JP2010106667A - ブレード構造および風力発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は，残像表示のバードストライク防止技術への適用に着目し，風力発電装置に近づく鳥類に眼玉模様を視認させることにより，バードストライクを防止することが可能な風力発電装置のブレード構造およびかかるブレード構造を備えた風力発電装置を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明に係るブレード構造は，中央部から放射型をなす複数枚のブレードを備えた風力発電装置におけるブレード構造であって，少なくとも一枚のブレードに発光部材が配設され，発光部材の通電状態の制御により，ブレードの回転に伴って，ブレードの回転軌跡上に残像表示がされることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は，風力発電装置への飛来物の衝突を防止するブレード構造およびそのブレード構造を利用した風力発電装置に関する。

風力発電装置として，大型化，土地利用効率などの観点から，ナセルから垂直方向に放射型をなす複数枚のブレードを備えたプロペラ型が多く採用されている。一般的な大型のプロペラ型風力発電装置は，高さ３０〜８０メートル程度のタワーに設置され，ブレードの長さは２０〜５０メートルであるため，最高位は地上から１３０メートルにも達する。

このような高さは，風力発電装置が設置された場所の近隣に生息する鳥類の飛行や，渡り鳥の巡航飛行の高さになる場合がある。そのような高さを飛行する鳥類は，高速で回転するブレードを視認しにくいためか，ブレードに衝突して絶命する事故（バードストライク）が発生している。

ところで，鳥類は，その習性として眼玉状を恐れることが知られている（例えば，特開Ｓ６０−１５３７４３号公報）。従って，風力発電装置に近づく鳥類に対して，眼玉模様を視認させ，風力発電装置へのさらなる接近を回避させることにより，バードストライクを防止することが有効である。そのための一つの方法として，風力発電装置のブレードの回転軌跡上に眼玉模様の表示を行うことが考えられる。

回転体の回転軌跡上に文字や画像を表示させる手段として，例えば特許文献１に開示された技術がある。かかる技術は，発光部材を羽根又は羽根の支持部材に配設し，発光部材の作動状態を通電することにより制御し，羽根を回転することにより目の残像効果を利用して発光部材の移動軌跡上に絵柄や画像を表示する携帯用扇風機にかかる技術である。夜間のスポーツ観戦時や照明の少ない室内での使用時に涼しくなりながら絵柄や画像を楽しむことを可能とする。

また，特許文献２には傘型残像ディスプレイ装置の技術が開示されている。かかる技術は，傘の骨部分に複数の発光ダイオードの列から構成される残像表示部が設けられ，利用者が傘を回転する回転速度に応じて残像表示部に表示される内容を様々に変更するものである。残像ディスプレイ装置を異なる粒度を持つ情報提示機構として利用し，雨の日に沈み込んでしまいそうになる利用者の気持ちをさわやかにするとともに，興趣性を向上させることができる。
特開２００３−３１４４８７号公報 特開２００７−１５６１２５号公報

しかし，特許文献１や特許文献２においては，携帯用扇風機や傘に表示される絵柄や画像などの情報は，携帯用扇風機や傘の使用者である人間がその情報を楽しむことを目的としたものであり，風力発電装置に接近する鳥を恐れさせ，バードストライクを防止することを想定したものではなかった。

そこで，本発明は，残像表示のバードストライク防止技術への適用に着目し，風力発電装置に近づく鳥類に眼玉模様を視認させることにより，バードストライクを防止することが可能な風力発電装置のブレード構造およびかかるブレード構造を備えた風力発電装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために，本発明にかかるブレード構造は，中央部から放射型をなす複数枚のブレードを備えた風力発電装置におけるブレード構造であって，少なくとも一枚のブレードに発光部材が配設され，その発光部材の通電状態の制御により，ブレードの回転に伴って，ブレードの回転軌跡上に残像表示がされることを特徴とする。

上記構成によれば，発光部材の通電状態を制御して，ブレードの回転軌跡上に残像表示を行うことができる。残像表示が空間上に現れると，鳥類は危険を察知し，その方向へは近づかない。従って，かかる残像表示により，鳥類の風力発電装置へのさらなる接近を回避することができ，バードストライクを防止することが可能となる。

上記の残像表示は，一または複数の眼玉模様の絵柄であるとよい。

発光部材の通電状態の制御により，多種多様な模様を残像表示することが可能であり，残像表示を眼玉模様の絵柄とすることができる。ここで，眼玉模様とは，同心円状の多重の円をいう。眼玉模様は，風力発電装置に近づく鳥類を恐れさせるのに特に有効である。

上記の眼玉模様は，所定時間毎に眼玉の大きさや数が切り替えられるとよい。

眼玉の大きさや数が切り替えられることにより，表示される眼玉のバリエーションが増えるため，眼玉模様への鳥類の慣れを防ぎ，鳥類を恐れさせる効果を継続させることができる。

上記の発光部材は，ブレード先端から，ブレード長さ全体の五分の一以内の範囲に配設されるとよい。

発光部材をかかる範囲に配設することにより，ブレード先端付近の回転軌跡上に小さい眼玉模様を残像表示できる。例えば，ブレードの長さが２５ｍの場合，最大直径が５ｍの眼玉模様となる。この程度の大きさの眼玉模様の表示は，近づく鳥類を恐れさせるのに十分な大きさである。また，ブレードのほぼ全長を用いた大径の眼玉模様も表示可能である。ブレード長さの全体にわたる発光部材の配設に比べ，発光部材の量を少なくでき，経済的である。

上記の発光部材は，発光ダイオードであるとよい。

発光ダイオードは，比較的安価である。また，寿命が長いため，保守の省略も可能なことから，発光部材として適している。そして，特に高輝度のものは，鳥類に視認させるのに有効である。

上記の発光ダイオードは，ブレードに埋め込まれ，外形がブレードの表面と連続した透明なブラケットの内部に配置されているとよい。

かかる構成とすることにより，ブレードの形状をもとの状態に保ったまま，発光ダイオードをブラケット内部に配置できるため，空気抵抗を増大させることがなく，発電効率を維持できる。

上記の透明なブラケットは，発光ダイオードから発せられた光のブラケット透過後の焦点距離が負の小さい値（例えば，−５０ｍｍ程度）となるように，内側の表面がフレネル加工されているとよい。

ここで，フレネル加工とは，レンズを同心円状に切って厚みを減らしたレンズにする加工であり，かかる加工を施されたレンズの断面はのこぎり状になる。フレネル加工されたブラケット断面は，プリズムの集合体として捉えられる。かかる構成とすることにより，発光ダイオードの光は，ブラケットを透過後，拡散するため，風力発電装置の側方から接近する鳥類にも視認可能となり，風力発電装置前方から近づく広い範囲の鳥類に対してバードストライク防止効果が得られる。

上記の通電状態の制御は，１〜１０ｋＨｚの高周波で発光ダイオードを点滅させるとよい。

かかる構成とすることにより，残像表示の空間的な解像度が高くなる。鳥類は一般的に視力が良く，眼の解像度が高いため，かかる構成により，残像表示に対する鳥類の視認性を向上させることができる。特に，モーション・スメア（同じ速度で動いている物体について，接近するほど速く動いているように感じられること）の影響を低減するのに有効である。

本発明にかかる構造を有するブレードを備えた風力発電装置として構成してもよい。

かかる風力発電装置の代表的な構成は，中央部から放射型をなす複数枚のブレードと，風上前方の飛来物を検知する検知手段とを備え，ブレードの構造は，少なくとも一枚のブレードに発光部材が配設され，発光部材の通電状態の制御により，ブレードの回転に伴って，ブレードの回転軌跡上に残像表示がされる構成を有し，発光部材の通電状態の制御は，検知手段が飛来物の接近を検知したときに残像表示をするように構成されることを特徴とする。

ここで，風上前方の飛来物を検知する検知手段としては，例えば，音波または電磁波を発振し，その反射波を捉えることにより飛来物の存在を検知する装置，撮像および画像解析に基づいて飛来物の存在を検知する装置，熱感知により鳥類などの生き物を検知する装置などがある。かかる構成によれば，鳥などの飛来物の接近を検知したときに，発光部材の通電状態を制御して，ブレードの回転軌跡上に眼玉模様の残像表示を出現させることができる。従って，的確なタイミングで，眼玉模様を風力発電装置に近づく鳥類に視認させることができ，鳥類のさらなる接近を回避可能な風力発電装置とすることができ，バードストライクを防止することが可能となる。また，かかる構成は，残像表示を常時させる場合に比べて，省電力の効果もある。

本発明にかかる風力発電装置の他の構成は，ブレードの回転速度を検出するセンサと，ブレードを回転させる発電機の界磁電流を制御する制御装置とを備え，制御装置は，センサにより検出されたブレードの回転速度が一定でない場合には，発電機の界磁電流を調整してブレードの回転速度を一定とする制御を行うことを特徴とする。

ブレードの回転速度を一定とすることにより，残像表示を安定させることができる。従って，鳥類に眼玉模様を的確に視認させることができ，鳥類の風力発電装置への接近を防ぐことができる。

本発明によれば，風力発電装置に近づく鳥類に眼玉模様を視認させることにより，バードストライクを防止することが可能となる。

以下に添付図面を参照しながら，本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１は，第一の実施形態にかかるブレードの概念図である。一般的なプロペラ型風力発電装置１０は，地上に立設したタワー１６と，そのタワー１６に設置されたナセル１３と，そのナセル１３に対してハブ１２を介して自在に回転する複数のブレード１１と，風向風速計１４とからなる。

本発明にかかるブレード１１は，例えば，その表面片側に発光部材１５（例えば，発光ダイオード）が配設される。例えば，ナセル１３に設置された制御装置（図示せず）により，発光部材１５の通電状態が制御される。

配設される個々の発光ダイオード１５は，単品でもよいし，リング状の集合体でもよい。リング状の集合体の場合は，発光ダイオード１５の配置を工夫することによって指向性を高めることができる。かかる場合には，発光ダイオード１５からの光に正対して接近する鳥類に対して特に有効である。光を広げる場合は，球面上に発光ダイオード１５を配設すればよい。かかる配設により，風力発電装置１０の斜め前方から接近する鳥類にも視認可能となる。発光ダイオード１５は，例えば赤色であれば，昼間や悪天候でも，鳥類に視認させることができる。

発光部材１５は，少なくとも一枚のブレードに配設されればよい。制御装置により発光部材１５の通電状態を制御することにより，すなわち，発光部材１５の点灯・点滅のタイミングを制御することにより，ブレード１１の回転に伴って，ブレード１１の回転軌跡上に残像表示をさせることができる。

発光ダイオード１５への電源供給は，通常の電源によるほか，高周波のオン・オフ電源から行ってもよい。高周波に対応可能な発光ダイオード１５を用いることにより，例えば，電源周波数を１〜１０ｋＨｚの高周波とすることができる。例えば，６ｋＨｚの高周波電源とすると，ブレード先端速度が６０ｍ／ｓの場合，ブレード先端部の発光ダイオード１５は１ｃｍ刻みで点滅することになり，空間的な解像度が向上する。鳥類の眼は一般的に高い解像度を有するため，かかる構成により，ブレードに接近しても鳥類は残像表示を認識できる可能性が高まり，モーション・スメアの影響を受けにくくすることができる。

発光ダイオード１５への通電状態の制御により，発光ダイオード１５を高周波で点滅させることによっても，上記と同様に，モーション・スメアの影響の低減を図ることが可能である。

図２は，第一の実施形態による残存表示の例（その１）である。図１に示す実施形態によって，図２のような眼玉模様２１の残像を表示させることが可能である。この眼玉模様２１を視認した鳥類は，恐れを抱き，風力発電装置への接近をやめることが期待される。ブレードの長さは２０〜５０メートルであるため，眼玉模様の最大直径は１００メートル程度になる。図２に示す巨大な一つの眼玉模様２１は，遠方の鳥類にも視認可能であり，鳥類に飛行ルートを早くから変更させるのに有効である。

風上前方の飛来物を検知可能な障害物探査装置（図示せず）を検知手段として設置し，鳥類の接近や衝突の可能性を検知した場合に，眼玉模様２１を表示させることとしてもよい。

また，ブレード１１の回転速度を検出するセンサ及びブレード１１を回転させる発電機の界磁電流を制御する制御装置（いずれも図示せず）を設置し，センサにより検出されたブレード１１の回転速度が一定でない場合には，発電機の界磁電流を調整してブレードの回転速度を一定とする制御を行ってもよい。ブレードの回転速度に応じて，発電機の界磁電流に対して，いわゆるフィードバック制御を行うことにより，残像表示を安定させ，鳥類による眼玉模様の的確な視認を確保できる。

図３は，第一の実施形態による残存表示の例（その２）である。図３（ｂ）に示す通り，ブレード１１の先端からブレード１１長さ全体の五分の一以内の範囲に配設される発光ダイオード１５の点灯により，図２の眼玉模様２１に比べて小さな眼玉模様３１を表示することができる。眼玉模様３１の最大直径は１０ｍ程度であり，接近した鳥類に視認させ，飛行ルートを変更させるのに有効である。ブレードに衝突した鳥類の死骸をみると，鋭利な角度で切断されたものが少なからずあり，ブレード先端付近で衝突したことが想像される。よって，ブレード先端付近に眼玉模様３１を表示させることは，バードストライク防止に有効である。

接近する鳥類との距離に応じて，発光ダイオード１５の点灯範囲や点灯タイミングを調整することにより，大きな眼玉模様２１を表示させたり，小さな眼玉模様３１を表示させたりすることができる。

表示される眼玉の大きさ，眼玉の数，表示のタイミングなど眼玉模様の残像表示にバリエーションをもたせることにより，鳥類の学習機能を妨げ，眼玉模様によるバードストライク防止効果を維持することができる。

ブレード先端付近に表示させるだけであれば，発光ダイオード１５の配設は，ブレード１１長さ全体でなく，ブレード先端付近に限定してもよい（図３（ａ）参照）。配設範囲を限定すれば，全長にわたる配設に比べ，発光ダイオード１５の量を少なくでき，経済的なメリットが見込める。

図４は，本発明にかかるブレード構造例の断面図である。発光ダイオード１５は，ブレード１１の風上側の内部に埋め込まれた透明なブラケット４１内部に配置されている。ブラケット４１の外形はブレード１１の表面と連続して形成されているため，ブレード１１の形状を変化させないことから，発光ダイオード１５の配設により，ブレード１１の空気抵抗を増大させることはない。

ブラケット４１は，例えば，アクリル製とすることができる。透明なため，発光ダイオード１５の発光をブラケット４１が妨げることはない。また，ブラケット４１の内側の表面が，発光ダイオード１５から発せられた光のブラケット４１透過後の焦点距離が負の小さい値（例えば，−５０ｍｍ程度）となるようにフレネル加工４２されている場合には，発光ダイオード１５の光は，ブラケット４１を透過後，拡散する。このため，風力発電装置１０の斜め前方から接近する鳥類にも視認可能となり，正面を含む広い範囲の前方からの鳥類の接近に対して有効である。

図５は，本発明にかかるブレード構造の他の例の断面の概念図である。発光ダイオード１５を球面上に配設し，光の進行方向に広がりを持たせたものである。かかる構造により，より広い範囲を飛行する鳥類に対して眼玉模様などの表示を視認させることができ，バードストライク防止の効果を高めることができる。

図６は，第二の実施形態にかかるブレードの概念図である。ブレード１１の表面片側にレンズ５１が配設され，レンズ５１に接続された光ファイバ５２の端部に受光部５３が設けられている。受光部５３には発光ダイオード５５が対置される。

通電制御された発光ダイオード５５からの光は，受光部５３に受光され，光ファイバ５２を通じてレンズ５１に伝達される。レンズ５１の点灯・点滅により，空間上に残像表示が可能である。

本実施形態では，発光ダイオード１５を例えば，ハブ１２，ナセル１３，タワー１６などの内部に集中して設置できるため，寿命などの理由で発光ダイオード１５の交換が必要な場合，図１に示す第一の実施形態に比べて，効率的に作業を行うことができる。ナセル１３やタワー１６内での設置に比べ，ハブ１２内の設置は，制御が簡単である。

本発明は，風力発電装置への飛来物の衝突を防止するブレード構造およびそのブレード構造を利用した風力発電装置として利用することができる。

第一の実施形態にかかるブレードの概念図である。 第一の実施形態による残存表示の例（その１）である。 第一の実施形態による残存表示の例（その２）である。 本発明にかかるブレード構造例の断面の概念図である。 本発明にかかるブレード構造の他の例の断面の概念図である。 第二の実施形態にかかるブレードの概念図である。

符号の説明

１０…風力発電装置
１１…ブレード
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…ブレードａ，ｂ，ｃ
１２…ハブ
１３…ナセル
１４…風向風速計
１５…発光部材（発光ダイオード）
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…発光部材（発光ダイオード）ａ，ｂ，ｃ
１６…タワー
２１，３１…残像表示（眼玉模様）
４１…ブラケット
４２…フレネル加工
５１…レンズ
５２…光ファイバ
５３…受光部
５５…発光ダイオード

Claims (10)

1. 中央部から放射型をなす複数枚のブレードを備えた風力発電装置におけるブレード構造であって，
   少なくとも一枚のブレードに発光部材が配設され，該発光部材の通電状態の制御により，ブレードの回転に伴って，ブレードの回転軌跡上に残像表示がされることを特徴とするブレード構造。
2. 前記残像表示は，一または複数の眼玉模様の絵柄であることを特徴とする請求項１に記載のブレード構造。
3. 前記眼玉模様は，所定時間毎に眼玉の大きさや数が切り替えられることを特徴とする請求項２に記載のブレード構造。
4. 前記発光部材は，ブレード先端から，ブレード長さ全体の五分の一以内の範囲に配設されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のブレード構造。
5. 前記発光部材は，発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のブレード構造。
6. 前記発光ダイオードは，ブレードに埋め込まれ，外形が該ブレードの表面と連続した透明なブラケットの内部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のブレード構造。
7. 前記透明なブラケットは，前記発光ダイオードから発せられた光のブラケット透過後の焦点距離が無限大となるように，内側の表面がフレネル加工されていることを特徴とする請求項６に記載のブレード構造。
8. 前記通電状態の制御は，１〜１０ｋＨｚの高周波で前記発光ダイオードを点滅させることを特徴とする請求項５から７のいずれかに記載のブレード構造。
9. 中央部から放射型をなす複数枚のブレードと，
   風上前方の飛来物を検知する検知手段とを備え，
   前記ブレードの構造は，少なくとも一枚のブレードに発光部材が配設され，該発光部材の通電状態の制御により，ブレードの回転に伴って，ブレードの回転軌跡上に残像表示がされる構成を有し，
   前記発光部材の通電状態の制御は，前記検知手段が飛来物の接近を検知したときに残像表示をするように構成されることを特徴とする風力発電装置。
10. 前記ブレードの回転速度を検出するセンサと，
    前記ブレードを回転させる発電機の界磁電流を制御する制御装置とを備え，
    該制御装置は，前記センサにより検出されたブレードの回転速度が一定でない場合には，前記発電機の界磁電流を調整してブレードの回転速度を一定とする制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の風力発電装置。
    

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