(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タワーと、前記タワーの上部に前記タワーの中心軸周りに回動可能に設けられたナセルと、前記ナセルの前方に前記中心軸に直交する軸周りに回転可能に設けられたハブと、前記ハブに設けられた少なくとも１本のブレードと、避雷器と、を備え、
前記避雷器が、前記ブレードに設けられたレセプターと、前記レセプターとアースとを接続するアース線と、を備え、
前記アース線が、アースと接続され、前記タワー、前記ナセル及び前記ハブの内部に敷設されているアース本線と、前記レセプターと接続され、前記ブレード内に敷設されている主アース線及び副アース線と、を備え、
前記主アース線の端子と前記アース本線の端子の間、及び、前記副アース線の端子と前記アース本線の端子の間の両方に放電ギャップが設けられており、前記主アース線の端子と前記アース本線の端子のギャップ間隔が、前記副アース線の端子と前記アース本線の端子のギャップ間隔よりも狭く、
前記レセプターから前記主アース線を介して前記アース本線へと通じる経路の電気抵抗が、前記レセプターから前記副アース線を介して前記アース本線へと通じる経路の電気抵抗よりも小さい、風力発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能エネルギーの主力電源化に向けて太陽光発電や風力発電の開発が促進されている。なかでも風力発電は、陸上から洋上へと開発エリアがシフトし、開発が加速されることが予想される。洋上での風力発電は、過酷な自然環境のなかでの運用であり、アクセスも困難であるため、合理的かつ効率的に風力発電機を運用及び保守することが求められる。
【０００３】
一般に、風力発電機のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のブレードには、落雷による損傷を抑制するため、避雷器として、先端部にレセプターが設けられ、内部にアース線が設けられている。ブレードは風力発電機において最も雷が落ちやすい部分であるため、アース線の導通の不具合はブレード内で生じやすい傾向がある。
特許文献１には、ブレード内に、引下げ導線（アース線）と、前記引下げ導線の電気抵抗を測定するための測定ケーブルとが設けられている風力発電機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４２４７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のような風力発電機では、落雷等によってブレード内のアース線の導通に不具合が生じたときには、アース線を修復するために運用を停止する必要があり、特に洋上では安定した運用が難しい。
【０００６】
本発明は、ブレード内のアース線の導通に不具合が生じにくい風力発電機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】
【０００７】
本発明は、以下の態様を有する。
［１］タワーと、前記タワーの上部に前記タワーの中心軸周りに回動可能に設けられたナセルと、前記ナセルの前方に前記中心軸に直交する軸周りに回転可能に設けられたハブと、前記ハブに設けられた少なくとも１本のブレードと、避雷器と、を備え、前記避雷器が、前記ブレードに設けられたレセプターと、前記レセプターとアースとを接続するアース線と、を備え、前記アース線が、アースと接続され、前記タワー、前記ナセル及び前記ハブの内部に敷設されているアース本線と、前記レセプターと接続され、前記ブレード内に敷設されている主アース線及び副アース線と、を備え、前記レセプターから前記主アース線を介して前記アース本線へと通じる経路の電気抵抗が、前記レセプターから前記副アース線を介して前記アース本線へと通じる経路の電気抵抗よりも小さい、風力発電機。
［２］前記主アース線の端子と前記アース本線の端子の間、及び、前記副アース線の端子と前記アース本線の端子の間の両方に放電ギャップが設けられており、前記主アース線の端子と前記アース本線の端子のギャップ間隔が、前記副アース線の端子と前記アース本線の端子のギャップ間隔よりも狭い、［１］に記載の風力発電機。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ブレード内のアース線の導通に不具合が生じにくい風力発電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の風力発電機の一例を示した断面図である。
【図２】図１の風力発電機のブレード近傍を拡大した断面図である。
【図３】図１の風力発電機のブレード近傍のアース線の配線を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の風力発電機の一例について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態の風力発電機１００は、タワー１１０と、ナセル１２０と、ハブ１３０と、少なくとも１本のブレード１４０と、避雷器１５０と、を備えている。
【００１２】
タワー１１０は、陸上又は洋上に立設される。ナセル１２０は、タワー１１０の上部にタワー１１０の中心軸Ｏ１周りに回動可能に設けられている。ハブ１３０は、ナセル１２０の前方に、中心軸Ｏ１に直交する軸周りに回転可能に設けられている。ハブ１３０には少なくとも１本のブレード１４０が設けられている。タワー１１０の中心軸Ｏ１は、鉛直方向と一致している。
【００１３】
風力発電機１００は、ハブ１３０及びナセル１２０の内部に、ブレード１４０及びハブ１３０の回転エネルギーを用いて発電を行うように構成された発電機（不図示）を備えている。発電機は、特に限定されず、公知のものを採用できる。発電機には、油圧トランスミッションを用いてもよく、ギヤ式の増速機を用いてもよい。
【００１４】
風力発電機１００では、タワー１１０の上部でナセル１２０を回動させることで、ブレード１４０が設けられた前方のハブ１３０を風上に向けることができる。ブレード１４０が風を受けると、ブレード１４０とともにハブ１３０が回転し、その回転エネルギーによって発電機で発電される。
【００１５】
ブレード１４０の形状及び寸法は、特に限定されず、適宜設定できる。
ハブ１３０に取り付けられるブレード１４０の数は、特に限定されず、例えば、３本とすることができる。ハブ１３０に複数のブレード１４０が取り付けられる場合、それら複数のブレード１４０は、ハブ１３０を正面視したときに等角度間隔で放射状に取り付けられることが好ましい。
【００１６】
図１〜３に示すように、この例の避雷器１５０は、各々のブレード１４０の先端部に設けられたレセプター１５１と、レセプター１５１とアースとを接続するアース線１５２と、を備えている。
アース線１５２は、タワー１１０、ナセル１２０及びハブ１３０の内部に敷設されているアース本線１５３と、ブレード１４０内に敷設されている主アース線１５４及び副アース線１５５と、を備えている。
【００１７】
アース本線１５３は、タワー１１０の下部において、アース棒１５６に繋げられることによってアースと接続されている。アース本線１５３におけるアース棒１５６と反対側には板状の端子１５３ａが設けられている。アース本線１５３の端子１５３ａがハブ１３０内の各ブレード１４０の付け根近傍に配置されている。
【００１８】
主アース線１５４及び副アース線１５５は、各ブレード１４０にそれぞれ敷設され、各ブレード１４０の先端部に設けられたレセプター１５１と接続されている。
主アース線１５４のレセプター１５１と反対側の端子１５４ａは、アース本線１５３の端子１５３ａから所定の距離だけ離間するように設けられている。すなわち、主アース線１５４の端子１５４ａとアース本線１５３の端子１５３ａの間には放電ギャップが設けられている。同様に、副アース線１５５のレセプター１５１と反対側の端子１５５ａは、アース本線１５３の端子１５３ａから所定の距離だけ離間するように設けられている。すなわち、副アース線１５５の端子１５５ａとアース本線１５３の端子１５３ａの間には放電ギャップが設けられている。このように、本実施形態における避雷器１５０は、アース本線１５３との間に放電ギャップが設けられた主アース線１５４と副アース線１５５をブレード１４０内に備える、ギャップ付避雷器である。
【００１９】
主アース線１５４の端子１５４ａとアース本線１５３の端子１５３ａのギャップ間隔ｄＡは、副アース線１５５の端子１５５ａとアース本線１５３の端子１５３ａのギャップ間隔ｄＢよりも狭くなっている。これにより、レセプター１５１から主アース線１５４を介してアース本線１５３へと通じる経路の電気抵抗は、レセプター１５１から副アース線１５５を介してアース本線１５３へと通じる経路の電気抵抗よりも小さくなっている。
【００２０】
ｄＡがｄＢよりも小さいことで、落雷時には、電流がレセプター１５１から主アース線１５４に偏って流れ、主アース線１５４の端子１５４ａとアース本線１５３の端子１５３ａとの放電ギャップで放電が起こり、アース本線１５３を通じて電流がアースへと逃がされる。また、主アース線１５４の導通に不具合が生じた状態では、落雷時に、電流がレセプター１５１から副アース線１５５を流れ、副アース線１５５の端子１５５ａとアース本線１５３の端子１５３ａとの放電ギャップで放電が起こり、アース本線１５３を通じて電流がアースへと逃がされる。
【００２１】
本実施形態の風力発電機１００では、このようにブレード１４０内に主アース線１５４と副アース線１５５とを備えることで、副アース線１５５が主アース線１５４のバックアップとして機能する。そのため、主アース線１５４の導通に不具合が生じた場合でも、副アース線１５５によってレセプター１５１からアースまでのアース線１５２の導通が確保される。
【００２２】
また、落雷時の地絡電流が分流されて主アース線１５４と副アース線１５５のそれぞれに大きな電流が流れると、それによって主アース線１５４と副アース線１５５の間に大きな斥力が働く。巨大な斥力が働くと、通常使用されるサポート金具では主アース線１５４及び副アース線１５５を支えきれないため、主アース線１５４や副アース線１５５に破断、破損等が生じて導通に不具合が発生するおそれがある。しかし、ｄＡがｄＢよりも小さいことで、落雷時の電流がレセプター１５１から主アース線１５４に偏って流れるため、ブレード１４０内で斥力による主アース線１５４及び副アース線１５５の破断や破損が生じにくく、導通の不具合を低減できる。
【００２３】
一般に、ブレード１４０はブレード軸周りに回動して角度を変え、受け止める風の量を調整できるようになっている。アース本線１５３の端子１５３ａと、主アース線１５４と、副アース線１５５とは、ブレード１４０がブレード軸周りに回動してもｄＡ及びｄＢが変化しない位置関係となるように設けられる。具体的には、例えば、主アース線１５４と副アース線１５５とをブレード１４０内で平行に直線状に敷設し、主アース線１５４と副アース線１５５の長さ方向に対してアース本線１５３の端子１５３ａの表面が垂直となるようにする。
【００２４】
ｄＡ及びｄＢは、落雷時に主アース線１５４の端子１５４ａから放電が起きても副アース線１５５の端子１５５ａでは放電が起きず、主アース線１５４の導通に不具合が生じた場合には落雷時に副アース線１５５の端子１５５ａから放電が起こるように設定する。
【００２５】
レセプター１５１及びアース線１５２を構成する導電性材料は、特に限定されず、例えば、アルミニウム、黄銅、ステンレス鋼、これらを含む合金、カーボン等が挙げられる。レセプター１５１及びアース線１５２を構成する導電性材料は、１種でもよく、２種以上でもよい。
【００２６】
主アース線１５４と副アース線１５５の電気抵抗は、同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、主アース線１５４を構成する導電性材料と副アース線１５５を構成する導電性材料は、同じであってもよく、異なっていてもよい。主アース線１５４と副アース線１５５の長さ方向に垂直な断面積は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００２７】
この例の避雷器１５０は、主アース線１５４及び副アース線１５５におけるブレード１４０の付け根近傍に、主アース線１５４と副アース線１５５とを橋渡しするように繋ぐ配線１５７と、配線１５７に設けられたスイッチ１５８と、配線１５７に設けられた検知器１５９と、をさらに備えている。これにより、避雷器１５０では、遠隔からスイッチ１５８を操作して主アース線１５４及び副アース線１５５の導通を確認することができる。
【００２８】
なお、避雷器１５０は、配線１５７、スイッチ１５８、及び検知器１５９を備えていなくてもよい。避雷器が主アース線と副アース線とを備えていれば、例えばブレードの付け根近傍で主アース線と副アース線にテスターの端子を接触させることで、ハブの内部からブレード内の主アース線及び副アース線の導通を確認することができる。
【００２９】
以上説明したように、風力発電機１００では、避雷器１５０がブレード１４０内に主アース線１５４と副アース線１５５とを備えているため、副アース線１５５が主アース線１５４のバックアップとして機能する。また、ｄＡがｄＢよりも小さいことで、落雷時に主アース線１５４と副アース線１５５の間に斥力が発生しにくく、導通に不具合が生じにくい。このように、風力発電機１００は、ブレード１４０内の主アース線１５４及び副アース線１５５の導通が安定して保持されやすく、洋上でも安定して運用できる。
【００３０】
なお、本発明の風力発電機は、前記した風力発電機１００には限定されない。例えば、本発明の風力発電機は、ギャップ付避雷器を備えるものには限定されず、ギャップレス避雷器を備えるものであってもよい。本発明の風力発電機においては、１つのブレードに敷設される副アース線は、１本には限定されず、２本以上であってもよい。
その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１００，１００Ａ…風力発電機、１１０…タワー、１２０…ナセル、１３０…ハブ、１４０…ブレード、１５０，１５０Ａ…避雷器、１５１…レセプター、１５２…アース線、１５３…アース本線、１５４…主アース線、１５５…副アース線、Ｏ１…中心軸。
【要約】
【課題】本発明は、ブレード内のアース線の導通に不具合が生じにくい風力発電機を提供することを目的とする。
【解決手段】タワーと、ナセルと、ハブ１３０と、少なくとも１本のブレード１４０と、ブレード１４０に設けられたレセプター１５１とアース線１５２とを備える避雷器１５０と、を備え、アース線１５２はブレード１４０内に敷設されている主アース線１５４と副アース線１５５を備え、主アース線１５４とアース本線１５３の放電ギャップのギャップ間隔ｄＡが、副アース線１５５とアース本線１５３の放電ギャップのギャップ間隔ｄＢよりも狭い、風力発電機１００。
【選択図】図３【図１】
0006800360.tif 000002
【図２】
0006800360.tif 000003
【図３】
0006800360.tif 000004