JP2020041432A - Blade and wind power generation device - Google Patents

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智行 畠山
Tomoyuki Hatakeyama
智行 畠山
守 木村
Mamoru Kimura
守 木村
崇 白石
Takashi Shiraishi
崇 白石
淳 額賀
Atsushi Nukaga
淳 額賀
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Abstract

To provide a blade and a wind power generation device that can restrain lightning stroke damage to a blade body.SOLUTION: A blade 1 comprises a blade body, at least one receptor 6 attached to a tip part of the blade body or the vicinity of the tip part, and a down conductor 7 electrically connected to the receptor 6 and installed inside the blade body. An outer surface or an inner surface of the blade body comprises a non-linear resistance material layer 8. The non-linear resistance material layer 8 has a low electric resistance value and becomes conductive when an electric field equal to or higher than a predetermined electric field value is applied, and has a high electric resistance value and becomes resistive when an electric field lower than the predetermined electric field value is applied.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、風車用ブレード及び風力発電装置に係り、特に、耐雷性を考慮した風車用ブレード及び風力発電装置に関する。   The present invention relates to a wind turbine blade and a wind power generator, and more particularly to a wind turbine blade and a wind power generator in consideration of lightning resistance.

風力発電装置の大型化に伴い、風力発電装置の落雷被害が頻発している。特に最高点を通過するブレードへの落雷は多く報告されており、その対策が必要である。ブレードの落雷対策に関する技術として、以下に挙げる特許文献に記載される技術が提案されている。特許文献1には、ブレード本体の先端若しくは先端近傍にレセプタを設置すると共に、このレセプタと接続されたダウンコンダクタをブレード本体の内部に配線することで、ブレード本体の雷撃損傷を効果的に防止し得る技術が開示されている。また、特許文献2には、レセプタとブレード本体表面との境界の周囲に限定して、少なくともブレード本体の表面側に導電性材料を被覆することで、レセプタとブレード本体表面との境界やレセプタアンカーへの落雷を抑制し得る技術が記載されている。更にまた、特許文献3には、ブレード本体の表面に金属材料層と非線形抵抗材層とを交互に一部を接触させつつ形成し、且つブレード本体の先端部分に金属材料層を配置する一方、ブレード本体のハブに隣接する部分に非線形抵抗材層を配置することで、雷撃電流によるブレード本体の破損を防止し得る技術が開示されている。   With the increase in size of wind power generators, lightning strike damage to wind power generators has frequently occurred. In particular, there have been many reports of lightning strikes on blades passing the highest point, and countermeasures are needed. Techniques described in the following patent documents have been proposed as techniques relating to lightning strike countermeasures for blades. In Patent Literature 1, a receptor is installed at or near the tip of the blade body, and a down conductor connected to this receptor is wired inside the blade body, thereby effectively preventing lightning damage to the blade body. The techniques obtained are disclosed. Further, Patent Document 2 discloses that a conductive material is coated on at least the surface side of the blade main body only around a boundary between the receptor and the blade main body surface, thereby forming a boundary between the receptor and the blade main body surface and a receptor anchor. A technique that can suppress lightning strikes on the sky is described. Furthermore, in Patent Document 3, a metal material layer and a non-linear resistance material layer are alternately formed on the surface of the blade body while partially contacting each other, and the metal material layer is arranged at the tip of the blade body. There is disclosed a technique capable of preventing damage to a blade main body due to a lightning current by arranging a non-linear resistance material layer in a portion adjacent to a hub of the blade main body.

特開2005−113735号公報JP 2005-113735 A 特開2012−246812号公報JP 2012-246812 A 特開2014−25428号公報JP 2014-25428 A

A.Candela et.al.,“Lightning Damage to Wind Turbine Blades From Wind Farms in the U.S.,” in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 31, no. 3, pp. 1043−1049, June 2016.A. Candela et. al. , "Lightning Damage to Wind Turbine Blades From Wind Farms in the US," in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 31, no. 3, pp. 1043-1049, June 2016.

特許文献1に記載の方法は、レセプタやレセプタアンカーの端部に電界が集中し、そのことがレセプタ以外の部分への着雷を招いていた。特許文献2に記載の技術によれば、レセプタやレセプタアンカーの端部に集中していた電界を緩和させる効果が見込まれるが、それでもなおブレード本体への雷撃が相次いでいる。一方、特許文献3に記載される技術では、高いピーク電流や大きな電荷量を伴う雷撃が複数回発生した場合に、ブレード本体の表面に被覆された金属材料層及び非線形抵抗材層が焼失する虞がある。このように、特許文献1乃至特許文献3に記載される技術では、未だ風力発電装置に用いられるブレードに対する有効な雷撃対策を実現できていない。
そこで本発明の目的は、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供する。
In the method described in Patent Literature 1, an electric field is concentrated on the end of the receptor or the receptor anchor, which causes lightning to strike a portion other than the receptor. According to the technique described in Patent Literature 2, an effect of alleviating the electric field concentrated at the end of the receptor or the receptor anchor is expected, but nevertheless, the lightning strike on the blade body continues. On the other hand, in the technique described in Patent Literature 3, when a lightning strike involving a high peak current or a large charge amount occurs a plurality of times, the metal material layer and the nonlinear resistance material layer coated on the surface of the blade body may be burned out. There is. As described above, the techniques described in Patent Literatures 1 to 3 have not yet realized effective lightning strike countermeasures for blades used in wind power generators.
Therefore, an object of the present invention is to provide a blade and a wind power generator capable of suppressing lightning damage to the blade body.

上記課題を解決するため、本発明に係るブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも1つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され、前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを有するブレードであって、前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, a blade according to the present invention includes a blade body, at least one receptor attached to a tip portion or near a tip portion of the blade body, and the blade is electrically connected to the receptor. A blade having a down conductor installed inside the main body, having a non-linear resistance material layer on an outer surface or an inner surface of the blade main body, wherein the non-linear resistance material layer has an electric field of a predetermined electric field value or more. When the electric field is applied, the electric resistance is low and the electric field becomes conductive. When an electric field lower than the predetermined electric field is applied, the electric resistance is high and the electric field becomes resistive.

また、本発明に係る風力発電装置は、少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、を有する風力発電装置であって、前記ブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも1つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを備え、前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする。   Further, a wind power generator according to the present invention is a wind power generator having at least a rotor having blades that rotate by receiving wind, and a nacelle that houses a generator that generates electric power by using the rotational energy of the rotor. The blade comprises a blade body, at least one receptor attached at or near the tip of the blade body, and a down conductor electrically connected to the receptor and installed inside the blade body. Having a non-linear resistance material layer on the outer surface or the inner surface of the blade body, the non-linear resistance material layer has a low electric resistance value when an electric field of a predetermined electric field value or more acts, and becomes conductive, When an electric field lower than the predetermined electric field value acts, the electric resistance value is high and the electric resistance is high.

本発明によれば、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the blade and the wind power generator which can suppress the lightning damage of a blade main body can be provided.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the following description of the embodiments.

本発明の一実施例に係る実施例1のブレード及び風力発電装置の全体概略構成図である。1 is an overall schematic configuration diagram of a blade and a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention. 図1に示すブレードを構成する1つのブレードを示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating one blade constituting the blade illustrated in FIG. 1. 図2に示すブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、図2に示すブレードを上方より見た図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a distal end portion of the blade shown in FIG. 2 along a longitudinal direction, and is a view of the blade shown in FIG. 図2に示すブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、図2に示すブレードを横方向から見た図であり、ブレード本体に落雷する原理を説明する図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a distal end portion of the blade shown in FIG. 2 along a longitudinal direction, and is a view of the blade shown in FIG. 2 viewed from a lateral direction, and is a diagram illustrating a principle of lightning strike on a blade main body. 実施例1に係るブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。FIG. 3 is a view of a blade along the longitudinal direction of the first embodiment viewed from above. 非線形抵抗材層の抵抗率と電界との関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between the resistivity of a nonlinear resistance material layer and an electric field. 図5に示すブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、図5に示すブレードを横方向から見た図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a tip portion along a longitudinal direction of the blade illustrated in FIG. 5, and is a diagram of the blade illustrated in FIG. 5 when viewed from a lateral direction. 本発明の他の実施例に係る実施例2のブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。It is sectional drawing of the front-end | tip part along the longitudinal direction of Example 2 which concerns on another Example of this invention, and is the figure which looked at the blade from the lateral direction. 本発明の他の実施例に係る実施例3のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。It is the figure which looked at the tip part along the longitudinal direction of the blade of Example 3 concerning other examples of the present invention from the upper part. 図9に示すブレードの変形例1を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a first modification of the blade illustrated in FIG. 9. 図9に示すブレードの変形例2を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a second modification of the blade illustrated in FIG. 9. 本発明の他の実施例に係る実施例4のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。It is the figure which looked at the tip part along the longitudinal direction of Example 4 concerning other examples of the present invention from the upper part. 本発明の他の実施例に係る実施例5のブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。It is sectional drawing of the front-end | tip part along the longitudinal direction of Example 5 which concerns on other Example of this invention, and is the figure which looked at the blade from the lateral direction. 本発明の他の実施例に係る実施例6のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。It is the figure which looked at the tip part along the longitudinal direction of the blade of Example 6 concerning other examples of the present invention from the upper part. 実施例6に係る非線形抵抗材層の抵抗率と電界との関係を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between the resistivity of a nonlinear resistance material layer and an electric field according to Example 6.

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例に係る実施例1のブレード及び風力発電装置の全体概略構成図である。図1に示すように、風力発電装置50は、接地極5を備えた地上若しくは洋上に設置されるタワー4、タワー4の頂部に取り付けられたナセル3、及び、ナセル3の内部の主軸(図示せず)に取り付けられたハブ2とハブ2に取り付けられた複数のブレード1とで構成される回転可能なロータを備えている。ここで、ロータを構成するブレード1は風車用ブレードとも称される。また、主軸には増速機(図示せず)を介して発電機(図示せず)が連結されており、ロータの回転力が増速機を介して発電機に伝達するよう構成されている。ブレード1が風を受けることでロータが回転し、ロータの回転力で発電機を回転させて電力を発生させている。ブレード1は、繊維強化プラスチック(FRP)製の外皮(外表面と称する場合もある)と、この外皮の内側に配置される主桁(図示せず)とを備えて構成される。   FIG. 1 is an overall schematic configuration diagram of a blade and a wind turbine generator according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a wind power generator 50 includes a tower 4 provided with a grounding pole 5 and installed on the ground or at sea, a nacelle 3 attached to the top of the tower 4, and a main shaft inside the nacelle 3 (see FIG. 1). (Not shown), and a rotatable rotor composed of a plurality of blades 1 attached to the hub 2. Here, the blade 1 constituting the rotor is also referred to as a windmill blade. In addition, a generator (not shown) is connected to the main shaft via a gearbox (not shown), and the rotating force of the rotor is transmitted to the generator via the gearbox. . The rotor rotates when the blade 1 receives the wind, and the generator is rotated by the rotational force of the rotor to generate electric power. The blade 1 includes an outer skin (sometimes referred to as an outer surface) made of fiber reinforced plastic (FRP) and a main girder (not shown) arranged inside the outer skin.

また、図示しないが、ナセル3上には風向や風速を計測する風向風速センサが設置されており、発電機(図示せず)内には、回転速度を検出するための回転速度センサや、発電機が出力する有効電力を計測する電力センサなども設置されている。風力発電装置50は、個々のブレード1毎に、風に対するブレード1の角度(ピッチ角)を調整するピッチ角調整装置(図示せず)を備えている。ピッチ角調整装置がブレード1のピッチ角を変更することによりブレード1の受ける風力(風量)を調整して、風に対するロータの回転エネルギーを変更するよう構成されている。これにより、広い風速領域において回転速度及び発電電力を制御することが可能となっている。また、ナセル3の向きはヨー角と称され、風力発電装置50は、このナセル3の向き、すなわち、ロータの回転面の向きを制御するヨー角調整装置(図示せず)を備えている。なお、図1ではブレード1の数が3枚である風力発電装置50の例を示しているが、ブレードの数は3枚に限定されるものではない。   Although not shown, a wind direction and wind speed sensor for measuring a wind direction and a wind speed are installed on the nacelle 3, and a rotation speed sensor for detecting a rotation speed, a power generation sensor, and the like are provided in a generator (not shown). A power sensor for measuring the active power output from the machine is also installed. The wind power generator 50 includes a pitch angle adjusting device (not shown) for adjusting an angle (pitch angle) of the blade 1 with respect to the wind for each individual blade 1. The pitch angle adjusting device is configured to change the pitch angle of the blade 1 to adjust the wind force (air volume) received by the blade 1 to change the rotational energy of the rotor with respect to the wind. This makes it possible to control the rotation speed and the generated power in a wide wind speed range. The direction of the nacelle 3 is called a yaw angle, and the wind turbine generator 50 includes a yaw angle adjusting device (not shown) for controlling the direction of the nacelle 3, that is, the direction of the rotation surface of the rotor. Although FIG. 1 shows an example of the wind power generator 50 having three blades 1, the number of blades is not limited to three.

図2は、図1に示す風車用ブレードを構成する1つのブレードを示す図である。図2に示すように、ブレード1の先端部の近傍には雷保護装置としてレセプタ6が設置されている。レセプタ6は、ダウンコンダクタ7により接地極5と電気的に接続されている。ブレード1の大きさに応じて中間レセプタ(図示せず)が設けられる場合がある。この場合、中間レセプタも同様にダウンコンダクタ7により接地極5に接続される。   FIG. 2 is a diagram showing one blade constituting the wind turbine blade shown in FIG. As shown in FIG. 2, a receptor 6 is installed near the tip of the blade 1 as a lightning protection device. Receptor 6 is electrically connected to ground electrode 5 by down conductor 7. An intermediate receptor (not shown) may be provided depending on the size of the blade 1. In this case, the intermediate receptor is also connected to the ground electrode 5 by the down conductor 7.

レセプタ6は、雷のエネルギー(電荷量)を考慮して材質や大きさが設計される。主要な導電体のうち、レセプタ6の材質としてアルミニウムが好適である。レセプタ6をアルミニウムで構成すれば、アルミニウムは導電性に優れることから、雷撃に伴う電流による内部発熱を小さくすることができる。また、アルミニウムは熱伝導性にも優れることから、内部発熱を速やかに分散することができる。さらにアルミニウムは他の主要な導電体に比べて軽量であるため、レセプタ6に作用する遠心力を小さくすることができる。   The material and size of the receptor 6 are designed in consideration of lightning energy (charge amount). Of the main conductors, aluminum is preferred as the material of the receptor 6. If the receptor 6 is made of aluminum, aluminum is excellent in conductivity, so that internal heat generation due to current caused by lightning can be reduced. Further, since aluminum has excellent thermal conductivity, internal heat generation can be quickly dispersed. Further, aluminum is lighter than other main conductors, so that the centrifugal force acting on the receptor 6 can be reduced.

ダウンコンダクタ7もレセプタ6と同様に、雷のエネルギー(電荷量)を考慮して材質や太さが設計される。主要な導電体のうち、ダウンコンダクタ7の材質としてアルミニウム線が好適である。アルミニウム線は銅線と比べて導電率は低いものの、主要な構造材にも使用される構造用軽量素材である。このため、銅と同程度の導電性を確保するために大径化しても、軽量素材であることから、風車用ブレードの重量を増加させることがない。寧ろ大径化したことと相俟って、構造用素材という特徴により、レセプタ6に作用する遠心力に十分に耐える強度を有するダウンコンダクタとすることができる。   Like the receptor 6, the material and thickness of the down conductor 7 are designed in consideration of the lightning energy (charge amount). Among the main conductors, an aluminum wire is preferable as the material of the down conductor 7. Although the aluminum wire has a lower conductivity than the copper wire, it is a lightweight structural material used as a main structural material. For this reason, even if the diameter is increased to ensure the same level of conductivity as copper, the weight of the wind turbine blade does not increase because it is a lightweight material. On the contrary, due to the feature of the structural material, the down conductor having sufficient strength to withstand the centrifugal force acting on the receptor 6 can be obtained due to the feature of the structural material.

レセプタ6に落雷した場合、その雷電流はレセプタ6、ダウンコンダクタ7を介して接地極5へと導かれる。図1に示すように、ダウンコンダクタ7から接地極5までの通電経路には、ナセル3及びタワー4が存在するが、雷電流はナセル3及びタワー4を通電する場合もあるし、ナセル内避雷導線(図示せず)及びタワー内避雷導線(図示せず)を通電する場合もある。ナセル内避雷導線の一端はダウンコンダクタ7と電気的に接続され、ナセル内避雷導線の他端はタワー内避雷導線と電気的に接続される。タワー内避雷導線の一端はナセル内避雷導線と電気的に接続され、タワー内避雷導線の他端は接地極5と電気的に接続される。ナセル3及びタワー4が雷電流の導電体として十分な処理能力を備えている場合には、ナセル内避雷導線及び/又はタワー内避雷導線の設置を省略しても良い。   When a lightning strike occurs on the receptor 6, the lightning current is guided to the ground electrode 5 via the receptor 6 and the down conductor 7. As shown in FIG. 1, a nacelle 3 and a tower 4 exist in an energizing path from the down conductor 7 to the ground electrode 5, but a lightning current may energize the nacelle 3 and the tower 4, The conductor (not shown) and the lightning conductor in the tower (not shown) may be energized. One end of the lightning conductor in the nacelle is electrically connected to the down conductor 7, and the other end of the lightning conductor in the nacelle is electrically connected to the lightning conductor in the tower. One end of the lightning conductor in the tower is electrically connected to the lightning conductor in the nacelle, and the other end of the lightning conductor in the tower is electrically connected to the ground electrode 5. If the nacelle 3 and the tower 4 have sufficient processing ability as a conductor for lightning current, the installation of the lightning conductor in the nacelle and / or the lightning conductor in the tower may be omitted.

図3は、図2に示すブレード1の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図2に示すブレード1を上方(図2のブレード1を紙面に垂直な方向)より見た図である。図3に示すように、ブレード1の先端部の近傍に取り付けられたレセプタ6は、レセプタアンカー9、締結部10、接着剤11によってブレード1の先端部の近傍に固定されている。レセプタ6とレセプタアンカー9とを含めた総称としてレセプタと称される場合もある。以下では、雷を受けるためのレセプタ6と、レセプタ6を保持するためのレセプタアンカー9とに分けて説明する。レセプタ6とレセプタアンカー9をそれぞれ別の部品として構成しても良く、鋳型成型や削り出し或いは3Dプリンターなどによりレセプタ6とレセプタアンカー9を一体成型としても良い。また、雷撃によりレセプタ6が損耗し、レセプタ6の交換が必要となる場合がある。容易にレセプタ6を交換するために、レセプタ6に雄ねじとなる部分、レセプタアンカー9に雌ねじとなる部分をそれぞれ設けてレセプタ6をレセプタアンカー9にねじ込んで接続すると良い。なお、本実施例では、レセプタアンカー9を設ける場合について説明するが、レセプタアンカー9は必ずしも必須ではなく、レセプタ6とダウンコンダクタ7の一端とが電気的に接続されていれば良い。換言すれば、レセプタ6とダウンコンダクタ7の一端とが機械的に直接接続されている場合、或いは、レセプタ6と他の部材(例えば、レセプタアンカー9)を介してダウンコンダクタ7の一端とが機械的に直接接続されている場合も含まれ、いずれにせよレセプタ6とダウンコンダクタ7の一端とが電気的に接続されていれば良い。   FIG. 3 is a cross-sectional view of a tip portion of the blade 1 shown in FIG. 2 along the longitudinal direction, and is a view of the blade 1 shown in FIG. 2 as viewed from above (a direction perpendicular to the plane of the paper of FIG. 2). It is. As shown in FIG. 3, the receptor 6 attached near the tip of the blade 1 is fixed near the tip of the blade 1 by a receptor anchor 9, a fastening portion 10, and an adhesive 11. In some cases, the receptor 6 and the receptor anchor 9 are collectively referred to as a receptor. In the following, a description will be given separately of a receptor 6 for receiving lightning and a receptor anchor 9 for holding the receptor 6. The receptor 6 and the receptor anchor 9 may be configured as separate components, respectively, and the receptor 6 and the receptor anchor 9 may be integrally formed by molding, shaving, or using a 3D printer or the like. Further, the lightning strike may wear the receptor 6, and the receptor 6 may need to be replaced. In order to easily replace the receptor 6, it is preferable to provide a portion serving as a male screw on the receptor 6 and a portion serving as a female screw on the receptor anchor 9, and screw the receptor 6 into the receptor anchor 9 for connection. In this embodiment, the case where the receptor anchor 9 is provided will be described. However, the receptor anchor 9 is not necessarily required, and it is sufficient that the receptor 6 and one end of the down conductor 7 are electrically connected. In other words, when the receptor 6 and one end of the down conductor 7 are directly mechanically connected, or when the receptor 6 and one end of the down conductor 7 are connected via another member (for example, the receptor anchor 9). In some cases, it is only necessary that the receptor 6 and one end of the down conductor 7 be electrically connected.

また、図3に示すように、レセプタアンカー9とブレード1との空隙の一部または全部は、接着剤11で充填されている。接着剤11の材質としては、例えば、エポキシをはじめとする樹脂が選定されるが、これに限られるものではない。   Further, as shown in FIG. 3, a part or all of the gap between the receptor anchor 9 and the blade 1 is filled with the adhesive 11. As the material of the adhesive 11, for example, a resin such as epoxy is selected, but the material is not limited to this.

締結部10は、レセプタアンカー9とダウンコンダクタ7を電気的、機械的に接続している。締結部10のレセプタアンカー9側の端子は、レセプタアンカー9、およびレセプタ6と一体成型しても良い。締結部10の締結方法として、例えば、圧着端子或いは圧縮端子が用いられる。圧着端子で締結する場合、締結部10を安価にすることができる。圧縮端子で締結する場合、端子全体を圧縮して接続するため、ダウンコンダクタ7の素線に作用する機械的な負担を小さくできる。これにより、素線が切れる可能性を低減でき、ダウンコンダクタ7の信頼性を高めることができる。   The fastening portion 10 electrically and mechanically connects the receptor anchor 9 and the down conductor 7. The terminal of the fastening portion 10 on the side of the receptor anchor 9 may be integrally formed with the receptor anchor 9 and the receptor 6. As a method of fastening the fastening portion 10, for example, a crimp terminal or a compression terminal is used. When fastening with crimp terminals, the fastening portion 10 can be made inexpensive. When fastening with the compression terminal, the entire terminal is compressed and connected, so that the mechanical load acting on the strand of the down conductor 7 can be reduced. As a result, the possibility that the strand breaks can be reduced, and the reliability of the down conductor 7 can be increased.

ブレード1において、レセプタ6に着雷することが期待されるが、実際にはレセプタ6を外してブレード1の本体に着雷する場合がある。図4を用いてこの原理を説明する。図4は、図2に示すブレード1の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図2に示すブレード1を横方向から見た図であり、ブレード本体に落雷する原理を説明する図である。図3と同一構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。ブレード1に雷雲が接近すると、雷雲からブレード1に向かって階段状の正ストリーマ15が進展する。正ストリーマ15の進展に伴い、ブレード1の周囲の電界強度は高くなる。これによりダウンコンダクタ7の周囲の電界強度も高くなり、ダウンコンダクタ7の各部から負ストリーマ16が発生する。この負ストリーマ16はブレード1の内表面に向けて成長し、ブレード1の内表面には負電荷が蓄積される。一方、ブレード1の外表面にはこの負電荷に引き寄せられるように正電荷が蓄積される。この間、レセプタ6の周囲の電界強度も高くなっており、レセプタ6からも負ストリーマ16が発生する。レセプタ6から発生した負ストリーマ16は、ブレード1の外表面に蓄積した正電荷に向けて成長しながら、雷雲から進展してきた正ストリーマ15に向けても成長する。正ストリーマ15と負ストリーマ16が、正ストリーマと負ストリーマの接触点17において接触したとき雷電流が発生する。このとき、正ストリーマ15と接触した負ストリーマ16がブレード1と接触している部分が着雷点18となる。このような原理で、雷雲が接近したとき、レセプタ6を外してブレード1の本体に着雷する場合がある。なお、図4では、雷雲から正ストリーマ15が進展する場合を一例として示すが、雷雲から負ストリーマが進展する場合もある。この場合も基本的な原理は同様であり、上述の説明において正、負をそれぞれ入れ替えれば良い。   In the blade 1, it is expected that lightning strikes the receptor 6. However, there is a case where the receptor 6 is actually removed and lightning strikes the main body of the blade 1. This principle will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the tip portion of the blade 1 shown in FIG. 2 along the longitudinal direction, and is a view of the blade 1 shown in FIG. 2 viewed from the lateral direction. FIG. The same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted below. When the thundercloud approaches the blade 1, the stepwise positive streamer 15 advances from the thundercloud toward the blade 1. As the forward streamer 15 advances, the electric field intensity around the blade 1 increases. As a result, the electric field strength around the down conductor 7 also increases, and a negative streamer 16 is generated from each part of the down conductor 7. The negative streamer 16 grows toward the inner surface of the blade 1, and negative charges are accumulated on the inner surface of the blade 1. On the other hand, positive charges are accumulated on the outer surface of the blade 1 so as to be attracted to the negative charges. During this time, the electric field strength around the receptor 6 is also high, and the negative streamer 16 is also generated from the receptor 6. The negative streamer 16 generated from the receptor 6 grows toward the positive charge accumulated on the outer surface of the blade 1 and also grows toward the positive streamer 15 that has evolved from the thundercloud. When the positive streamer 15 and the negative streamer 16 make contact at the contact point 17 between the positive and negative streamers, a lightning current is generated. At this time, a portion where the negative streamer 16 in contact with the positive streamer 15 is in contact with the blade 1 becomes a lightning point 18. With such a principle, when the thunder cloud approaches, the receptor 6 may be detached to strike the main body of the blade 1. Although FIG. 4 shows an example in which the positive streamer 15 advances from the thundercloud, a negative streamer may advance from the thundercloud. In this case as well, the basic principle is the same, and the positive and negative may be interchanged in the above description.

以上の説明において、レセプタ6を外してブレード1本体に着雷する事象は、ブレード1の内表面に負電荷が、ブレード1の外表面に正電荷がそれぞれ蓄積されることが一因である。すなわち、ブレード1の外表面、もしくは内表面に蓄積した電荷の影響を緩和、または電荷が蓄積しないようにすれば良い。   In the above description, the lightning strike on the blade 1 main body by removing the receptor 6 is partly due to the accumulation of negative charges on the inner surface of the blade 1 and positive charges on the outer surface of the blade 1. That is, the influence of the electric charge accumulated on the outer surface or the inner surface of the blade 1 may be reduced or the electric charge may not be accumulated.

図5は本実施例に係るブレード1の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。図3における同一構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。図5において、ブレード1の内部に存在する部品は点線で示されている。ブレード1の外表面に蓄積した電荷の影響を緩和、または電荷が蓄積しないようにするため、ブレード1の外表面には、非線形抵抗材層8が塗布されている。非線形抵抗材は、例えば図6に示すように、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性を示し、所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く絶縁性になるような物質である。非線形抵抗材層8は、非線形抵抗特性を有する酸化亜鉛や炭化珪素の粉末を、エポキシをはじめとする合成樹脂に添加して作製する。添加量を調整することで、非線形抵抗特性を任意に設定することができる。このような非線形抵抗材層8をブレード1の外表面に塗布することで、正ストリーマ15が接近したときに、非線形抵抗材層8の周囲で所定の電界値以上の電界が作用し、非線形抵抗材層8の電気抵抗値が低くなる。これにより、ブレード1の外表面に蓄積した正電荷の影響を緩和、または蓄積した正電荷がレセプタ6へと導かれる。これにより、レセプタ6から発生した負ストリーマ16は正ストリーマ15に向かって進展するため、レセプタ6への着雷確率を高めることができる。ブレード1の外表面の全面に非線形抵抗材層8を塗布すれば、いかなる方向からの雷撃に対してもレセプタ6への着雷確率を高めることができる。なお、非線形抵抗材層8は、ブレード1の外表面に塗布すればよいため、既に運転中の風力発電装置50のブレード1に対しても適用することができる。   FIG. 5 is a view of the blade 1 according to the present embodiment viewed from above at the tip along the longitudinal direction. The same reference numerals are given to the same components in FIG. 3, and the description thereof will be omitted. In FIG. 5, components existing inside the blade 1 are indicated by dotted lines. A non-linear resistance material layer 8 is applied to the outer surface of the blade 1 in order to reduce the influence of the electric charge accumulated on the outer surface of the blade 1 or to prevent the electric charge from being accumulated. For example, as shown in FIG. 6, the non-linear resistance material has a low electric resistance value and exhibits conductivity when an electric field having a predetermined electric field value or more acts thereon, and has a high electric resistance value when an electric field lower than the predetermined electric field value acts. It is a substance that becomes insulating. The nonlinear resistance material layer 8 is formed by adding zinc oxide or silicon carbide powder having nonlinear resistance characteristics to a synthetic resin such as epoxy. By adjusting the amount of addition, the nonlinear resistance characteristics can be set arbitrarily. By applying such a non-linear resistance material layer 8 to the outer surface of the blade 1, when the positive streamer 15 approaches, an electric field of a predetermined electric field value or more acts around the non-linear resistance material layer 8, and the non-linear resistance The electrical resistance value of the material layer 8 decreases. As a result, the influence of the positive charges accumulated on the outer surface of the blade 1 is reduced, or the accumulated positive charges are guided to the receptor 6. Thereby, the negative streamer 16 generated from the receptor 6 advances toward the positive streamer 15, so that the probability of a lightning strike on the receptor 6 can be increased. If the non-linear resistance material layer 8 is applied to the entire outer surface of the blade 1, the probability of lightning strike on the receptor 6 can be increased for lightning strike from any direction. Since the nonlinear resistance material layer 8 may be applied to the outer surface of the blade 1, it can be applied to the blade 1 of the wind power generator 50 already operating.

非線形抵抗材層8は、ブレード1の先端部から長手方向に10mの部分に限定して塗布する構成としても良い。例えば、非特許文献1には、508基の風力発電装置が設置されたウィンドファームを対象とし、約5年間の落雷観測を行った結果が開示されている。落雷観測の結果は、304回の雷被害事例のうち301回がブレードの先端から10mの範囲で発生していること、また、304回の雷被害事例のうち90%がブレードの先端から4mの範囲で発生していることが開示されている。従って、ブレード1の先端部から長手方向にかけて10m、好ましくは4mの範囲に限定して非線形抵抗材層8を塗布することで、費用対効果を高めることができる。
なお、非特許文献1では、508基の風力発電装置が備えるブレードの長さは35m以上であって旨記載さている。一方、大出力の風力発電装置のブレードの長さは40m程度であることが一般的である。従って、508基の風力発電装置が備えるブレードの長さは、35m以上40m以下と見做すことができる。従って、ブレードの長さが40mの場合、4mはブレードの長さに対する比率が10%であり、10mは25%である。また、ブレードの長さが35mの場合、4mはブレードの長さに対する比率が11%であり、10mは29%である。よって、ブレードの長さに対する比率が10%以上29%以下となるブレードの先端部から長手方向の範囲に限定して非線形抵抗材層8を塗布することが好ましい。
The nonlinear resistance material layer 8 may be configured to be applied only to a portion 10 m in the longitudinal direction from the tip of the blade 1. For example, Non-Patent Document 1 discloses a result of lightning strike observation for about 5 years for a wind farm in which 508 wind power generators are installed. The results of lightning observation show that 301 out of 304 lightning damage cases occurred within a range of 10 m from the blade tip, and 90% of 304 lightning damage cases were 4 m from the blade tip. It is disclosed that it occurs in a range. Therefore, by applying the non-linear resistance material layer 8 within a range of 10 m, preferably 4 m from the tip end of the blade 1 in the longitudinal direction, cost effectiveness can be improved.
In addition, Non-Patent Document 1 describes that the length of the blades provided in the 508 wind power generation devices is 35 m or more. On the other hand, the length of a blade of a high-output wind power generator is generally about 40 m. Therefore, the length of the blades provided in the 508 wind power generation devices can be considered to be 35 m or more and 40 m or less. Therefore, if the length of the blade is 40 m, the ratio of 4 m to the length of the blade is 10%, and 10 m is 25%. When the length of the blade is 35 m, the ratio of 4 m to the length of the blade is 11%, and 10 m is 29%. Therefore, it is preferable to apply the non-linear resistance material layer 8 limited to a range in the longitudinal direction from the tip of the blade where the ratio to the length of the blade is 10% or more and 29% or less.

図7は、図5に示すブレード1の長手方向に沿った先端部の断面図であって、図5に示すブレード1を横方向から見た図である。図4における同様の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略する。図7に示すように、非線形抵抗材層8は、レセプタ6と接触している。このようにすることで、ブレード1の外表面に蓄積した正電荷を確実にレセプタ6に誘導することができる。   FIG. 7 is a cross-sectional view of the tip portion along the longitudinal direction of the blade 1 shown in FIG. 5, and is a view of the blade 1 shown in FIG. The same reference numerals are given to the same components in FIG. 4, and the description thereof will be omitted. As shown in FIG. 7, the nonlinear resistance material layer 8 is in contact with the receptor 6. By doing so, the positive charges accumulated on the outer surface of the blade 1 can be reliably guided to the receptor 6.

非線形抵抗材層8は、図7に示すように、塗装13の内側にあってもよい。すなわち、ブレード1の外表面に非線形抵抗材層8を塗布し、さらにその外側に塗装13を設ける。風力発電装置50が運転しているとき、すなわちブレード1が回転しているときは、ブレード1は風圧を受けて少しずつ磨耗していく。これを防ぐため、通常、ブレード1には塗装13が施される。ブレード1の外表面に非線形抵抗材層8を塗布し、さらにその外側に塗装13を設けることで、レセプタ6への着雷確率を高めるとともに、風圧によるブレード1、および非線形抵抗材層8の磨耗を防ぐことができる。   The non-linear resistance material layer 8 may be inside the coating 13 as shown in FIG. That is, the non-linear resistance material layer 8 is applied to the outer surface of the blade 1, and the coating 13 is provided outside the non-linear resistance material layer 8. When the wind power generator 50 is operating, that is, when the blade 1 is rotating, the blade 1 receives wind pressure and wears little by little. To prevent this, the blade 1 is usually provided with a coating 13. By coating the non-linear resistance material layer 8 on the outer surface of the blade 1 and further providing the coating 13 on the outside thereof, the probability of lightning strike on the receptor 6 is increased, and the blade 1 and the non-linear resistance material layer 8 are worn by wind pressure. Can be prevented.

以上の通り本実施例によれば、ブレード本体の雷撃損傷を抑制可能なブレード及び風力発電装置を提供することができる。
また、本実施例によれば、ブレードの外表面に塗布された非線形抵抗材層を覆うよう更に塗装が施されることから、風圧によるブレードおよび非線形抵抗材層の磨耗を抑制することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a blade and a wind turbine that can suppress lightning damage to the blade body.
Further, according to this embodiment, since the coating is further applied so as to cover the non-linear resistance material layer applied to the outer surface of the blade, it is possible to suppress the abrasion of the blade and the non-linear resistance material layer due to wind pressure. Become.

図8は、本発明の他の実施例に係る実施例2のブレードの長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。本実施例では、ブレード1の内表面に非線形抵抗材層8が塗布されている点が実施例1と異なる。図8において、上述の実施例1と同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。   FIG. 8 is a cross-sectional view of a tip portion along a longitudinal direction of a blade according to a second embodiment of the present invention, which is a view of the blade viewed from a lateral direction. This embodiment is different from the first embodiment in that the non-linear resistance material layer 8 is applied to the inner surface of the blade 1. In FIG. 8, the same components as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted below.

図8に示すように、非線形抵抗材層8は、ブレード1の内表面に塗布されている。このような構成とすることで、ブレード1の内表面に蓄積した負電荷(図4)の影響を緩和、または蓄積した負電荷をレセプタ6へと導くことができる。これにより、レセプタ6から発生した負ストリーマ16は正ストリーマ15に向かって進展するので、レセプタ6への着雷確率を高めることができる。さらに、ブレード1の内表面は風圧の影響を受けないので、非線形抵抗材層8は磨耗しない。このため、非線形抵抗材層8は特別な措置をせずとも長期にわたり効果を発揮することができる。   As shown in FIG. 8, the non-linear resistance material layer 8 is applied to the inner surface of the blade 1. With such a configuration, the influence of the negative charges (FIG. 4) accumulated on the inner surface of the blade 1 can be reduced, or the accumulated negative charges can be guided to the receptor 6. As a result, the negative streamer 16 generated from the receptor 6 advances toward the positive streamer 15, so that the probability of lightning strike on the receptor 6 can be increased. Further, since the inner surface of the blade 1 is not affected by wind pressure, the non-linear resistance material layer 8 does not wear. For this reason, the non-linear resistance material layer 8 can exhibit an effect for a long time without taking special measures.

以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、非線形抵抗材層の長寿命化を図ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to extend the life of the nonlinear resistance material layer.

図9は、本発明の他の実施例に係る実施例3のブレードの長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、非線形抵抗材層8が、締結部10及びレセプタアンカー9を覆いダウンコンダクタ7の少なくとも一部を投影面上で覆うことが可能になるようにブレード1の外表面に塗布された点が実施例1と異なる。図9において、図5における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図9において、ブレード1の内部に存在する部品は点線で示されている。   FIG. 9 is a view of a blade along a longitudinal direction of a blade according to a third embodiment of the present invention as viewed from above. In this embodiment, the non-linear resistance material layer 8 is applied to the outer surface of the blade 1 so as to cover the fastening portion 10 and the receptor anchor 9 and cover at least a part of the down conductor 7 on the projection surface. This is different from the first embodiment. In FIG. 9, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted below. In FIG. 9, components existing inside the blade 1 are indicated by dotted lines.

図9に示すように、非線形抵抗材層8は、ブレード1の圧力面から負圧面を見たときにダウンコンダクタ7が負圧面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード1の外表面に塗布されている。同様に、非線形抵抗材層8は、ブレード1の負圧面から圧力面を見たときにダウンコンダクタ7が圧力面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード1の外表面に塗布されている。
このような構成とすることで、特に費用対効果の高い部分に限定して、ダウンコンダクタ7から発生した負ストリーマ16により蓄積された電荷の影響を緩和、または蓄積した電荷をレセプタ6へと導くことができる。
As shown in FIG. 9, the non-linear resistance material layer 8 is formed on the blade 1 such that the down conductor 7 covers at least a part of the portion projected on the suction surface when the suction surface is viewed from the pressure surface of the blade 1. It is applied to the outer surface. Similarly, the non-linear resistance material layer 8 is applied to the outer surface of the blade 1 so as to cover at least a part of the portion where the down conductor 7 is projected onto the pressure surface when the pressure surface is viewed from the suction surface of the blade 1. Have been.
With such a configuration, the effect of the charges accumulated by the negative streamer 16 generated from the down conductor 7 is reduced, or the accumulated charges are guided to the receptor 6, particularly in a portion that is particularly cost-effective. be able to.

また、図9に示すように、非線形抵抗材層8は、ブレード1の圧力面から負圧面を見たときにレセプタアンカー9が負圧面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード1の外表面に塗布されている。同様に、非線形抵抗材層8は、ブレード1の負圧面から圧力面を見たときにレセプタアンカー9が圧力面に投影される部分の少なくとも一部を覆うように、ブレード1の表面に塗布されている。このようにすることで、レセプタアンカー9から発生した負ストリーマ16により蓄積された電荷の影響を緩和、または蓄積した電荷をレセプタ6へと導くことができる。これにより、レセプタ6への着雷確率をさらに高めることができる。   As shown in FIG. 9, the non-linear resistance material layer 8 is formed such that the receptor anchor 9 covers at least a part of the portion projected onto the suction surface when the suction surface is viewed from the pressure surface of the blade 1. 1 is applied to the outer surface. Similarly, the non-linear resistance material layer 8 is applied to the surface of the blade 1 so that the receptor anchor 9 covers at least a part of the portion projected onto the pressure surface when the pressure surface is viewed from the suction surface of the blade 1. ing. By doing so, the influence of the electric charge accumulated by the negative streamer 16 generated from the receptor anchor 9 can be reduced, or the accumulated electric charge can be guided to the receptor 6. Thereby, the probability of lightning strike on the receptor 6 can be further increased.

図10は、図9に示すブレードの変形例1を示す図である。図9における同様の構成要素に同一符号を付し、以下ではその説明を省略する。図10に示すように、非線形抵抗材層8は、図9に示した部分に加えて、レセプタ6からブレード1の先端部にかけての部分に塗布されている。換言すれば、レセプタ6からブレード1の先端部にかけて非線形抵抗材層8が延在するよう塗布されている。このような構成とすることで、図9の構成と比較してさらにレセプタ6への着雷確率を高めることができる。   FIG. 10 is a diagram illustrating a first modification of the blade illustrated in FIG. 9. The same reference numerals are given to the same components in FIG. 9, and the description thereof will be omitted below. As shown in FIG. 10, the non-linear resistance material layer 8 is applied to the portion from the receptor 6 to the tip of the blade 1 in addition to the portion shown in FIG. In other words, the non-linear resistance material layer 8 is applied so as to extend from the receptor 6 to the tip of the blade 1. With this configuration, the probability of lightning strike on the receptor 6 can be further increased as compared with the configuration in FIG.

図11は、図9に示すブレードの変形例2を示す図である。図10における同様の構成要素に同一符号を付し、以下ではその説明を省略する。図11に示すように、非線形抵抗材層8は、図10に示した部分に加えて、レセプタ6から前縁側及び後縁側にかけての部分に塗布されている。なお、これに限らず、レセプタ6から前縁側又は後縁側にかけての部分に非線形抵抗材層8が塗布される構成としても良い。換言すれば、レセプタ6から前縁側及び/又は後縁側にかけて非線形抵抗材層8が延在するよう塗布されている。このような構成とすることで、図10の構成と比較してさらにレセプタ6への着雷確率を高めることができる。   FIG. 11 is a diagram illustrating a second modification of the blade illustrated in FIG. 9. The same reference numerals are given to the same components in FIG. 10, and the description thereof will be omitted below. As shown in FIG. 11, the non-linear resistance material layer 8 is applied to the portion from the receptor 6 to the front edge side and the rear edge side in addition to the portion shown in FIG. However, the present invention is not limited to this, and the configuration may be such that the non-linear resistance material layer 8 is applied to a portion from the receptor 6 to the front edge side or the rear edge side. In other words, the non-linear resistance material layer 8 is applied so as to extend from the receptor 6 to the leading edge side and / or the trailing edge side. With this configuration, the probability of lightning strike on the receptor 6 can be further increased as compared with the configuration of FIG.

以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、特に費用対効果の高い部分に限定して非線形抵抗材層をブレードの外表面に塗布する構成を実現することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to realize a configuration in which the non-linear resistance material layer is applied to the outer surface of the blade limited to a particularly cost-effective portion. .

図12は、本発明の他の実施例に係る実施例4のブレード1の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、ブレード1の外表面にダイバータストリップ12を有する点が実施例1と異なる。図12において、図5における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図12において、ブレード1の内部に存在する部品は点線で示されている。   FIG. 12 is a diagram of a blade 1 of Example 4 according to another embodiment of the present invention, as viewed from above, along the longitudinal direction. This embodiment is different from the first embodiment in that a diverter strip 12 is provided on the outer surface of the blade 1. 12, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted below. In FIG. 12, components existing inside the blade 1 are indicated by dotted lines.

図12に示すように、ブレード1の外表面にはダイバータストリップ12が貼付されている。ダイバータストリップ12は、ブレード1の外表面に着雷しようとする正ストリーマ15をダイバータストリップ12側に誘導する。しかし、ダイバータストリップ12の耐ピーク電流量、耐電荷量は大きくなく、ピーク電流の大きい雷撃や電荷量の大きい雷撃を複数回受けるとダイバータストリップ12が損耗する問題がある。そこで、ダイバータストリップ12が貼付された周囲のブレード1の外表面に非線形抵抗材層8を塗布する。これにより、非線形抵抗材層8を塗布した効果によりレセプタ6への着雷確率を高めつつ、ブレード1本体の外表面への雷撃に対してはダイバータストリップ12で保護することができる。このようにすることで、ダイバータストリップ12の交換頻度を低減することができる。   As shown in FIG. 12, a diverter strip 12 is attached to the outer surface of the blade 1. The diverter strip 12 guides the positive streamer 15, which is about to strike the outer surface of the blade 1, toward the diverter strip 12. However, the divertor strip 12 does not have a large peak current resistance and a large charge resistance, and there is a problem that the diverter strip 12 is worn out by receiving a lightning strike having a large peak current or a lightning stroke having a large charge amount a plurality of times. Then, the non-linear resistance material layer 8 is applied to the outer surface of the surrounding blade 1 to which the diverter strip 12 is attached. Thus, the probability of lightning strike on the receptor 6 can be increased by the effect of the application of the nonlinear resistance material layer 8, and the diverter strip 12 can protect the lightning strike on the outer surface of the blade 1 main body. By doing so, the frequency of replacing the diverter strip 12 can be reduced.

以上の通り本実施例によれば、実施例1の効果に加え、レセプタ6への着雷確率を高めつつブレード1本体の外表面への雷撃をより抑制可能となる。   As described above, according to this embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, it is possible to further suppress the lightning strike on the outer surface of the blade 1 main body while increasing the probability of lightning strike on the receptor 6.

図13は、本発明の他の実施例に係る実施例5のブレード1の長手方向に沿った先端部の断面図であって、ブレードを横方向から見た図である。レセプタ6aをブレード1の先端部に設ける構成とした点が実施例1と異なる。図13において、図7における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。   FIG. 13 is a cross-sectional view of a tip portion along a longitudinal direction of a blade 1 of Example 5 according to another embodiment of the present invention, and is a diagram of the blade viewed from a lateral direction. The difference from the first embodiment is that the receptor 6a is provided at the tip of the blade 1. In FIG. 13, the same components as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted below.

図13に示すように、レセプタ6aは、ブレード1の先端部に取り付けられている。日本では、特に日本海側地域において、冬季雷と呼ばれるエネルギーの高い雷が観測されており、図13に示されるブレード1の先端部に取り付けられた体積の大きいレセプタ6aが用いられることがある。このような構成に対しても、非線形抵抗材層8をブレード1の外表面に塗布することにより、レセプタ6aへの着雷確率を高めることができる。なお、レセプタ6aの形状は、図13に示される形状に限定されるものではなく、所望の形状とすれば良い。   As shown in FIG. 13, the receptor 6a is attached to the tip of the blade 1. In Japan, especially in the Sea of Japan side, high-energy lightning called winter lightning is observed, and a large-volume receptor 6a attached to the tip of the blade 1 shown in FIG. 13 may be used. Even in such a configuration, by applying the non-linear resistance material layer 8 to the outer surface of the blade 1, the probability of lightning strike on the receptor 6a can be increased. Note that the shape of the receptor 6a is not limited to the shape shown in FIG. 13, but may be any desired shape.

以上の通り本実施例によれば、実施例1と同様の効果を奏することが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to achieve the same effects as those of the first embodiment.

図14は、本発明の他の実施例に係る実施例6のブレード1の長手方向に沿った先端部を上方より見た図である。本実施例では、特性の異なる第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bをブレード1の外表面に塗布する構成とした点が実施例1と異なる。図14において、図5における同様の構成要素に同一符号を付し、以下では重複する説明を省略する。図14において、ブレード1の内部に存在する部品は点線で示されている。   FIG. 14 is a diagram of a blade 1 of Example 6 according to another embodiment of the present invention, as viewed from above, along the longitudinal direction. The present embodiment is different from the first embodiment in that the first non-linear resistance material layer 8a and the second non-linear resistance material layer 8b having different characteristics are applied to the outer surface of the blade 1. 14, the same components as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted below. In FIG. 14, components existing inside the blade 1 are indicated by dotted lines.

図14に示すように、第1の非線形抵抗材層8aは、第2の非線形抵抗材層8bに比べてレセプタ6に近い部分に塗布されている。ここで図15に本実施例に係る第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bの抵抗率と電界との関係をそれぞれ示す。図15に示すように、第1の非線形抵抗材層8aは、第2の非線形抵抗材層8bよりも高い電界において、抵抗率が大きく低下する特性を有する。図14に示すような、ブレード1の外表面に第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bが塗布された構成とすることで、レセプタ6への着雷確率をさらに高めることができる。
なお、本実施例では、第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bを用いる例を示したが、第1の非線形抵抗材層8a及び第2の非線形抵抗材層8bとは異なる抵抗率と電界との関係を有する少なくとも1つ以上の異なる非線形抵抗材層を設けても良い。例えば、レセプタ6から離れるにしたがって抵抗率と電界との関係が連続的に変化するような非線形抵抗材層を設置する構成としても良い。
As shown in FIG. 14, the first nonlinear resistance material layer 8a is applied to a portion closer to the receptor 6 than the second nonlinear resistance material layer 8b. Here, FIG. 15 shows the relationship between the resistivity and the electric field of the first nonlinear resistance material layer 8a and the second nonlinear resistance material layer 8b according to the present embodiment, respectively. As shown in FIG. 15, the first non-linear resistance material layer 8a has a characteristic that the resistivity is greatly reduced in an electric field higher than that of the second non-linear resistance material layer 8b. As shown in FIG. 14, by adopting a configuration in which the first nonlinear resistance material layer 8a and the second nonlinear resistance material layer 8b are applied to the outer surface of the blade 1, the probability of lightning strike on the receptor 6 is further increased. be able to.
In this embodiment, the example in which the first nonlinear resistance material layer 8a and the second nonlinear resistance material layer 8b are used has been described. However, the first nonlinear resistance material layer 8a and the second nonlinear resistance material layer 8b are not used. May be provided with at least one or more different nonlinear resistance material layers having different relationships between resistivity and electric field. For example, a configuration may be adopted in which a non-linear resistance material layer is provided such that the relationship between the resistivity and the electric field changes continuously as the distance from the receptor 6 increases.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above. A part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment.

1…ブレード
2…ハブ
3…ナセル
4…タワー
5…接地極
6、6a…レセプタ
7…ダウンコンダクタ
8、8a、8b…非線形抵抗材層
9…レセプタアンカー
10…締結部
11…接着剤
12…ダイバータストリップ
13…塗装
15…正ストリーマ
16…負ストリーマ
17…正ストリーマと負ストリーマの接触点
18…着雷点
50…風力発電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Blade 2 ... Hub 3 ... Nacell 4 ... Tower 5 ... Grounding pole 6, 6a ... Receptor 7 ... Down conductor 8, 8a, 8b ... Nonlinear resistance material layer 9 ... Receptor anchor 10 ... Fastening part 11 ... Adhesive 12 ... Divertor Strip 13 Painting 15 Positive streamer 16 Negative streamer 17 Contact point 18 between positive streamer and negative streamer 18 Lightning point 50 Wind power generator

Claims (16)

ブレード本体と、
前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも1つのレセプタと、
前記レセプタと電気的に接続され、前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを有するブレードであって、
前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、
前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とするブレード。
The blade body,
At least one receptor mounted near the tip or tip of the blade body;
A blade electrically connected to the receptor, having a down conductor installed inside the blade body,
Having a non-linear resistance material layer on the outer surface or inner surface of the blade body,
The non-linear resistance material layer has a low electric resistance value when an electric field of a predetermined electric field value or more acts, and becomes conductive, and has a high electric resistance value when a electric field lower than the predetermined electric field value acts. A blade.
請求項1に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の外表面又は内表面に塗布されていることを特徴とするブレード。
The blade according to claim 1,
The blade according to claim 1, wherein the non-linear resistance material layer is applied to an outer surface or an inner surface of the blade body.
請求項2に記載のブレードにおいて、
前記ブレード本体は、前記非線形抵抗材層を有する部分も含め、又は、前記非線形抵抗材層を有する部分に対応して、塗装されていることを特徴とするブレード。
The blade according to claim 2,
The blade is characterized in that the blade body is painted including a portion having the non-linear resistance material layer or corresponding to a portion having the non-linear resistance material layer.
請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の圧力面から負圧面に向かって前記ダウンコンダクタが前記ブレード本体の負圧面側に投影される部分の少なくとも一部と、前記ブレード本体の負圧面から圧力面に向かって前記ダウンコンダクタが前記ブレード本体の圧力面側に投影される部分の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。
The blade according to any one of claims 1 to 3,
The non-linear resistance material layer includes at least a part of a portion where the down conductor is projected from the pressure surface of the blade body toward the suction surface toward the suction surface of the blade body, and a pressure surface from the suction surface of the blade body. Wherein the down conductor is provided so as to cover at least a part of a portion projected onto the pressure surface side of the blade body.
請求項4に記載のブレードにおいて、
前記レセプタは、前記レセプタと電気的に接続されたレセプタアンカーに固定されており、前記ダウンコンダクタは、前記レセプタアンカーと電気的に接続されており、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の圧力面から負圧面に向かって前記レセプタアンカーが前記ブレード本体の負圧面側に投影される部分の少なくとも一部と、前記ブレード本体の負圧面から圧力面に向かって前記レセプタアンカーが前記ブレード本体の圧力面側に投影される部分の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。
The blade according to claim 4,
The receptor is fixed to a receptor anchor electrically connected to the receptor, and the down conductor is electrically connected to the receptor anchor,
The non-linear resistance material layer includes at least a part of a portion where the receptor anchor is projected from the pressure surface of the blade body toward the suction surface toward the suction surface of the blade body, and a pressure surface from the suction surface of the blade body. The blade is characterized in that the receptor anchor is provided so as to cover at least a part of the portion projected toward the pressure surface side of the blade body toward the blade body.
請求項5に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記レセプタから前記ブレード本体の先端部にかけて延在することを特徴とするブレード。
The blade according to claim 5,
The blade according to claim 1, wherein the non-linear resistance material layer extends from the receptor to a tip portion of the blade body.
請求項6に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記レセプタから前記ブレード本体の前縁側及び/又は後縁側にかけて延在することを特徴とするブレード。
The blade according to claim 6,
The blade according to claim 1, wherein the non-linear resistance material layer extends from the receptor to a front edge side and / or a rear edge side of the blade main body.
請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載のブレードにおいて、
レセプタは、前記ブレード本体の先端部に設けられていることを特徴とするブレード。
The blade according to any one of claims 1 to 3,
A blade, wherein the receptor is provided at a tip portion of the blade main body.
請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の先端部から長手方向に4m以上10mの範囲に設けられていることを特徴とするブレード。
The blade according to any one of claims 1 to 3,
The blade, wherein the non-linear resistance material layer is provided in a range from 4 m to 10 m in a longitudinal direction from a tip end of the blade main body.
請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、ブレードの長さに対する比率が10%以上29%以下となる前記ブレード本体の先端部から長手方向の範囲に設けられていることを特徴とするブレード。
The blade according to any one of claims 1 to 3,
The blade, wherein the non-linear resistance material layer is provided in a range in a longitudinal direction from a tip portion of the blade main body in which a ratio to a length of the blade is 10% or more and 29% or less.
請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載のブレードにおいて、
前記ブレード本体の外表面に貼付されたダイバータストリップを有し、
前記非線形抵抗材層は、前記ダイバータストリップが貼付されている前記ブレード本体の周囲の少なくとも一部を覆うように設けられていることを特徴とするブレード。
The blade according to any one of claims 1 to 3,
Having a diverter strip attached to the outer surface of the blade body,
The blade according to claim 1, wherein the non-linear resistance material layer is provided so as to cover at least a part of a periphery of the blade body to which the diverter strip is attached.
請求項1乃至請求項3のうちいずれか1項に記載のブレードにおいて、
前記非線形抵抗材層は、第1の非線形抵抗材層と第2の非線形抵抗材層を有し、
前記第1の非線形抵抗材層は前記第2の非線形抵抗材層よりも前記レセプタに近く、前記第1の非線形抵抗材層は第2の非線形抵抗材層よりも高い電界において抵抗率が大きく低下する特性を有することを特徴とするブレード。
The blade according to any one of claims 1 to 3,
The nonlinear resistance material layer has a first nonlinear resistance material layer and a second nonlinear resistance material layer,
The first non-linear resistance material layer is closer to the receptor than the second non-linear resistance material layer, and the first non-linear resistance material layer has a greatly reduced resistivity in an electric field higher than the second non-linear resistance material layer. A blade characterized in that the blade has the following characteristics.
少なくとも、風を受けて回転するブレードを有するロータと、前記ロータの回転エネルギーを用いて発電する発電機を収容するナセルと、を有する風力発電装置であって、
前記ブレードは、ブレード本体と、前記ブレード本体の先端部若しくは先端部の近傍に取り付けられた少なくとも1つのレセプタと、前記レセプタと電気的に接続され前記ブレード本体の内部に設置されたダウンコンダクタとを備え、
前記ブレード本体の外表面又は内表面に非線形抵抗材層を有し、
前記非線形抵抗材層は、所定の電界値以上の電界が作用するときには電気抵抗値が低く導電性になり、前記所定の電界値より低い電界が作用するときには電気抵抗値が高く抵抗性になることを特徴とする風力発電装置。
At least, a wind turbine generator having a rotor having a blade that rotates in response to wind, and a nacelle that houses a generator that generates electric power using the rotational energy of the rotor,
The blade includes a blade body, at least one receptor attached near the tip or the tip of the blade body, and a down conductor electrically connected to the receptor and installed inside the blade body. Prepared,
Having a non-linear resistance material layer on the outer surface or inner surface of the blade body,
The non-linear resistance material layer has a low electric resistance and becomes conductive when an electric field having a predetermined electric field or more acts thereon, and has a high electric resistance when an electric field lower than the predetermined electric field acts. A wind power generator.
請求項13に記載の風力発電装置において、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の外表面又は内表面に塗布されていることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generator according to claim 13,
The wind power generator, wherein the non-linear resistance material layer is applied to an outer surface or an inner surface of the blade body.
請求項13又は請求項14に記載の風力発電装置において、
前記非線形抵抗材層は、前記ブレード本体の先端部から長手方向に4m以上10mの範囲に設けられていることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generator according to claim 13 or claim 14,
The wind power generator, wherein the non-linear resistance material layer is provided in a range of 4 m or more and 10 m in a longitudinal direction from a tip portion of the blade main body.
請求項13又は請求項14に記載の風力発電装置において、
前記非線形抵抗材層は、ブレードの長さに対する比率が10%以上29%以下となる前記ブレード本体の先端部から長手方向の範囲に設けられていることを特徴とする風力発電装置。
The wind power generator according to claim 13 or claim 14,
The wind power generator, wherein the non-linear resistance material layer is provided in a range in a longitudinal direction from a tip end of the blade main body in which a ratio to a blade length is 10% or more and 29% or less.
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