セクションによって行われる。
【００２５】
本発明の更に好ましい態様では、第１の金属雷レセプタは平坦形状又は棒状形状を有する。「平坦形状」とは第１の金属雷レセプタの厚さがその長手寸法及び横寸法に比べて十分に小さいことを意味する。「棒状形状」の第１の金属雷レセプタの場合には、厚さ寸法と横寸法との両方が第１の金属雷レセプタの長手寸法より十分に小さく、好ましくは、両者は同じオーダの大きさを有するとよい。
【００２６】
本発明の他の好ましい態様では、翼は、翼の最外層を示す外側翼層（outer blade layer）を備える。好ましくは、外側翼層はガラス積層、又は、薄いガラスフリース層のような薄い保護層だけでもよい。好ましくは、金属箔は翼の径方向外側において外側翼層に覆われているだけでもよい。更に好ましくは、第１の金属雷レセプタは、翼の径外側方向において外側翼層だけで覆われていてもよい。このような配置によって、第１の金属雷レセプタは雷撃の直接的なレセプタとして機能する。このように、金属箔及び第１の金属雷レセプタは、腐食、物理的ダメージのような環境影響やガスから保護される。同時に、保護層は十分薄いため、第１の金属雷レセプタ及び金属箔は直接的な雷レセプタとしても機能できる。
【００２７】
好ましくは、第１の金属雷レセプタの形状は、外側翼層の形状に適合しており、特に好ましくは、第１の金属雷レセプタは外側翼層の内側にくっついているとよい。特に好ましい態様では、第１の金属雷レセプタは外側翼層の内側がその長さ及び幅のかなりの部分に沿って接合されるとよい。
【００２８】
更なる態様では、第１の金属雷レセプタは金属プレートを備える。金属プレートは２つの対向する側面によって実質的に画定された材料片によって規定されており、好ましくは、これらの側面は互いに平行であり、これらの側面間の距離に比べて延びているとよい。好ましくは、金属プレートは一定の厚さを有するとよい。
【００２９】
本発明の更なる態様では、第１の金属雷レセプタは翼の先端に向かって先細りに形成されている。言い換えると、翼の周方向における第１の金属雷レセプタの幅は、翼の先端に向う方向において減少し、金属箔の第１端において金属雷レセプタの幅は、翼の先端に向かう位置における金属雷レセプタの幅より大きい。好ましくは、第１の金属雷レセプタは翼の先端に向かって、特に好ましくは一定割合で連続的に先細りになっているとよい。
【００３０】
本発明の更なる態様によれば、第１の金属雷レセプタは先端領域において実質的に翼面全体に亘って延在している。特に第１の金属雷レセプタは翼先端領域において翼面全体に亘って延在している。好ましくは、第１の金属雷レセプタは先端領域において内側の翼面全体に亘って延在している。特に好ましくは、翼は、翼の先端領域において内側が第１の金属雷レセプタによって完全に覆われている外側翼層を有しており、金属雷レセプタは外側翼面の内面に隣接して設けられている。第１の金属雷レセプタのこのような配置によって、大きなレセプタ面積と大きな導電断面積とが作られる。
【００３１】
更に好ましい態様では、第１の金属雷レセプタは中身の詰まった金属部材（ソリッド金属部材；solid metallic member）を備える。好ましくは、ソリッド金属部材は、翼先端領域における翼内部の容積の大部分、好ましくは全容積を占めているとよい。この内部容積は先端領域における外側翼面によって画定される。
【００３２】
本発明の他の態様によれば、第１の金属雷レセプタは金属箔の第１端から翼端に連続的に延在する。好ましくは、第１の金属雷レセプタは、翼端に向かう第１の金属雷レセプタの延在の起点である第１端を有する。この第１の金属雷レセプタの第１端は、金属箔の第１端及び翼先端間に配置されることができる。これには、第１の金属雷レセプタの第１端がちょうど金属箔の第１端に配置されている場合も含まれる。それに代えて、第１の金属雷レセプタの第１端は、翼の根端に向かって金属箔の第１端を超えて配置されることもできる。好ましくは第１の金属雷レセプタはその第１端から翼先端に向かって、特に好ましくは翼先端までずっと、連続的に延在していてもよい。「連続的に」とは、第１端からその反対側の端に向かって第１の金属雷レセプタの途切れがないことを意味する。第１の金属雷レセプタが翼先端までずっと連続的に延在している場合、第１の金属雷レセプタはその第１端及び翼先端間の距離全体に沿って配置されている。
【００３３】
本発明の更なる態様によれば、第１の金属雷レセプタは金属箔と重なって設けられている。これは、特に、重なりセクションが金属箔の第１端及び金属雷レセプタの第１端間に形成されるように、第１の金属雷レセプタの第１端が金属箔の第１端を超えて配置されている事例である。好ましくは、直接的な電気的接触が達成されるように第１の金属雷レセプタ及び金属箔が重なりセクションにおいて隣接して設けられる。
【００３４】
本発明の他の態様では、第１の金属雷レセプタ及び金属箔は重なって設けられない。この場合、第１の金属雷レセプタ及び金属箔間の直接的な電気的接触は、第１の金属雷レセプタの第１端及び金属箔の第１端の隣接した配置のみによって実現される。
【００３５】
他の好ましい態様によれば、第１の金属雷レセプタ及び金属箔は、重なりセクションにおいて２つの金属プレート間でクランプされている。他の好ましい態様では、雷保護システムは少なくとも一つのディスクレセプタを備え、該ディスクレセプタは金属箔の第１端の近傍に配置されている。好ましくは、ディスクレセプタは第１の金属雷レセプタ及び金属箔の重なりセクションに配置される。この場合、第１の金属雷レセプタ及び金属箔をクランプする金属プレートの一方は、好ましくは、ディスクレセプタのベースプレートであってもよい。他方の金属プレートは、第１の金属雷レセプタ及び金属箔間のクランプ接続を達成するためのカウンター金属プレートであってもよい。
【００３６】
更なる態様では、第１の金属雷レセプタ及び金属箔はクランプ、かしめ或いは結合剤によって接続されている。この「接続され」とは、第１の金属雷レセプタ及び金属箔がクランプ、かしめ或いは結合剤によって互いに取り付けられていることを意味する。
【００３７】
本発明の他の態様では、第１の金属雷レセプタは、好ましくは第１の金属雷レセプタの材料は、銅を含む。好ましくは、第１の金属雷レセプタは完全に銅から出来ている。これに代えて、その他の高い導電性の金属を用いてもよい。
【００３８】
更に好ましい態様では、雷保護システムは、翼の先端に配置され、第１の金属雷レセプタに電気的に直接接続された第２の金属雷レセプタを備える。翼先端への配置は、第２の金属雷レセプタが翼の先端にレセプタ領域を与えることを意味しており、雷は翼の先端に直接落ちることができる。好ましくは、第２の金属雷レセプタは、翼径方向外方において、（特に好ましくは保護層のみである）外側翼層によってのみ覆われている。
【００３９】
第１の金属雷レセプタ及び第２の金属雷レセプタ間の直接的な電気的接続は、好ましくは大きな直接的且つ電気的な接触面積を提供する第２の金属雷レセプタ及び第１の金属雷レセプタ間の重なりセクションにおける隣接配置によって達成されるのが好ましい。これに代えて、第２の金属雷レセプタ及び第１の金属雷レセプタがそれぞれの端で隣接することも可能であり、この場合には直接的な電気的接触面積は小さくなる。
【００４０】
他の態様では、第２の金属雷レセプタはロッドレセプタを備える。好ましくは、外側翼層は、ロッドレセプタの先端のための開口を提供する。この開口を介して、ロッドレセプタの先端が翼の外側に延在する。従って、雷は、外側翼層を損傷することなく、ロッドレセプタの先端に直接落ちることができる。好ましい態様では、ロッドレセプタはベースプレートを備えており、該ベースプレートは翼の内側に配置されている。更に、第２の金属雷レセプタは少なくとも一つのディスクレセプタを備えていることが好ましく、該ディスクレセプタはロッドレセプタと同じベースプレート上に取り付けられていることが好ましい。好ましくは、ベースプレートは、金属箔の第１端と翼の先端との間に設けられているとよい。ベースプレートに取り付けられたディスクレセプタは、翼の外側に少しだけ突出している。好ましくは、２つのディスクレセプタがロッドレセプタのベースプレートに取り付けられているとよく、これらのディスクレセプタは接続手段によって、特に金属ボルトによって、電気的及び機械的に接続されているとよい。
【００４１】
本発明の他の態様によれば、第２の金属雷レセプタは、中身の詰まった金属翼先端（ソリッド金属翼先端；solid metallic blade tip）を備えている。好ましくは、ソリッド金属翼先端は、第１の金属雷レセプタに接続するための接続手段を備えるとよい。好ましくは、接続手段は接続ウェブとして構成されているとよく、該接続ウェブは翼の根端に向かって延在する金属プレートであると好ましい。接続手段を設けることによって、第１の金属雷レセプタと第２の金属雷レセプタとの間における大きな接触面積が達成される。
【００４２】
更に好ましい態様では、第１の金属雷レセプタは、クランプ、かしめ或いは結合剤によって第２の金属雷レセプタに接続されている。
【００４３】
本発明の更なる態様では、第２の金属雷レセプタ又は金属箔は銅を含む。好ましくは、第２の金属雷レセプタ又は金属箔は完全に銅から出来ている。銅を用いる代わりに、導電性の高い他の金属を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
本発明は模式的表現で示された次の図面を参照して以下説明される。
【図１】雷保護システムを有する風車翼のセクションの平面図である。
【図２】図１の翼のセクションの先端領域における横方向の断面図である。
【図３】図１の翼のセクションの先端領域における長手方向の断面図である。
【図４】Ａ―Ａ切断線に沿った図１の翼のセクションの長手方向の断面図である。
【図５】雷保護システムを有する風車翼のセクションの平面図である。
【図６】図５の翼のセクションの先端領域における横方向の断面図である。
【図７】図５の翼のセクションの先端領域における長手方向の断面図である。
【図８】Ａ―Ａ切断線に沿った図５の翼のセクションの長手方向の断面図である。
【図９】雷保護システムを有する風車翼の外観を示す断面図である。
【図１０】図９の翼のセクションの先端領域における横方向の断面図である。
【図１１】図９の翼のセクションの先端領域における長手方向の断面図である。
【図１２】Ａ―Ａ切断線に沿った図９の翼のセクションの長手方向の断面図である。
【図１３】雷保護システムを有する風車翼の外観を示す断面図である。
【図１４】図１３の翼のセクションの先端領域における横方向の断面図である。
【図１５】図１３の翼のセクションの先端領域における長手方向の断面図である。
【図１６】Ａ―Ａ切断線に沿った図１３の翼のセクションの長手方向の断面図である。
【図１７】雷保護システムを有する風車翼の外観を示す断面図である。
【図１８】図１７の翼のセクションの先端領域における横方向の断面図である。
【図１９】図１７の翼のセクションの先端領域における長手方向の断面図である。
【図２０】Ａ―Ａ切断線に沿った図１７の翼のセクションの長手方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
図１は、先端領域１１及び先端１２を備えた風車翼１０のセクションの平面図を示しており、該先端１２は先端領域１１に配置されている。風車翼１０は更に、２つの金属箔１３、１４を備えた雷保護システムを有している。該２つの金属箔１３、１４は銅製のストリップとして形成されており、翼１０の先端領域１１に配置された第１端１３ａ、１４ａを有している。金属箔１３、１４は、第１端１３ａ、１４ａから翼１０の長手方向に沿って根端に向かって延在している。
【００４６】
翼１０は更に、外側翼層２５（図２及び図３を参照）を備えており、図１ではその輪郭のみが示されている。金属箔１３、１４は、径方向においてスパーキャップ２６ａ、２６ｂの背後に配置されており、該スパーキャップ２６ａ、２６ｂは外側翼層２５の下側に位置している。スパーキャップ２６ａ、２６ｂは外側翼層及び金属箔１３、１４の下側に配置されているので、スパーキャップ２６ａ、２６ｂは破線で示されている。スパーキャップ２６ａ、２６ｂは、翼の長さのかなりの部分に沿って、翼１０の根端から翼の先端１２に向かって延在している。しかしながら、スパーキャップ２６ａ、２６ｂは、翼１０の先端領域１１には配置されていない。
【００４７】
金属箔１３、１４は、翼１０の長手方向に略平行に設けられている。図１に示す翼１０のセクションでは、金属箔１３、１４は互いに重なっている。金属箔が翼１０の根端に向かって延在しているとき、該金属箔は翼１０の長さのかなりの部分において重ならなくなるまで、互いに離れるように次第に分岐する。
【００４８】
雷保護システムは更に、第１の金属雷レセプタ１７を備える。銅製の金属プレートからなる第１の金属雷レセプタ１７は、金属箔１３、１４の第１端１３ａ、１４ａと翼１０の先端１２との間に配置されている。第１の金属雷レセプタ１７は、第１端１７ａから翼の先端１２まで連続的に延在している。第１の金属雷レセプタ１７の第１端１７ａは、金属箔１３、１４の第１端１３ａ、１４ａからみて、翼１０の根端に向かって配置される。第１の金属雷レセプタ１７は、翼１０の先端領域１１において翼面全体に亘って延在している。
【００４９】
雷保護システムは更に、２つのディスクレセプタ対を備えており、図１ではこれらのディスクレセプタ対のうちディスクレセプタ１８、１９が示されている。ディスクレセプタ１８、１９は金属箔１３、１４の第１端１３ａ、１４ａの近傍に配置されている。ディスクレセプタ１８、１９は、径方向外側において、第１の金属雷レセプタ１７の背後に設けられたベースプレート２１ａを備えている。ディスクレセプタ１８、１９は翼１０の内側に埋め込まれており、ベースプレート２１ａに取り付けられている。ディスクレセプタ１８、１９は、外側翼層２５から翼１０の外側に突き出ている。金属箔１３、１４はベースプレート２１ａと略同じ幅を有している。
【００５０】
図２は、先端領域１１における図１の翼のセクションの横方向の断面図である。翼１０の最外層を表す外側翼層２５は、太線で示されている。第１の金属雷レセプタを覆う外側翼層２５は、単なる薄い保護層である。第１の金属雷レセプタ１７は、翼先端領域１１において翼面全体に亘って延在しており、翼面の形状に適合している。第１の金属雷レセプタ１７は、金属箔１３、１４との重なりセクション２３ａ、２３ｂ（図４参照）を除いた翼先端領域１１において、外側翼層２５の内側に隣接して設けられている。径方向外側において第１の金属雷レセプタ１７を翼１０の外側と隔てているのは外側翼層２５のみなので、第１の金属雷レセプタ１７のレセプタ特性は少ししか減少せず、第１の金属雷レセプタ１７は直接的な雷レセプタとして機能できるようになっている。
【００５１】
このような隣接配置は図３にも示されている。図３は、先端領域１２における図１の翼１０のセクションの長手方向の断面図である。第１の金属雷レセプタ１７は、翼１０の先端１２までずっと延在している。
【００５２】
図４は、Ａ―Ａ切断線に沿った図１の翼１０のセクションの長手方向の断面図である。図１には示されていない翼１０の反対側には更に２つの金属箔１５、１６が設けられている。そのため、翼１０の全体としては、その両側に２つの金属箔をそれぞれ備えているため、結果的に４つの金属箔１３、１４、１５、１６が図４において破線で示されている。更に、翼１０は４つのスパーキャップを備えており、そのうち翼１０の各々の側にある２つのスパーキャップ２６ａ、２６ｃが図４に示されている。翼１０の両側には、金属箔１３、１４、１５、１６が、翼１０の先端領域１１に配置されたそれらの第１端１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａから翼１０の根端領域に向かって延在している。スパーキャップ２６ａ、２６ｃの長さに対して、金属箔１３、１４、１５、１６は径方向においてスパーキャップ２６ａ、２６ｃの背後に（したがってスパーキャップ２６ａ、２６ｃと放射状の外側翼層２５との間に）配置されている。外側翼層２５は、薄い保護層があってもよい。
【００５３】
図４には、２つのディスクレセプタ対のうち２つのディスクレセプタ１８及び２０を示しており、これらのディスクレセプタ１８、２０はベースプレート２１ａ、２１ｂにそれぞれ取り付けられている。翼１０の対向する両方の側に配置されたディスクレセプタ１８、２０は、取付け具だけでなく電気的接続部として機能するボルト２２によって接続される。各々の側にある２つの金属箔１３、１４及び金属箔１５、１６は、一方のベースプレート２１ａ、２１ｂの内側に設けられている。従って、金属箔１３、１４はベースプレート２１ａと重なって設けられており、金属箔１５、１６はベースプレート２１ｂと重なって設けられている。
【００５４】
先端領域１１において翼１０の表面全体に亘って延在する第１の金属雷レセプタ１７は、翼１０の各側に第１端１７ａを有している。翼１０の一方の側において第１の金属雷レセプタ１７が金属箔１３、１４の内側に設けられており、対向する側において第１の金属雷レセプタ１７が金属箔１５、１６の内側に設けられている。金属箔１３、１６と第１の金属雷レセプタ１７との間には他の金属箔１４、１５が配置されているが、それにもかかわらず第１の金属雷レセプタｔ金属箔１４、１５とは電気的に直接接触しているとみなされる。このように、第１の金属雷レセプタ１７と少なくとも一つの金属箔１３、１４、１５、１６との間には、重なりセクション２３ａ、２３ｂが形成されている。このことは、各々の側における、第１の金属雷レセプタ１７と少なくとも一つの金属箔１３、１４、１５、１６との間の非常に大きな直接的な電気的接触面積をもたらす。接続を目的として、翼１０の各々の側には、重なりセクション２３ａ、２３ｂにおいて、第１の金属雷レセプタ１７及び金属箔１３，１４、１５、１６をクランプする他の金属プレート２４ａ、２４ｂが設けられている。従って第１の金属雷レセプタ１７は、重なりセクション２３ａ、２３ｂにおいて、ベースプレート２１ａ、２１ｂと金属プレート２４ａ、２４ｂとの間に配置されている。重なりセクション２３ａ、２３ｂの外側では、第１の金属雷レセプタ１７は外側翼層２５の内側に配置されている。金属プレート２３ａ、２３ｂ、ベースプレート２１ａ、２１ｂ、金属箔１３、１４、１５、１６、及び、第１の金属雷レセプタ１７は、銅から形成されている。
【００５５】
図５は、先端１２、先端領域１１及び雷保護システムを有する他の風車翼１０のセクションの平面図である。金属箔１３、１４、外側翼層２５、スパーキャップ２６ａ、２６ｂは、図１と同様に配置されている。
【００５６】
図５の第１の金属雷レセプタ１７は、金属箔１３、１４の第１端１３ａ、１４ａと翼１０の先端１２との間に配置された金属プレートであり、第１端１７ａから翼１０の翼先端１２まで連続的に延在している。更に、第１の金属雷レセプタ１７は、先端領域１１において翼面全体に亘って広がっている。第１の金属雷レセプタ１７の第１端１７ａは、金属箔１３、１４の第１端１３ａ、１４ａと翼１０の根端との間ではあるが、金属箔１３、１４の第１端１３ａ、１４ａの近傍に位置している。
【００５７】
図６には、先端領域１１における図５の翼１０のセクションの横方向の断面図が示されている。第１の金属雷レセプタ１７及び外側翼層２５は図２と同様に配置されている。
【００５８】
図７は、先端領域１１における図５の翼１０のセクションの長手方向の断面図である。第１の金属雷レセプタ１７及び外側翼層２５は図３と同様に配置されている。
【００５９】
図８は、Ａ―Ａ切断線に沿った図５の翼１０のセクションの長手方向の断面図である。外側翼層２５及びスパーキャップ２６ａ、２６ｂは、図４と同様である。金属箔１３、１４、１５、１６は外側翼層２５の内側にその全長に沿って配置されている。第１の金属雷レセプタ１７は、金属箔１３、１４、１５、１６の第１端１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａを超えて翼端１２から翼１０の根端に向かって、その第１端１７ａに至るまで延在している。第１の金属雷レセプタ１７は、重なりセクション２３ａ、２３ｂを除いた翼の先端領域１１において外側翼層２５の内側に設けられている。重なりセクション２３ａ、２３ｂでは、第１の金属雷レセプタ１７は、翼の各々の側において、少なくとも一つの金属箔１３、１４、１５、１６の内側に隣接して設けられている。第１の金属雷レセプタ１７及び金属箔１３、１４、１５、１６は、結合剤によって接続されている。
【００６０】
図９は、先端１２、先端領域１１及び雷保護システムを有する他の風車翼１０のセクションの平面図である。第１の金属雷レセプタ１７、金属箔１３、１４、外側翼層２５、スパーキャップ２６ａ、２６ｂは、図５と同様に配置されている。唯一の違いは、図９では第１の金属雷レセプタ１７が銅製の中実の金属部材（ソリッド金属部材；solid metallic member）であることである。第１の金属雷レセプタ１７が中実であるので、先端領域１１における翼の内部の全容積は、第１の金属雷レセプタ１７で占められている。
【００６１】
図１０には、先端領域１１における図９の翼１０のセクションの横方向の断面図が示されている。第１の金属雷レセプタ１７は翼面の形状に適合しており、金属箔１３、１４、１５、１６との重なりセクション２３ａ、２３ｂを除いた翼１０の先端領域１１において、外側翼層２５の内側に隣接して配置されている（図１２を参照）。
【００６２】
図１１は、先端領域１１における図９の翼１０のセクションの長手方向の断面図である。第１の金属雷レセプタ１７は、翼１０の先端１２まで延在しており、先端領域１１において翼１０の内側容積全体を占めている。
【００６３】
図１２は、Ａ―Ａ切断線に沿った図９の翼１０のセクションの長手方向の断面図である。外側翼層２５及びスパーキャップ２６ａ、２６ｂの配置は図４と同様である。金属箔１３、１４、１５、１６は外側翼層２５の内側にその全長に沿って配置されている。第１の金属雷レセプタ１７は、金属箔１３、１４、１５、１６の第１端１３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａを超えて翼先端１２から翼１０の根端に向かって、その第１端１７ａに至るまで延在している。第１の金属雷レセプタ１７は、重なりセクション２３ａ、２３ｂを除いた翼の先端領域１１において、外側翼層２５の内側に設けられている。重なりセクション２３ａ、２３ｂでは、第１の金属雷レセプタ１７は、翼１０の各々の側において少なくとも一つの金属箔１３、１４、１５、１６の内側に隣接して設けられている。第１の金属雷レセプタ１７及び金属箔１３、１４、１５、１６は、結合剤によって接続されている。
【００６４】
図１３は、先端１２、先端領域１１及び雷保護システムを有する他の風車翼１０のセクションの平面図である。金属箔１３、１４、外側翼層２５及びスパーキャップ２６ａ、２６ｂは、図１と同様に配置されている。図１３の第１の金属雷レセプタ１７は、金属箔１３、１４の第１端１３ａ、１４ａと翼１０の先端１２との間に配置される銅製の金属プレートである。
【００６５】
雷保護システムは更に、翼１０の先端１２に、第２の金属雷レセプタ２７を備えている。第２の金属雷レセプタ２７は、翼１０の内側にあるベースプレート２９に取り付けられたロッドレセプタ２８を備えている（図１４、１５及び１６を参照）。第１の金属雷レセプタ１７は、第１端１７ａ（図１６参照）から第２の金属雷レセプタ２７まで連続的に延在している。第１の金属雷レセプタ１７の幅１７ｂは、第１端１７ａから第２の金属雷レセプタ２７に向かって先細りになっており、第２の金属雷レセプタ２７におけるその幅１７ｂは、第１端１７ａにおける幅１７ｃより小さい。
【００６６】
第２の金属雷レセプタ２７は更に、ロッドレセプタ２８のベースプレート２９に取り付けられた２つのディスクレセプタ３０、３１を備えており、図１３には、第１の金属雷レセプタ１７及び外側翼層２５を通って突出している１つのディスレセプタ３０が示されている。第１の金属雷レセプタ１７は、第２の金属雷レセプタ２７のベースプレート２９を超えて延びているが（図１４、１５及び１６を参照）、翼１０の先端１２までずっと延びているわけではない。
【００６７】
図１４には、先端領域１１における図１３の翼１０のセクションの横方向の断面図が示されている。ロッドレセプタ２８以外にも、２つのディスクレセプタ３０、３１が、ロッドレセプタ２８のベースプレート２９に取り付けられている。第１の金属雷レセプタ１７は翼面の形状に適合している。第１の金属雷レセプタ１７は、ディスクレセプタ３０、３１に電気的に直接接続されており、その結果、第２の金属雷レセプタ２７に電気的に直接接続されている。
【００６８】
図１５には、先端領域１１における図１３の翼１０のセクションの長手方向の断面図が示されている。第１の金属雷レセプタ１７はロッドレセプタ２８のベースプレート２９を超えて延びているが、翼１０の先端１２までずっと延びているわけではない。ロッドレセプタ２８は、翼１０の先端１２において外側翼層２５を通って突出している。
【００６９】
図１６は、Ａ―Ａ切断線に沿った図１３の翼１０のセクションの長手方向の断面図である。第１の金属雷レセプタ１７、金属箔１３、１４、１５、１６、スパーキャップ２６ａ、２６ｂ、外側翼層２５は、図４と同様である。
【００７０】
図１７は、先端１２、先端領域１１及び雷保護システムを有する他の風車翼１０のセクションの平面図である。金属箔１３、１４及びスパーキャップ２６ａ、２６ｂは、図１と同様に配置されている。
【００７１】
金属プレートとしての第１の金属雷レセプタ１７は、第１端１７ａから第２の金属雷レセプタ２７まで連続的に、且つ、先細りに延在している。第２の金属雷レセプタ２７における第１の金属雷レセプタ１７の幅１７ｂは、第１端１７ａにおける幅１７ｂより小さい。第２の金属雷レセプタ２７は中実の金属翼端（ソリッド金属翼端；solid metal blade tip）３２を備えている。中実の金属翼端３２の径方向外側には、保護コーティングとしての外側翼層２５があってもよいし、或いは、外側翼層が全くなくてもよい。
【００７２】
図１８には、先端領域１１における図１７の翼１０のセクションの横方向の断面図が示されている。第１の金属雷レセプタ１７は、翼面の形状に適合しており、外側翼層２５の内側にその全幅に沿って設けられている。
【００７３】
図１９には、先端領域１１における図１７の翼１０のセクションの長手方向の断面図が示されている。第１の金属雷レセプタ１７は、接続ウェブ３３ａ、３３ｂとして形成された接続手段によって、中実の金属翼端３２として形成された第２の金属雷レセプタ２７に電気的に直接接続されている。
【００７４】
図２０は、Ａ―Ａ切断線に沿った図１７の翼１０のセクションの長手方向の断面図である。第１の金属雷レセプタ１７、金属箔１３、１４、１５、１６、スパーキャップ２６ａ、２６ｂ、外側翼層２５は、図４と同様である。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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