JP2012241679A - ブレードの重量調整方法とその方法を用いたブレード - Google Patents

Abstract

【解決しようとする課題】
不要な重量増加を抑えながら、各ブレード間の重心及び総重量のアンバランスを解消し、ブレードの回転運動に伴う振動発生を抑制し、エネルギー変換効率の向上や風車の耐久性向上が可能な、ブレードの重量調整方法及びその方法を用いたブレードを提供すること。
【課題を解決するための手段】
風車に用いられ、中空部２５を有するブレード１の重量を調整する位置に、該中空部に連通する穿孔部５を設け、該穿孔部より、該中空部に、該ブレードの重量を調整する重量調整材４を注入し、該重量調整材は、該中空部に注入後固化し、該中空部内で該ブレードの内壁と接着固定されることを特徴とするブレードの重量調整方法である。
【選択図】図４

Description

本発明は、風車に用いるブレードの重量調整方法とその方法を用いたブレードに関し、特に、中空部を有するブレードの重量調整方法と、その方法を用いて重量を調整したブレードに関する。

従来より、風力発電等に用いられる風車は、複数のブレードを一組として使用し、該複数のブレードが風を受けて回転し、その回転力によって発電機を駆動している。

このような風車において、各ブレード間で重心や重量にばらつきがあると、回転する複数のブレードの重心が回転軸の位置からずれ、回転がアンバランスなものとなってしまう。

風車ブレードのアンバランスな回転は、風力を回転に変換するエネルギー変換効率の低下や、振動の発生によるブレードや回転軸等への負荷が増大し風車の耐久性の低下などの弊害をもたらす。

このため、風車に用いられるブレード間の重心や重量のバランスを適切に調整する必要がある。その具体例としては、例えば特許文献１又は２に開示されているものが挙げられる。

特許文献１には、ブレード内の空洞部の任意の位置に調整用ウェイトを配置することが開示されており、特に、発泡樹脂を用いて調整用ウェイトを空洞部内に配置固定することが示されている。

特許文献２には、ブレードが取り付けられて回転する風車ロータの回転軸が上下方向を向くように位置させ、風車ロータの各ブレード取り付け部の先端位置に荷重支持点を配し、それらの荷重支持点でロータの重量を支え、各荷重支持点での荷重をロードセルで測定し、各荷重支持点での荷重測定値が略同一となるように、ロータに調整用ウェイトを付加することによって回転バランスを調整する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、調整用ウェイトを挿入可能な開口部を予め確保する必要があり、ブレード全体の機械的強度が低下する原因となる。また、一つのブレードの翼端、翼央、翼根など複数の箇所の重量を調整する場合には、調整用ウェイトも複数の重量や形状のものを用意し、さらに固定位置も慎重に設定することが必要となるなど、調整作業が極めて煩雑化する。

また、特許文献２に記載の方法は、ロータにウェイトを取り付けるものであり、ブレード自体の重量及び重心は調整していない。このため、ブレード毎に重量や重心に大きなバラツキがある場合には、依然として風車の回転がアンバランスなものとなり、エネルギー変換効率の低下や風車の耐久性の低下などの問題を解消することができない。また、特許文献２に記載の方法は、ロータ外壁にウェイトを付加するものであるため、ウェイト自体が空気抵抗を生んで風車の効率を低下させ、外観の形状も損なう。しかも、ウェイトが常に外気に触れているため経年劣化も発生しやすい。

特開平７−２７９８１９号公報 特開２００５−１４６８９８号公報

本発明が解決しようとする課題は、上記の問題を解決し、不要な重量増加を抑えながら、各ブレード間の重心及び総重量のアンバランスを解消し、ブレードの回転運動に伴う振動発生を抑制し、エネルギー変換効率の向上や風車の耐久性向上が可能な、ブレードの重量調整方法及びその方法を用いたブレードを提供することである。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、風車に用いられ、中空部を有するブレードの重量調整方法において、該ブレードの重量を調整する位置に、該中空部に連通する穿孔部を設け、該穿孔部より、該中空部に、該ブレードの重量を調整する重量調整材を注入し、該重量調整材は、該中空部に注入後固化し、該中空部内で該ブレードの内壁と接着固定されることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のブレードの重量調整方法において、該重量調整材は、シーリング材であることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載のブレードの重量調整方法において、該穿孔部は、該重量調整材又は、該ブレードに用いられている材料と同じ材料で塞がれていることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載されたブレードの調整方法を用いて重量を調整されたことを特徴とするブレードである。

請求項５に係る発明は、請求項４に記載のブレードにおいて、該ブレードは、繊維強化プラスチック、軽金属、又は木材のいずれかを用いて形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、風車に用いられ、中空部を有するブレードの重量調整方法には、該ブレードの重量を調整する位置に、該中空部に連通する穿孔部を設け、該穿孔部より、該中空部に、該ブレードの重量を調整する重量調整材を注入し、該重量調整材は、該中空部に注入後固化し、該中空部内で該ブレードの内壁と接着固定されることを特徴とするため、不要な重量増加を抑えながら、各ブレードの重心及び総重量のアンバランスを解消することが可能である。しかも、必要な箇所に重量調整材を注入可能な程度の小さな穿孔部を設けるだけで良いため、調整用ウェイト等を内部に挿入するための開口部を設ける必要がなく、ブレードの機械的強度を低下させず、ブレードの外観形状にも影響を与えない。

請求項２に係る発明により、重量調整材は、シーリング材であるため、重量調整材とブレードとの接着性が良好で、ブレードの中空部に注入後、重量調整材がブレード内壁と確実に密着固定されて位置が変動することなく、風車の挙動が不安定になることがない。また、ペースト状のシーリング材を用いることで、内部に注入しても広がらず、必要な箇所に必要な重量分だけ、重量調整材を配置することが可能となる。

請求項３に係る発明により、穿孔部は、重量調整材又はブレードに用いられている材料と同じ材料で塞がれていることを特徴とするため、穿孔部がブレード周りの風流に影響を与えることがない。また、重量調整材で塞いだ場合は、穿孔部を材料を変えずに塞ぐことができ閉塞作業を簡単に行うことができる。また、ブレードと同じ材料で塞いだ場合には、穿孔部による機械的強度の低下をより抑制することも可能となる。また、ブレードの劣化と穿孔部を閉塞している材料の劣化を同じにでき、外観形状が穿孔部から劣化する抑制することもできる。

請求項４に係る発明により、風車に用いられるブレードは、請求項１乃至３のいずれかに記載した方法で重量を調整されているため、各ブレード間の重心及び総重量のアンバランスが解消され、ブレードの回転運動に伴う振動発生を抑制し、エネルギー変換効率の向上や風車の耐久性が向上したブレードを提供することができる。しかも、ブレードに設けた穿孔部を利用して、内部に重量調整材を注入する方法であるため、ブレードの外観形状を損なうことも無い。

請求項５に係る発明により、ブレードは、繊維強化プラスチック、軽金属、又は木材のいずれかを用いて形成されているため、多種多様なブレードを提供することができると共に、いずれのブレードであっても、効果的に重量調整を行うことが可能となる。

本発明に用いるブレードを説明する図である。（ａ）が平面図、（ｂ）が側面図である。 図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。 本発明の一実施例における、ブレードの重量測定方法を説明する図である。 本発明の一実施例における、重量調整材の注入方法について説明する図である。

以下、本発明のブレードの重量調整方法とその方法を用いたブレードについて、好適例を用いて詳細に説明する。
本発明のブレードの重量調整方法に用いるブレードについて、図１及び図２に、一つの実施形態を示す。図１は、ブレード１の概観を示した図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は側面図である。そして、図２（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面図を示している。

ブレード１は、図１に示すように、風車の回転軸（不図示）と接続するための接続部１１と、風を受けるブレード部１２とから構成される。また、図１（ａ）のＡ−Ａ’における断面図である図２に示すように、ブレード１は上型成形品（例えば、曲面部）２１と下型成形品（例えば、平面部）２２とを有する。ブレードの形状は、ブレードを使用する風車の種類に応じて、種々の形状に設計される。

上型成形品２１と下型成形品２２とは、別々に形成され、図２に示すように接着材２４により接着固定されている。上型成形品２１の内壁にはフランジ２３が形成されており、このフランジにより上型成形品２１と下型成形品２２とが接着材を介して接する面積が大きくなり、両者の接着固定を確実なものにしている。

本発明に係るブレードは、軽量性や耐久性等の観点から、繊維強化プラスチック、特にガラス繊維強化プラスチックを使用して形成することが好ましい。本実施例もガラス繊維強化プラスチックで形成したものについて説明するが、その目的やデザイン等に応じて他の繊維強化プラスチック、軽金属、木材等種々の素材を使用することも可能である。

本発明が適用されるブレードは、図２に示すように、ブレード１内部に中空部２５が形成されていることが必要である。このためには、上型成形品２１や下型成形品２２には、繊維強化プラスチックなどの機械的強度の高い素材を用いることが必要である。

ブレード１は、形成する際に投入する原材料の量の微差等により、それぞれの重量や重心において多少のバラツキが生じる。重心や重量の差異が生じたブレードを風車に用いた場合には、既に述べたように、複数のブレードの重心が回転軸の中心からずれ、風力を回転運動に変換するエネルギー変換効率が低下したり、風車の破損・損傷などの問題を招くおそれがある。

本発明に係るブレードの重量調整方法の特徴は、ブレードの、重量を調整する部分に穿孔部を設け、その穿孔部に重量調整材を注入することにより、ブレードに生じる重量や重心のばらつきを調整することである。

ブレード間に生じる重量のばらつきはブレードの根本から先端のいずれの部分においても生じ得るため、各ブレードの重量バランスをできるだけ正確に調整するためには、ブレード中のなるべく多くの部分において重量を調整することが好ましい。また、調整を簡便にするため、図１（ａ）のように、ブレードのバランスラインＢＬ（一点鎖線）に沿った位置のみに穿孔部を設けることも可能である。

ブレードに設ける穿孔部の大きさは、１ｃｍ以下が好ましい。通常、数メートルの長さのブレードが使用されるため、穿孔部による機械強度低下を避けるため、穿孔部の大きさは、１ｃｍ以下としている。当然、穿孔部の大きさは小さい程好ましいが、重量調整材を注入する際に、注入ノズルが挿入できる程度の開口は必要である。

本発明の実施例としては、ブレードを複数の部分（翼端，翼央，翼根など）に分け、それぞれに対して所定の重量を予め設定し、それら複数の部分の各重量を測定し、測定重量が設定値に満たない場合に、重量調整材を注入することによって重量調整を行う。

ブレードの各部の重量を測定するには、図３に示すような、秤３１を有する吊秤３を天井から吊り下げ、吊秤３にブレード１を載せてブレード１の各部分の重量を測定する。図３では、ブレード１の先端部分（翼端）及びブレード１の根本部分（翼根）に対応する位置にそれぞれ吊秤を設け、ブレード１の翼端と翼根の２か所の重量を測定する場合について例示しているが、所望する測定精度や、測定するブレードの長さによっては、吊秤の本数や位置を適宜調節し、ブレードの翼端と翼根以外の部分の重量も測定し、重量調整することが可能である。

また、重量を測定する部分に対して予め定める重量の設定値は、所望するブレードの重量や重心位置によって適宜設定可能である。また、予め設定値を定めず、風車に一組として用いる複数のブレードのそれぞれに対してブレードの各部分の重量を測定し、それらの中での最大値に合せて、他の部分の重量を調整するということも可能である。

また、ブレードの重量を調整する際には、ブレードの重量を測定し、ブレードを吊秤から降ろして別の場所にて重量調整作業行うことも可能であるが、吊秤に載せたまま重量調整作業を行う方が、重量を測定しながら作業することができるため、好適である。

次に、ブレードの重量を調整する部分に対して、重量調整材を注入して重量を調整する方法について説明する。

本発明の重量調整方法をブレード１に対して施工するには、図４に示すように、ブレード１に、ブレード１の中空部２５に連通する穿孔部５を設け、穿孔部５より、重量調整材注入器６を道いて重量調整材４をブレード１内の中空部２５内に注入する。

重量調整材４は、中空部２５内に注入された後、外気と触れながら時間が経過することにより固化し、ブレード１の内壁と接着固定される。重量調整材に用いる材料としては、ブレード１との密着性、接着性が高いものを用いることが好適であり、特に、建築材として良く使用されるシリコンシーラントなどのシーリング材を用いることが好ましい。また、繊維強化プラスチックに使用する樹脂や樹脂パテ（不飽和ポリエステルやビニルエステル等、化学反応で硬化）を用いて繊維強化プラスチックのブレードとの結合を強固にすることも可能である。

重量調整材は、重量が密度が高いもの程、少量の注入で重量調整できるため、密度が高いものが好ましい。また、ペースト状のように、ある程度の粘性がある方が、注入した場所で広がらずに固化するため、所定の部分の重量を確実に調整することができる。さらに、後述するように、穿孔部を封止するのに重量調整材を使用する場合には、ペースト状であることがより好ましい。

重量調整材４を穿孔部５から注入後、穿孔部５をそのまま塞がずにいると、ブレードの外観形状が損なわれ、また穿孔部周りの風流が乱れたり雨や塵などが中空部２５内に入り込んでブレード１の性能を低下させる原因となる。

従って、重量調整材４を投入後、穿孔部５を塞ぎ、さらに、外観形状を整え、また風流を乱さないように、表面を滑らかに仕上げ加工することが好ましい。例えば、図４（ｂ）のように、ブレード１の下側に穿孔部５を設け、下側から注入器６を用いて重量調整材４を注入した場合には、重量調整材４が穿孔部５を中心として広がり、注入器６を取り外しても、重量調整材が穿孔部を塞ぐことになる。その後、ブレード１の外壁に付着した重量調整材を除去し、表面を滑らかになるように処理すればよい。

一方、図４（ｃ）に示すように、穿孔部５をブレード１の上側に設けた場合には、重量調整材４は、注入後、大部分が内部の下側に溜まり固化する。穿孔部５を塞ぐには、図４（ｃ）のように、注入器６を用いて、穿孔部５を塞ぐように穿孔部５の近傍に重量調整材４を接着させる。そして、重量調整材４が固化又は固化する前に余剰な重量調整材を除去し、全て固化した後、表面を、ブレード１の外壁と連続的に滑らかになるように加工する。

穿孔部５を塞ぐ方法としては、重量調整材を使用する以外に、ブレード１と同じ材料を用いても、穿孔部を塞ぐことも可能である。ブレードと同じ材料を用いて穿孔部を塞ぐには、ブレードが繊維強化プラスチック等で形成されている場合は穿孔部と同じサイズに材料を形成し、穿孔部に嵌合させて溶接や電着による接着後、表面を滑らかにするように加工する。ブレードの材料として、軽金属や木材等の、溶接や電着が容易でない材料を用いている場合には、穿孔部と同じサイズに形成後、接着材等で接着し、表面を滑らかに加工する。このようにブレードと同じ材料で穿孔部を塞ぐことによって、ブレードの機械的強度の低下を抑制すると共に、穿孔部跡をより目立たなくすることが可能となる。

本実施例においては、ブレード１の中央部に穿孔部を設け、重量調整材４を注入しているが、ブレードの重量又は重心バランスによっては、図４に示した断面図の左右端部付近に穿孔部を設けて重量調整材を注入し、重量並びに重心位置を調整してもよい。

以上、本発明の実施例について図面に基づき説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。

以上説明したように、本発明によれば、不要な重量増加を抑えながら、各ブレード間の重心及び総重量のアンバランスを解消し、ブレードの回転運動に伴う振動発生を抑制し、エネルギー変換効率の向上や風車の耐久性向上が可能な、ブレードの重量調整方法及びその方法を用いたブレードを提供することが可能となる。

１ ブレード
３ 吊秤
４ 重量調整材
５ 穿孔部
６ 重量調整材注入器
１１ 接続部
１２ ブレード部
２１ 上型成形品（曲面部）
２２ 下型成形品（平面部）
２３ フランジ
２４ 接着材
２５ 中空部
３１ 秤

Claims (5)

1. 風車に用いられ、中空部を有するブレードの重量調整方法において、
   該ブレードの重量を調整する位置に、該中空部に連通する穿孔部を設け、
   該穿孔部より、該中空部に、該ブレードの重量を調整する重量調整材を注入し、
   該重量調整材は、該中空部に注入後固化し、該中空部内で該ブレードの内壁と接着固定されることを特徴とするブレードの重量調整方法。
2. 請求項１に記載のブレードの重量調整方法において、
   該重量調整材は、シーリング材であることを特徴とするブレードの調整方法。
3. 請求項１又は２に記載のブレードの重量調整方法において、
   該穿孔部は、該重量調整材又は、該ブレードに用いられている材料と同じ材料で塞がれていることを特徴とするブレードの重量調整方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載されたブレードの調整方法を用いて重量を調整されたことを特徴とするブレード。
5. 請求項４に記載のブレードにおいて、
   該ブレードは、繊維強化プラスチック、軽金属、又は木材のいずれかを用いて形成されていることを特徴とするブレード。

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