JP2012246815A

JP2012246815A - 風力発電用ブレード

Info

Publication number: JP2012246815A
Application number: JP2011118296A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Fujita; 泰宏藤田; Atsutoshi Muto; 厚俊武藤; Jun Suzuki; 潤鈴木; Toshiaki Ueda; 俊明植田
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-12-13

Abstract

【課題】風力発電用ブレードに関し、ブレード本体に設けた主要強度部材への雷撃損傷を抑制する。
【解決手段】主要強度部材を有する中空形状のブレード本体１ａと、ブレード本体１ａに設けた金属製先端受雷部２と、金属製先端受雷部２とアースとの間に電気的に接続されるＬＥ側ダウンコンダクタ３１又はＴＥ側ダウンコンダクタを有し、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１又はＴＥ側ダウンコンダクタが、リーディングエッジ４側又はトレーリングエッジ５側に寄せてブレード長手方向に沿って配設され、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１又はＴＥ側ダウンコンダクタ周囲のブレード本体１ａ外表面に、ＬＥ側導電性材料３１又はＴＥ側導電性材料が被覆され、ＬＥ側導電性材料３１又はＴＥ側導電性材料とＬＥ側ダウンコンダクタ３１又はＴＥ側ダウンコンダクタが電気的に接続されている。
【選択図】図７

Description

この発明は、ブレード本体に設けた主要強度部材への雷撃損傷を抑制する風力発電用ブレードに関するものである。

風力発電所は、強い風が安定して吹く、いわゆる風況の良い地域に建設されることが好ましいが、このような地域は、周辺に高い山や木々が存在しない、開けた土地であることが多い。また、近年では平地の好適地が限られつつあるため、山岳地域に風力発電所を建設する例もみられる。このような開けた土地や、山岳地域にブレード先端高さが１００ｍ前後に及ぶ風車を建設した場合、雷撃を受けやすくなるのは自明であり、実際に毎年多数の風車が落雷被害をこうむっている。特に落雷の被害を受けやすいのが、形状的に電界が集中しやすく、雷雲との距離も短いブレードである。落雷によってブレードが大きな損傷を受けると、その修復に多大な時間とコストがかかる場合が多い。

そこで、風力発電用ブレードの耐雷性を高めるため、これまで様々な工夫がなされてきた。例えば、特許文献１では、アルミニウム製のブレード先端材をブレード本体に設けることで、ＦＲＰ製のブレード本体の雷撃損傷を効果的に防止できるとしている。
特許文献２、３は、ブレード本体表面の全面を導電性材料で被覆する手段が提案されており、ブレード表面のいかなる位置で雷撃を受けてもＦＲＰ製のブレード本体の損傷を軽微に抑えられるとしている。
また、特許文献４では、導電性帯をリーディングエッジ（ＬＥ、前縁部）あるいはトレーリングエッジ（ＴＥ、後縁部）の全長にわたって固着した上で、接地させたブレードを提案している。また、特許文献５では、リーディングエッジ（ＬＥ）、トレーリングエッジ（ＴＥ）の導電性帯に加え、両エッジを電気的に接続する連結帯を設けたブレードについて提案されている。
特許文献６、７では、ブレード本体の前後方向に沿って導電性材料を配置する耐雷性向上策について考案している。

特開２００５−１１３７３５号公報特開２００４−２４５１７４号公報特開２００５−１７１９１６号公報特開２０１０−２２３１４７号公報特開２００９−１１５０５２号公報特開２００８−１１５７８３号公報特開２００９−３０５９７号公報

はじめに、一般的な風力発電用ブレードの構造を簡単に説明する。ブレードの全体図を図１８に、断面図を図１９に例示する。風力発電用ブレード１は、主にＦＲＰの外殻で構成された中空構造となっており、前縁部であるリーディングエッジ４（ＬＥ）、後縁部であるトレーリングエッジ５（ＴＥ）、正圧面であるプレッシャーサイド６（ＰＳ）、負圧面であるサクションサイド７（ＳＳ）から構成される。また、プレッシャーサイド６、サクションサイド７でフラップ面が構成される。風車供用中には、ブレード１を折り曲げるような荷重もかかるため、ブレード１内部が中空のままでは、容易に座屈に至ってしまう。そこで、フラップ面の中央付近に一方向繊維強化プラスチックからなるＰＳ側ガーダー８１、ＳＳ側ガーダー８２を配置するとともに、ＰＳ側ガーダー８１、ＳＳ側ガーダー８２の間にスティフナ９を接着することで、座屈強度を飛躍的に向上させている。このように、ＰＳ側ガーダー８１、ＳＳ側ガーダー８２、およびスティフナ９は、ブレード１の座屈を防ぐ主要強度部材であるため、これらに損傷が生ずると、ブレード寿命を著しく損なう結果となる。

市販されている大半の風力発電用ブレードの耐雷性向上対策として、特許文献１のように先端受雷部２が取り付けられており、ダウンコンダクタ３を経由してアースしている。ここで、製造上の利便性の観点から、ダウンコンダクタ３は、特許文献６、７の掲載図にもみられるようにスティフナ９に沿って配置されている。

ところで、これまで我々が実施してきた落雷被害調査や、模擬試験体を用いた雷撃試験の結果から、先端に金属製受雷部２を設けただけのブレードでは、雷撃対策として十分ではないことが分かった。大部分の雷撃は金属製の先端受雷部２に誘導されるが、一部の雷撃は先端受雷部２を外れてＦＲＰを貫通損傷してしまった。これは、ブレード１内部に配線されたダウンコンダクタ３が、雷を誘導することに起因する。すなわち、ダウンコンダクタ３がスティフナ９に沿って配置されているような従来のブレードは、雷撃の途中経路に位置するＰＳ側ガーダー８１、ＳＳ側ガーダー８２の損傷を生じやすいことが明らかになった。前述のとおり、ガーダーは主要強度部材であるため、雷撃の貫通損傷が生じることは大きな問題である。

一方、特許文献２、３のように、導電性材料をブレード本体表面の全面にわたって被覆するものでは、ＦＲＰ製ブレード本体の貫通を含め、雷撃損傷を効果的に緩和できるものと考えられる。しかし、日本海沿岸などの強雷地域でしばしば観測される大電流雷に対して、この導電性材料が十分な耐久性を保つためには、相当の被覆厚さが必要となる。ブレード表面の全域にこのような肉厚の導電性材料被覆を施すことにより、ブレードの重量が増加することはもちろんであるが、ＦＲＰと導電性材料との剛性や熱膨張率の違いのために、供用中のブレードのたわみや温度変化によって導電性材料がＦＲＰから剥離するという悪影響が考えられる。

特許文献４、５では、ＬＥやＴＥの外表面に固着させた導電性帯で雷撃を受け、さらにこの導電性帯を通じて雷撃電流をハブまで流す考案を開示している。しかしながら、このように外表面に敷設した導電性帯では、落雷の衝撃や供用中のブレード変形によって破損、脱落する可能性があり、最大数百ｋＡにも達する雷撃電流を流す用途には不向きである。
特許文献６、７では、ブレード前後方向に導電性材料が被覆された箇所の付近ではガーダーを保護できるものの、その中間位置において、ガーダーを貫通してダウンコンダクタへ落雷する可能性は否定できない。

本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、ブレード本体に主要強度部材が設けられているブレードにおいて、これら主要強度部材への雷撃損傷を抑制することを目的としたものである。

すなわち、本発明の風力発電用ブレードのうち、第１の本発明は、フラップ面を表裏に有し、長手方向に沿ってリーディングエッジとトレーリングエッジとを両端に有する中空形状のブレード本体と、前記フラップ面を形成する表裏のプレッシャーサイドとサクションサイド間の中空部に、前記プレッシャーサイドとサクションサイド間に亘って配置された主要強度部材と、前記ブレード本体に設けられた金属製受雷部と、前記金属製受雷部とアースとの間に電気的に接続されるダウンコンダクタとを有し、
前記ダウンコンダクタが、前記ブレード本体内の一部または全部において、前記リーディングエッジまたは前記トレーリングエッジと前記主要強度部材との間で、前記リーディングエッジ側および前記トレーリングエッジ側の一方または両方に寄せて前記長手方向に沿って一系統または二系統で配設されていることを特徴とする。

第２の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１の本発明において、前記ダウンコンダクタを挟む前記プレッシャーサイドおよびサクションサイドの両外表面を少なくとも覆うように前記プレッシャーサイドおよびサクションサイドの外表面に導電性材料が被覆されており、前記導電性材料と前記ダウンコンダクタとが電気的に接続されていることを特徴とする。

第３の本発明の風力発電用ブレードは、前記第２の本発明において、前記導電性材料は前記金属製受雷部を介して前記ダウンコンダクタに電気的に接続されていることを特徴とする。

第４の本発明の風力発電用ブレードは、前記第２または第３の本発明において、前記導電性材料の被覆範囲が、前記リーディングエッジまたはトレーリングエッジ外表面を覆って前記プレッシャーサイド側およびサクションサイド側に連続するとともに、前記プレッシャーサイドおよび前記サクションサイド両外表面における前記ダウンコンダクタの厚さ方向投影線から前記主要強度部材側に０．１ｍ〜２ｍオフセットした位置まで至ることを特徴とする。

第５の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記金属製受雷部として前記ブレード本体の先端側に設けられた先端受雷部を有することを特徴とする。

第６の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記金属製受雷部として前記ブレード本体の前記プレッシャーサイドまたは前記サクションサイドに設けられた１または２以上の中間受雷部を有することを特徴とする。

第７の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記導電性材料の被覆範囲が、前記ブレード本体の長手方向において、ブレード本体先端からブレード長の１／１０〜１／２に至る範囲であることを特徴とする。

第８の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１〜第７の本発明のいずれかにおいて、前記導電性材料の被覆厚さが、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする。

第９の本発明の風力発電用ブレードは、前記第１〜第８の本発明のいずれかにおいて、前記導電性材料表面に塗装が施されていることを特徴とする。

本発明によれば、ダウンコンダクタがリーディングエッジやトレーリングエッジのエッジ寄りに配置されていることで、雷撃が金属製受雷部を外れてダウンコンダクタに誘導されたとしても、主要強度部材の損傷を抑制する。
また、ダウンコンダクタ近傍のブレード本体外表面を導電性材料で被覆することで、ダウンコンダクタに誘導された雷撃が導電性材料で受雷され、雷撃電流が導電性材料を経由して、ダウンコンダクタまたは最寄りの受雷部を介してダウンコンダクタに流れるため、ダウンコンダクタ近傍のＦＲＰ損傷も抑制することができる。

金属製受雷部は、ブレード本体に設けられており、金属製受雷部としては、ブレード本体の先端に設けられた先端受雷部やブレード本体の基端部と先端部との間に設けられた中間受雷部が示される。中間受雷部は、１個の他、複数個であってもよい。本発明においては、先端受雷部の配置を必須として、中間受雷部の有無およびその数を問わないものが代表的である。ただし、これに限定されない。

金属製受雷部の形状も本発明としては特に限定されるものではなく、アンカー部の有無も特に限定されるものではない。
金属製受雷部は、導電性と耐食性を有した金属、合金から選択する。中でも、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金が好ましい。また、先端受雷部と中間受雷部との間で材質を異にするなど、受雷部間で材質を変えるようにしてもよい。

ブレード本体は、金属以外の材質であり、通常はＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で構成される。また、ＦＲＰを主成分とし、一部に木材や発泡体などを用いた複合体とするものであってもよい。
ブレード本体の形状は本発明としては特に限定されるものではなく、適宜形状を採択することができるが、フラップ面を表裏に有し、長手方向に沿ってリーディングエッジとトレーリングエッジとを両端に有する。フラップ面は、ブレード本体における表裏のプレッシャーサイドとサクションサイドとによって構成される。

本発明では、ブレード本体に主要強度部材を有している。主要強度部材は、ブレード本体の強度を向上させるものであり、その構造等は特に限定されるものではないが、ブレード本体の中空部の最大サイズ部分などを補強する。主要強度部材としてはプレッシャーサイドやサクションサイドの内面に沿って配置される部材や、プレッシャーサイドとサクションサイドとに亘って配置される部材などによって構成される。なお、主要強度部材は、所望の強度が得られるように方向性繊維強化プラスチックなどによって構成されるものであってもよい。

ダウンコンダクタは、金属製受雷部に接続され、ブレード本体内でブレード本体長手方向に沿って配設される。従来は、主要強度部材のスティフナに添設するなどして配設しているが、本発明では、リーディングエッジまたはトレーリングエッジと主要強度部材との間で、リーディングエッジまたはトレーリングエッジ寄りに配設する。通常は、できるだけブレード本体内でリーディングエッジまたはトレーリングエッジに近接して配置するが、トレーリングエッジ側の中空部形状は鋭角な形状を有し、リーディングエッジ側はプレッシャーサイド、サクションサイドとの接着部面積も広いため、ダウンコンダクタを作業上無理なく配設するためには、ブレード本体内端縁からやや離す必要がある。通常は、端縁から０．０５ｍ〜０．５ｍの距離で配設すればよい。０．０５ｍ未満であると配設作業が難しくなり、０．５ｍを越えると、中央付近に配置した主要強度部材への雷撃の可能性が増加してしまう。

ダウンコンダクタは、リーディングエッジ寄りまたはトレーリングエッジ寄りのいずれか一系統でもよく、また、リーディングエッジ寄りおよびトレーリングエッジ寄りの二系統とすることもできる。

ブレード本体は、ダウンコンダクタをブレード本体の厚さ方向で挟むプレッシャーサイドおよびサクションサイドの両外表面に、導電性材料を被覆したものとすることができる。
導電性材料は、ダウンコンダクタを挟む部分の外表面を少なくとも覆うように被覆される。プレッシャーサイド側およびサクションサイド側の導電性材料は互いに連続してリーディングエッジまたはトレーリングエッジを覆うものが望ましい。さらには、ダウンコンダクタのプレッシャーサイドおよびサクションサイドへの厚さ方向投影位置から主要強度部材側に０．１ｍ〜２ｍオフセットした位置まで導電性材料が被覆されているのが望ましい。０．１ｍ未満にまでしか導電性材料が被覆されていないと、ダウンコンダクタに雷撃が誘導された際に、導電性材料内側のプレッシャーサイドやサクションサイドに損傷が生じやすくなる。一方、導電性材料の被覆範囲が２ｍを越えても効果が飽和するのみであり、風力発電用ブレード全体の重量が増してしまう。

導電性材料はダウンコンダクタと電気的に接続されている。導電性材料とダウンコンダクタとは直接に接続される他、受雷部を介して間接的に接続されるものであってもよい。導電性材料には、導電性と耐食性を有した金属、合金から選択する。中でも、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金が好ましい。導電性材料は、金属メッシュ、金属箔、金属メッキ、金属溶射、導電性塗料などの形態で被覆される。

導電性材料の被覆厚さは本発明としては特定の範囲に限定しないが、雷撃に対する耐久性と、接着強度との観点から決定することができる。例えば、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下が望ましい。
０．１ｍｍ未満であると雷撃に対する耐久性の点で充分と言えない。また、１０ｍｍを越えると接着強度が低下し、剥離などがしやすくなる。このため、導電性材料の被覆厚さは上記範囲が望ましい。また、同様の範囲で下限を０．５ｍｍ、上限を３ｍｍとするのが一層望ましい。

また、導電性材料の被覆範囲は、ブレード本体の長手方向において、ブレード本体先端からブレード長の１／１０〜１／２に至る範囲とするのが望ましい。ブレード本体先端側に先端受雷部を備える場合、前記ブレード本体先端は、先端受雷部を含む先端である。
雷撃は、ブレード本体の先端からある程度基部よりに至る範囲に加わりやすい。このため、導電性材料の被覆範囲をブレード長手方向で限定した範囲内とすることが可能である。但し、導電性材料の被覆範囲をブレード長の１／１０よりも短い範囲とすると、導電性材料が被覆されている範囲よりもブレード本体基部側で雷撃がダウンコンダクタに誘導されてブレード本体に損傷を与えるおそれが大きくなる。また、導電性材料の被覆範囲がブレード長の１／２を越えても、雷撃はブレード長の１／２を越えるエリアには落ちにくく、効果が飽和する。さらにブレード長の１／２を越える範囲にまで導電性材料で被覆すると、ブレード本体の重量が無駄に増してしまう。このため、導電性材料の被覆範囲をブレード長の１／１０〜１／２の範囲内とするのが望ましい。

なお、上記導電性材料のブレード長手方向の被覆範囲に併せてダウンコンダクタを前記リーディングエッジ寄りまたは前記トレーリングエッジ寄りに配設するようにしてもよい。すなわち、導電性材料の長手方向の被覆範囲を最小の範囲としてダウンコンダクタの配置をリーディングエッジ寄りまたはトレーリングエッジ寄りとする。また、当然にブレード本体の全長に亘ってダウンコンダクタをリーディングエッジ寄りまたはトレーリングエッジ寄りに配設することができる。リーディングエッジ寄りまたはトレーリングエッジ寄りにダウンコンダクタを配設しない部位ではダウンコンダクタの配設位置は主要強度部材に添設するなどしてもよい。また、二系統のダウンコンダクタを有する場合、リーディングエッジ寄りまたはトレーリングエッジ寄りにダウンコンダクタを配設しない長手方向の範囲では二系統のダウンコンダクタを束ねて配設することも可能である。

さらに、美観を向上させるため、被覆した導電性材料の上にパテや塗料による塗装を施してもよい。塗装はその他のブレード本体と同一色とすることで一体性をだすことができる。

本発明では、金属製受雷部を設け、ガーダーやスティフナなどの主要強度部材が配置されている風力発電用ブレードにおいて、ダウンコンダクタをリーディンググエッジやトレーリングエッジ寄りに配置することで、雷撃が金属製受雷部を外れてダウンコンダクタに誘導されたとしても、主要強度部材の貫通損傷を効果的に抑制することができる。
加えて、エッジ寄りに配置したダウンコンダクタ近傍のブレード本体外表面を導電性材料で被覆することで、ダウンコンダクタに誘導された雷撃を外表面の導電性材料で受雷できる。導電性材料を経由して、雷撃電流は最寄りの受雷部を介するなどして流れるため、ダウンコンダクタ近傍のブレード本体損傷も抑制することができる。

本発明の一実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。同じく、ブレード本体の長手方向に直交する断面図である。本発明の他の実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。同じく、ブレード本体の長手方向に直交する断面図である。本発明のさらに他の実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。同じく、ブレード本体の長手方向に直交する断面図である。本発明の他の実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。同じく、ブレード本体の長手方向に直交する断面図である。同じく、導電性材料の被覆範囲を説明するための一部拡大図である。本発明の他の実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。同じく、ブレード本体の長手方向に直交する断面図である。本発明のさらに他の実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。同じく、ブレード本体の長手方向に直交する断面図である。本発明のさらに他の実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。本発明のさらに他の実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。本発明のさらに他の実施形態の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。ブレード本体の長手方向に直交する断面図である。従来の風力発電用ブレード１の全体を示す図である。同じく、ブレード本体の長手方向に直交する断面図である。

（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態を図１、２に基づいて説明する。
図１は、風力発電用ブレード１の全体を示すものであり、図２は、ブレード本体１ａについて長手方向と直交する断面図である。
風力発電用ブレード１は、全体形状を形成し、ＦＲＰで構成された中空のブレード本体１ａを有している。該ブレード本体１ａは、表裏のプレッシャーサイド６とサクションサイド７によってフラップ面が形成され、長手方向両端にリーディングエッジ４、トレーリングエッジ５が位置している。

また、ブレード本体１ａの中空部の最大サイズ部分周辺では、プレッシャーサイド６内面とサクションサイド７内面に亘って本発明の主要強度部材８が設けられている。主要強度部材８は、プレッシャーサイド６内面に沿った形状のＰＳ側ガーダー８１とサクションサイド７内面に沿った形状のＳＳ側ガーダー８２と、ＰＳ側ガーダー８１とＳＳ側ガーダー８２との間に介設したスティフナ９とを有している。

上記形状のブレード本体１ａには、先端に金属製先端受雷部２が設けられている。金属製先端受雷部２は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。先端受雷部２とブレード本体１ａとは表面が面一に形成されている。先端受雷部２には、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１が接続されており、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は、先端受雷部２に電気的に接続し、ブレード本体１ａの根元まで配線した後、図示しないハブ、ナセル、タワー等を経由し、接地している。ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は十分大きな断面積を有した導線により構成することで、人身傷害や機器損傷を伴わずに雷撃電流をアースに流すことができる。ただし、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は、ブレード本体１ａ内の中空部で、リーディングエッジ４に近接して配設されている。したがって、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は、リーディングエッジ４と主要強度部材８との間で、リーディングエッジ４側に寄せて位置している。

次に、上記実施形態の風力発電用ブレード１の動作について説明する。風力発電用ブレード１は、プレッシャーサイド６を正圧面、サクションサイド７を負圧面として、風を受けて回転する。この際に、ブレード本体１ａは、主要強度部材８によって、折り曲げ応力に対する強度が高められている。この風力発電用ブレード１に対し、落雷があると雷撃が先端受雷部２に誘導される場合がある。この場合、先端受雷部２で受雷し、雷撃電流は、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１さらにアースへと流れて先端受雷部２近傍のブレード本体１ａや主要強度部材８の損傷が防止される。

（実施形態２）
次に、他の実施形態を図３、４に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付しており、必要に応じて省略または簡略化する。
図３は、風力発電用ブレード１の全体を示すものであり、図４は、ブレード本体１ａについて長手方向と直交する断面図である。
風力発電用ブレード１は、中空のブレード本体１ａを有し、該ブレード本体１ａは、プレッシャーサイド６とサクションサイド７によってフラップ面が形成され、長手方向両端にリーディングエッジ４、トレーリングエッジ５が位置している。

また、ブレード本体１ａには主要強度部材８が設けられている。主要強度部材８は、プレッシャーサイド６内面に沿った形状のＰＳ側ガーダー８１とサクションサイド７内面に沿った形状のＳＳ側ガーダー８２と、ＰＳ側ガーダー８１とＳＳ側ガーダー８２との間に介設したスティフナ９とを有している。

上記形状のブレード本体１ａには、先端に前記実施形態と同様に金属製先端受雷部２が設けられている。金属製先端受雷部２は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。先端受雷部２には、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２が接続されており、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２は、先端受雷部２に電気的に接続し、ブレード本体１ａの根元まで配線した後、図示しないハブ、ナセル、タワー等を経由し、接地している。ＴＥ側ダウンコンダクタ３２は十分大きな断面積を有した導線により構成することで、人身傷害や機器損傷を伴わずに雷撃電流をアースに流すことができる。ただし、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２は、ブレード本体１ａ内の中空部で、トレーリングエッジ５に近接して配設されている。したがって、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２は、トレーリングエッジ５と主要強度部材８との間で、トレーリングエッジ５側に位置している。

この実施形態でも、先端受雷部２に誘導される雷撃は、先端受雷部２で受雷され、雷撃電流は先端受雷部２を介してＴＥ側ダウンコンダクタ３２に流れ、さらにはアースに流れてブレード本体１ａや主要強度部材８に対する損傷を防止する。

（実施形態３）
次に、他の実施形態を図５、６に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付しており、必要に応じて省略または簡略化する。
図５は、風力発電用ブレード１の全体を示すものであり、図６は、ブレード本体１ａについて長手方向と直交する断面図である。

風力発電用ブレード１は、中空のブレード本体１ａを有し、該ブレード本体１ａは、プレッシャーサイド６とサクションサイド７によってフラップ面が形成され、長手方向両端にリーディングエッジ４、トレーリングエッジ５が位置している。

上記形状のブレード本体１ａには、先端に金属製先端受雷部２が設けられている。金属製先端受雷部２は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。先端受雷部２には、二系統のＬＥ側ダウンコンダクタ３１、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２が接続されており、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２は、先端受雷部２に電気的に接続し、ブレード本体１ａの根元まで配線した後、図示しないハブ、ナセル、タワー等を経由し、接地している。
ＬＥ側ダウンコンダクタ３１、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２は十分大きな断面積を有した導線により構成することで、人身傷害や機器損傷を伴わずに雷撃電流をアースに流すことができる。

ただし、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は、ブレード本体１ａ内の中空部で、リーディングエッジ４に近接して配設されている。したがって、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は、リーディングエッジ４と主要強度部材８との間で、リーディングエッジ４側に寄せて位置している。
ＴＥ側ダウンコンダクタ３２は、ブレード本体１ａ内の中空部で、トレーリングエッジ５に近接して配設されている。したがって、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２は、トレーリングエッジ５と主要強度部材８との間で、トレーリングエッジ５側に寄せて位置している。

この実施形態では、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２によってダウンコンダクタを二系統有しており、各系統がリーディングエッジ４側とトレーリングエッジ５側とに寄せて配置されている。したがって、先端受雷部２に誘導される雷撃は、先端受雷部２で受雷され、雷撃電流は先端受雷部２を介して、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１およびＴＥ側ダウンコンダクタ３２に流れ、さらにはアースに流れてブレード本体１ａや主要強度部材８に対する損傷を防止する。

また、上記各実施形態では、ダウンコンダクタがリーディングエッジ側およびトレーリングエッジ側の一方または両方に寄せて配置されているので、万一、ダウンコンダクタに雷撃が誘導される場合にも主要強度部材８が損傷を受けるのを抑制することができる。

（実施形態４）
次に、本発明の他の実施形態を図７、８に基づいて説明する。
なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付しており、必要に応じて省略または簡略化する。
図７は、風力発電用ブレード１の全体を示すものであり、図８は、ブレード本体１ａについて長手方向と直交する断面図である。

上記形状のブレード本体１ａには、先端に前記実施形態と同様に金属製先端受雷部２が設けられている。金属製先端受雷部２は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。先端受雷部２には、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１が接続されており、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は、先端受雷部２に電気的に接続し、ブレード本体１ａの根元まで配線した後、図示しないハブ、ナセル、タワー等を経由し、接地している。ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は十分大きな断面積を有した導線により構成することで、人身傷害や機器損傷を伴わずに雷撃電流をアースに流すことができる。ただし、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は、ブレード本体１ａ内の中空部で、リーディングエッジ４に近接して配設されている。したがって、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１は、リーディングエッジ４と主要強度部材８との間で、リーディングエッジ４側に位置している。

また、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１を厚さ方向で挟むプレッシャーサイド６とサクションサイド７の外表面には、図９にも示すように、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１が厚さ方向でプレッシャーサイド６とサクションサイド７に投影される投影線から、主要強度部材８側にＬ１、Ｌ２（０．１ｍ〜２ｍ）の距離でオフセットした位置までＬＥ側導電性材料１０１が被覆されている。プレッシャーサイド６及びサクションサイド７側のＬＥ側導電性材料１０１は、リーディングエッジ４にまで達してリーディングエッジ４の外表面を覆い、互いに連続している。

なお、Ｌ１、Ｌ２は同じ距離でもよく、また、上記範囲内であれば異なる距離あってもよい。したがって、プレッシャーサイド６とサクションサイド７の外表面のＬＥ側導電性材料１０１は、上記オフセット位置からリーディングエッジ４を覆って互いに連続している。また、ＬＥ側導電性材料１０１は、ブレード長全体に亘って上記範囲で被覆されており、ブレード本体１ａの先端では先端受雷部２に電気的に接続されている。

ＬＥ側導電性材料１０１は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。ＬＥ側導電性材料１０１は、金属メッシュ、金属箔、金属メッキ、金属溶射、導電性塗料などの形態で被覆がなされるが、本発明としては特定の方法に限定されるものではない。被覆は、好適には０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲で行われる。

次に、上記実施形態の風力発電用ブレード１の動作について説明する。風力発電用ブレード１は、プレッシャーサイド６を正圧面、サクションサイド７を負圧面として、風を受けて回転する。この際に、ブレード本体１ａは、主要強度部材８によって、折り曲げ応力に対する強度が高められている。この風力発電用ブレード１に対し、落雷があると雷撃がＬＥ側ダウンコンダクタ３１に誘導される場合がある。この場合、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１を覆うＬＥ側導電性材料１０１で受雷し、雷撃電流は、ＬＥ側導電性材料１０１を経由して先端受雷部２からＬＥ側ダウンコンダクタ３１さらにアースへと流れてＬＥ側ダウンコンダクタ３１近傍のブレード本体１ａや主要強度部材８の損傷が防止される。

（実施形態５）
次に、他の実施形態を図１０、１１に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付しており、必要に応じて省略または簡略化する。
図１０は、風力発電用ブレード１の全体を示すものであり、図１１は、ブレード本体１ａについて長手方向と直交する断面図である。
風力発電用ブレード１は、中空のブレード本体１ａを有し、該ブレード本体１ａは、プレッシャーサイド６とサクションサイド７によってフラップ面が形成され、長手方向両端にリーディングエッジ４、トレーリングエッジ５が位置している。

また、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２を厚さ方向で挟むプレッシャーサイド６とサクションサイド７の外表面には、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２が厚さ方向でプレッシャーサイド６とサクションサイド７に投影される投影線から、主要強度部材８側に０．１ｍ〜２ｍの距離でオフセットした位置までＴＥ側導電性材料１０２が被覆されている。ＴＥ側導電性材料１０２は、上記オフセット位置からトレーリングエッジ５に至り、トレーリングエッジ５を覆いつつ互いに連続している。また、ＴＥ側導電性材料１０２は、ブレード長全体に亘って上記範囲で被覆されている。

ＴＥ側導電性材料１０２は、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金で構成されている。ＴＥ側導電性材料１０２は、金属メッシュ、金属箔、金属メッキ、金属溶射、導電性塗料などの形態で被覆がなされるが、本発明としては特定の方法に限定されるものではない。被覆は、好適には０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の範囲で行われる。

この実施形態でも、ＴＥ側導電性材料１０２に誘導される雷撃は、ＴＥ側導電性材料１０２で受雷され、雷撃電流はＴＥ側導電性材料１０２および先端受雷部２を介してＴＥ側ダウンコンダクタ３２に流れ、さらにはアースに流れてブレード本体１ａや主要強度部材８に対する損傷を防止する。

（実施形態６）
次に、他の実施形態を図１２、１３に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付しており、必要に応じて省略または簡略化する。
図１２は、風力発電用ブレード１の全体を示すものであり、図１３は、ブレード本体１ａについて長手方向と直交する断面図である。

また、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１を厚さ方向で挟むプレッシャーサイド６とサクションサイド７の外表面には、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１が厚さ方向でプレッシャーサイド６とサクションサイド７に投影される投影線から、主要強度部材８側に０．１ｍ〜２ｍの距離でオフセットした位置までＬＥ側導電性材料１０１が被覆されている。プレッシャーサイド６及びサクションサイド７側のＬＥ側導電性材料１０１は、リーディングエッジ４にまで達してリーディングエッジ４の外表面を覆い、互いに連続している。
また、ＬＥ側導電性材料１０１は、ブレード長全体に亘って上記範囲で被覆されている。

また、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２を厚さ方向で挟むプレッシャーサイド６とサクションサイド７の外表面には、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２が厚さ方向でプレッシャーサイド６とサクションサイド７に投影される投影線から、主要強度部材８側に０．１ｍ〜２ｍの距離でオフセットした位置までＴＥ側導電性材料１０２が被覆されている。ＴＥ側導電性材料１０２は、上記オフセット位置からトレーリングエッジ５を覆って互いに連続している。また、ＴＥ側導電性材料１０２は、ブレード長全体に亘って上記範囲で被覆されている。

この実施形態では、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２によってダウンコンダクタを二系統有しており、各系統がリーディングエッジ側とトレーリングエッジ側とに寄せて配置されている。したがって、いずれのダウンコンダクタによって雷撃が誘導されたとしても、それぞれに対してそれぞれ形成したＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２によって効果的に受雷し、ブレード本体１ａや主要強度部材９に損傷が生じるのを抑制できる。

（実施形態７）
次に他の実施形態を図１４に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付しており、必要に応じて省略または簡略化する。
図１４は、風力発電用ブレード１の全体を示すものである。この実施形態７は、実施形態６の変更例であり、以下に説明する。

上記各実施形態４〜６では、導電性材料は、ブレード本体１ａのブレード長に亘って全体に形成されている。実施形態７では、ＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２をブレード本体１ａのブレード長の一部において被覆している。
すなわち、先端受雷部２を含むブレード本体１ａの先端からブレード長の１／１０〜１／２に至る範囲でＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２を被覆している。この際のリーディングエッジ４またはトレーリングエッジ５から主要強度部材８側に至る範囲は、前記実施形態と同様に投影線から０．１ｍ〜２ｍオフセットした位置までとする。

この実施形態７では、ＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２の長さを短くしているが、雷撃を受けやすい範囲に限ってＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２の被覆を行っており、雷撃によるブレード本体１ａや主要強度部材８の損傷抑制効果は同等に得られる。しかも、ＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２の被覆量を減らせるので、ブレード長の全長に亘って導電性材料を被覆するものよりもブレードの重量を小さくすることができる。

なお、この実施形態では、ダウンコンダクタを二系統有するものについて説明した。ダウンコンダクタを一系統で有するものについても同様にＬＥ側導電性材料１０１またはＴＥ側導電性材料１０２の長さを制限することができる。また、二系統のダウンコンダクタを有する場合、一方のダウンコンダクタ側の導電性材料の長さを制限し、他方のダウンコンダクタ側の導電性材料をブレード長の全長に亘って被覆するものであってもよい。また、二系統のダウンコンダクタを有する場合、両方のダウンコンダクタ側の導電性材料の長さを制限し、それぞれの導電性材料長さを異なるようにしてもよい。

（実施形態８）
次に他の実施形態を図１５、１７に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付しており、必要に応じて省略または簡略化する。
図１５は、風力発電用ブレード１の全体を示すものであり、図１７は、ブレード本体１ａについて長手方向と直交する断面図である。
この実施形態８は、実施形態６の変更例であり、中間受雷部１１を有するものである。
以下に説明する。

この実施形態８のブレード本体１ａには、プレッシャーサイド６およびサクションサイド７に円柱形状の中間受雷部１１が設けられている。中間受雷部１１は、リーディングエッジ４側とトレーリングエッジ５側とに近接しており、ブレード長手方向に間隔をおいて複数配置されて、その表面が露出している。なお、この実施形態では、中間受雷部１１の形状を表面形状で円形としているが、表面形状で多角形や楕円形としてもよい。各中間受雷部１１は、近接するＬＥ側ダウンコンダクタ３１またはＴＥ側ダウンコンダクタ３２に電気的に接続されている。

中間受電部１１は、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１側ではＬＥ側ダウンコンダクタ３１よりも僅かに主要強度部材８側に位置している。ＴＥ側ダウンコンダクタ３２側ではＴＥ側ダウンコンダクタ３２をプレッシャーサイド６およびサクションサイド７側から挟むようにほぼ同じ位置にある。
中間受雷部１１の材質としては、導電性と耐食性を有した金属から選択する。中でも、アルミニウム、銅、タングステン、ニッケル、チタン、ステンレス、あるいはこれらの合金が好ましい。本実施形態において、中間受雷部１１の数は特に指定しない。ブレード本体１ａに対する貫通雷撃を効果的に防ぐため、中間受雷部１１はダウンコンダクタの近傍にあり、ダウンコンダクタと電気的に接合されていることが望ましい。
１個以上の金属製中間受雷部１１をダウンコンダクタ近傍に設けることで、ダウンコンダクタに誘導された雷撃を中間受雷部１１で捕雷しやすくなり、エッジ付近のＦＲＰ損傷を抑制できる。導電性材料と組み合わせることで、捕雷効果はさらに高まる。

中間受雷部１１は、ＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２の被覆範囲内に位置しており、中間受雷部１１の表面にはＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２は被覆されておらず、中間受雷部１１の外周面でＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２と電気的に接触している。なお、中間受雷部１１の表面をＬＥ側導電性材料１０１またはＴＥ側導電性材料１０２で被覆してもよい。
なお、ＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２は、前記実施形態３と同様にＬＥ側ダウンコンダクタ３１、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２の投影位置から主要強度部材８側に０．１ｍ〜２ｍオフセットした位置まで被覆されている。また、この実施形態では、ブレード長の全長に亘ってＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２が被覆されている。

この実施形態では、ＬＥ側ダウンコンダクタ３１、ＴＥ側ダウンコンダクタ３２側に雷撃が誘導される際に確実にＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２が被覆されている範囲内に受雷することができ、ブレード本体１ａや主要強度部材８の損傷を抑制することができる。

なお、この実施形態では、リーディングエッジ４側とトレーリングエッジ５側のそれぞれに中間受雷部１１を有するものについて説明したが、リーディングエッジ４側のみにＬＥ側ダウンコンダクタ３１、ＬＥ側導電性材料１０１、中間受雷部１１を設けた風力発電用ブレードとしてもよい。あるいは、トレーリングエッジ５側のみにＴＥ側ダウンコンダクタ３２、ＴＥ側導電性材料１０２、中間受雷部１１を設けた風力発電用ブレードも本発明の範囲に含まれる。また、導電性材料を被覆せずに、エッジ寄りのダウンコンダクタと中間受雷部とを組み合わせた風力発電用ブレードも本発明の範囲に含まれる。

（実施形態９）
次に、さらに他の実施形態を図１６に基づいて説明する。なお、前記実施形態と同様の構成については同一の符号を付しており、必要に応じて省略または簡略化する。
図１６は、風力発電用ブレード１の全体を示すものである。なお、長手方向に直交する方向における断面は、図１７に同様に示される。

この実施形態では、リーディングエッジ４側に被覆されたＬＥ側導電性材料１０１とレーリングエッジ５側に被覆されたＴＥ側導電性材料１０２とを、ブレード長の全長に亘ることなく、ブレード本体１ａの先端からブレード長の１／１０〜１／２に至る範囲までに制限して被覆したものである。また、中間受雷部１１もＬＥ側導電性材料１０１が被覆した範囲内で設けられている。
この実施形態９では、雷撃を受けやすい範囲に限ってＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２の被覆を行っており、雷撃によるブレード本体１ａや主要強度部材８の損傷抑制効果は同等に得られる。しかもＬＥ側導電性材料１０１、ＴＥ側導電性材料１０２の被覆量を減らすことでブレード全体の重量を小さくすることができる。

以上、本発明について上記実施形態に基づいて本発明の説明を行ったが、本発明は、上記実施形態の説明に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りは適宜の変更が可能である。

１風力発電用ブレード
１ａブレード本体
２先端受雷部
３ダウンコンダクタ
３１ＬＥ側ダウンコンダクタ
３２ＴＥ側ダウンコンダクタ
４リーディングエッジ
５トレーリングエッジ
６プレッシャーサイド
７サクションサイド
８主要強度部材
８１ＰＳ側ガーダー
８２ＳＳ側ガーダー
９スティフナ
１０１ＬＥ側導電性材料
１０２ＴＥ側導電性材料
１１中間受雷部

Claims

フラップ面を表裏に有し、長手方向に沿ってリーディングエッジとトレーリングエッジとを両端に有する中空形状のブレード本体と、前記フラップ面を形成する表裏のプレッシャーサイドとサクションサイド間の中空部に、前記プレッシャーサイドとサクションサイド間に亘って配置された主要強度部材と、前記ブレード本体に設けられた金属製受雷部と、前記金属製受雷部とアースとの間に電気的に接続されるダウンコンダクタとを有し、
前記ダウンコンダクタが、前記ブレード本体内の一部または全部において、前記リーディングエッジまたは前記トレーリングエッジと前記主要強度部材との間で、前記リーディングエッジ側および前記トレーリングエッジ側の一方または両方に寄せて前記長手方向に沿って一系統または二系統で配設されていることを特徴とする風力発電用ブレード。
前記ダウンコンダクタを挟む前記プレッシャーサイドおよびサクションサイドの両外表面を少なくとも覆うように前記プレッシャーサイドおよびサクションサイドの外表面に導電性材料が被覆されており、前記導電性材料と前記ダウンコンダクタとが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の風力発電用ブレード。
前記導電性材料は前記金属製受雷部を介して前記ダウンコンダクタに電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の風力発電用ブレード。
前記導電性材料の被覆範囲が、前記リーディングエッジまたはトレーリングエッジ外表面を覆って前記プレッシャーサイド側およびサクションサイド側に連続するとともに、前記プレッシャーサイドおよび前記サクションサイド両外表面における前記ダウンコンダクタの厚さ方向投影線から前記主要強度部材側に０．１ｍ〜２ｍオフセットした位置まで至ることを特徴とする請求項２または３に記載の風力発電用ブレード。
前記金属製受雷部として前記ブレード本体の先端側に設けられた先端受雷部を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の風力発電用ブレード。
前記金属製受雷部として前記ブレード本体の前記プレッシャーサイドまたは前記サクションサイドに設けられた１または２以上の中間受雷部を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の風力発電用ブレード。
前記導電性材料の被覆範囲が、前記ブレード本体の長手方向において、ブレード本体先端からブレード長の１／１０〜１／２に至る範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の風力発電用ブレード。
前記導電性材料の被覆厚さが、０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の風力発電用ブレード。
前記導電性材料表面に塗装が施されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の風力発電用ブレード。