JP2020516809A - 風車翼および風力発電装置 - Google Patents

Abstract

風車翼は、該風車翼の翼先端を含む金属レセプタと、金属レセプタに対して翼根側に位置するように金属レセプタに接続され、金属レセプタとの接合領域において金属レセプタとともに風車翼の翼先端領域における翼型を形成する中空構造の翼本体部と、を備える。風車翼の翼厚方向から視たとき、金属レセプタと翼本体部との接合線の風車翼の前縁との交点上における接線が風車翼のコード方向に対して傾斜している。【選択図】図４

Description

本発明は、風車翼および風力発電装置に関する。

従来、風車翼には、雷撃による翼本体への被害を低減するための避雷設備が設けられている。例えば、特許文献１には、翼先端部に金属製のレセプタ（受雷部）を備えた風車翼が開示されている。

欧州特許出願公開第２２２６４９７号明細書

ところで、風車翼は、ロータの回転に伴い空気中の異物（例えば、雨滴や塵埃など）と衝突して前縁側に所謂エロージョンが発生する。特に、翼本体部とレセプタとの接合部に異物が衝突すると、上記接合部の前縁側が、翼本体部に生ずる亀裂の起点になる、という問題があった。

本発明の少なくとも幾つかの実施形態は、エロージョンによる風車翼の損傷を抑制することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼は、
風車翼であって、
前記風車翼の翼先端を含む金属レセプタと、
前記金属レセプタに対して翼根側に位置するように前記金属レセプタに接続され、前記金属レセプタとの接合領域において前記金属レセプタとともに前記風車翼の翼先端領域における翼型を形成する中空構造の翼本体部と、
を備え、
前記風車翼の翼厚方向から視たとき、前記金属レセプタと前記翼本体部との接合線の前記風車翼の前縁との交点上における接線が前記風車翼のコード方向に対して傾斜している。

上記（１）の構成によれば、金属レセプタと中空構造の翼本体部との接合面をコード方向に対して傾斜させることにより、風車翼の前縁への異物（例えば、雨滴や塵埃）の衝突角度と接合面の接線方向とが不一致となる。したがって、風車翼に異物が衝突する際の衝撃が接合部に集中することを緩和できるため、上記接合面におけるエロージョンを抑制することができ、エロージョンによる風車翼の損傷を抑制することができる。
また、金属レセプタと翼本体部との接合面においてエロージョンを抑制することは、翼本体部が「中空構造」である場合には特に有効である。すなわち、翼本体部が中空構造である場合、金属レセプタと翼本体部との接合面のエロージョンの進行に伴い、風車翼の外部と内部との連通経路が形成されてしまうと、翼本体部の内部（中空部）への異物侵入が懸念されるところ、上述のように接合面におけるエロージョンを抑制可能であることは技術的に有用である。
なお、本明細書において、「翼厚方向」は、風車翼の翼長方向とコード方向とのいずれにも垂直な方向をいうものとする。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記接合線は、前記風車翼の翼厚方向から視たとき、前記接合線と前記風車翼の後縁との交点が、前記接線と前記風車翼の後縁との交点よりも前記翼先端側に位置するように、湾曲又は屈曲していてもよい。

上記（２）の構成によれば、金属レセプタと中空構造の翼本体部との接合線が、該接合線と風車翼の後縁との交点が、接線と風車翼の後縁との交点よりも翼先端側に位置する範囲において、前縁から後縁にかけて直線でない形態をとり得る。これにより、金属レセプタと翼本体部との接合部の形状の設計自由度を向上させることができるため、種々の形状の金属レセプタを用いてエロージョンによる風車翼の損傷をより好適に低減することができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の構成において、
前記接線は、前記前縁から前記風車翼の後縁に向かって前記翼先端に近づくように前記コード方向に対して傾斜していてもよい。

上記（３）の構成によれば、接合線に対して前縁側に位置する部材が金属レセプタであるため、風車翼の回転に伴う接合面への遺物の衝突を金属レセプタによって保護することができるから、接合線におけるエロージョンを効果的に抑制することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか一つに記載の構成において、
翼長方向に沿った前記金属レセプタの長さが、前記風車翼の翼長の０．１％以上０．９％以下、又は、５０ｍｍ以上７００ｍｍ以下であってもよい。

上記（４）の構成によれば、金属レセプタの長さを翼長の０．１％以上又は５０ｍｍ以上にすることで、金属レセプタによる高い耐雷性能を実現できる。一方、金属レセプタの長さを翼長の０．９％以下又は７００ｍｍ以下にすることで、金属レセプタの大型化に伴う風車翼の重量増加を抑制することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか一つに記載の構成において、
コード方向に沿った前記金属レセプタの幅が、前記風車翼の翼長の０．２５％以上０．９％以下、又は、２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であってもよい。

上記（５）の構成によれば、金属レセプタの幅を翼長の０．２５％以上又は２００ｍｍ以上にすることで、金属レセプタによる高い耐雷性能を実現できる。一方、金属レセプタの幅を翼長の０．９％以下又は７００ｍｍ以下にすることで、金属レセプタの大型化に伴う風車翼の重量増加を抑制することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１つに記載の構成において、
前記接合線は、前記風車翼の翼長をＬとしたとき、０．００９Ｌ以下の曲率半径を有する湾曲形状であってもよい。

上記（６）の構成によれば、接合線が湾曲形状を有するため、金属レセプタの前縁側又は後縁側への重量の偏りを抑制しつつ、前縁と接合線との交点上の接合線の接線の、コード方向に対する傾斜角度を十分に確保しやすくなり、接合線におけるエロージョンを効果的に抑制することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか１つに記載の構成において、
前記風車翼は、
前記翼本体部の外表面を少なくとも部分的に覆う第１耐エロージョン層をさらに備えていてもよい。

上記（７）の構成によれば、翼本体部の外表面を少なくとも部分的に覆う第１耐エロージョン層をさらに備えることにより、エロージョンによる風車翼の損傷をより効果的に抑制することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）の何れか１つに記載の構成において、
前記風車翼は、
前記金属レセプタと前記翼本体部との間の前記接合線のうち少なくとも前記前縁側の部位を覆う第２耐エロージョン層をさらに備えていてもよい。

上記（８）の構成によれば、第２耐エロージョン層をさらに備えることにより、金属レセプタと翼本体部との間の接合線のうち少なくとも前縁側の部位を覆うことができる。したがって、接合面におけるエロージョンをより効果的に抑制することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか１つに記載の構成において、
前記風車翼は、
前記金属レセプタに接続され、前記金属レセプタとの接続部から前記風車翼の翼根に向かって延在する金属箔又はダウンコンダクタの少なくとも一方を含む雷電流伝達部をさらに備えていてもよい。

上記（９）の構成によれば、風車翼が、金属箔又はダウンコンダクタの少なくとも一方を含む雷電流伝達部をさらに備えることにより、上記（１）で述べたエロージョンによる風車翼の損傷を抑制する効果を享受しつつ耐雷性能をより確実に発揮することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１つに記載の構成において、
前記翼本体部は、前記金属レセプタと重ねられた状態で前記金属レセプタに接続されるＦＲＰシェルを含んでもよい。

上記（１０）の構成によれば、ＦＲＰで形成された中空構造のＦＲＰシェルと金属レセプタとの接続部において、上記（１）で述べたエロージョンによる風車翼の損傷を抑制する効果を享受することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れか１つに記載の構成において、
前記金属レセプタは、内部にキャビティを有していてもよい。

上記（１１）の構成によれば、金属レセプタが内部にキャビティを有するため、該金属レセプタの重量増加を抑制しながら、接合線におけるエロージョンを抑制することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の構成において、
前記金属レセプタは、前記キャビティに連通するドレン穴を含んでもよい。

上記（１２）の構成によれば、金属レセプタが、その内部に形成されたキャビティに連通するドレン穴を含むことにより、例えば、キャビティ内に雨滴等の異物が蓄積した場合は、ドレン穴を介して外部に排出することができるため、エロージョンによる風車翼の損傷を抑制することができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１１）の何れか一つに記載の構成において、
前記金属レセプタは、
前記風車翼の前記翼先端側の圧力面を形成する第１部分と、
前記第１部分に締結され、前記風車翼の前記翼先端側の負圧面を形成する第２部分と、
を含んでもよい。

上記（１３）の構成によれば、金属レセプタが、翼先端側の圧力面を形成する第１部分と、翼先端側の負圧面を形成する第２部分とを含んで構成されることにより、上記（１）で述べたエロージョンによる風車翼の損傷を抑制する効果を享受しつつ翼本体部への組付け及びメンテナンスが容易な構成とすることができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１３）の何れか一つに記載の構成において風車翼は、
前記金属レセプタが銅または銅合金で形成されていてもよい。

上記（１４）の構成によれば、導電性の高い銅または銅合金で形成された金属レセプタにより、上記（１）で述べたエロージョンによる風車翼の損傷を抑制する効果を享受しつつ耐雷性能をより確実に発揮することができる。

（１５）本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風力発電装置は、
上記（１）乃至（１４）の何れか一つに記載の風車翼を備えていてもよい。

上記（１５）の構成によれば、接合線におけるエロージョンを効果的に抑制することができる風車翼を備えた風力発電装置を得ることができる。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、エロージョンによる風車翼の損傷を低減することができる。

風力発電装置の構成例を示す図である。 一実施形態に係る風車翼を示す斜視図である。 （Ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図で、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。 一実施形態に係る風車翼の先端側を示す平面図である。 一実施形態に係る風車翼の翼先端部を示す図である。 他の実施形態に係る風車翼の翼先端部を示す図である。 他の実施形態に係る風車翼の翼先端部を示す図である。 他の実施形態に係る風車翼の翼先端部を示す図である。 他の実施形態に係る風車翼の翼先端部を示す図である。 他の実施形態に係る風車翼の翼先端部を示す図である。 幾つかの実施形態における耐エロージョン層を示す平面図である。 風力発電装置の他の構成例を示す図である。 一実施形態に係る風車翼の先端側を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る風力発電装置の構成例を示す概略図である。図２は、一実施形態に係る風車翼を示す斜視図である。図３（Ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図で、（Ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。図４は一実施形態に係る風車翼の先端側を示す平面図である。

図１に示すように、本発明の少なくとも一実施形態に係る風力発電装置（以下、風車とする）１は、少なくとも一枚の風車翼２と、風車翼２が取り付けられるハブ３と、風車翼２およびハブ３を含むロータを支持するナセル４と、ナセル４を旋回自在に支持するタワー５とを備える。なお、ロータの回転は不図示の発電機に入力されて、該発電機において電力が生成されるようになっている。
タワー５は、洋上風力発電装置の場合は洋上に、陸上風力発電装置の場合は陸上に設けられた基礎上に立設される。

図２に示すように、一実施形態に係る風車翼２は、翼根部２Ａから翼先端部２Ｂにかけて延在する翼本体部２０と、該風車翼２の翼先端部２Ｂを含む金属レセプタ５０と、を備えている。

図２に示すように、翼本体部２０は、風車１のハブ３に取り付けられる翼根部２Ａと、ハブ３から最も遠くに位置する翼先端部２Ｂと、翼根部２Ａ及び翼先端部２Ｂの間で翼長方向に延在する翼型部２Ｃ（翼中央部）と、を含む。また、翼本体部２０は、翼根部２Ａから翼先端部２Ｂに亘って前縁２１と後縁２３とを有する。翼本体部２０の外形は、前縁２１及び後縁２３を境に規定される背面及び腹面の一方をなす負圧面２５（背面）と、他方をなす正圧面２７（腹面又は圧力面）とによって規定される（図２及び図３参照）。
なお、本明細書において、「翼長方向」とは、翼根部２Ａと翼先端部２Ｂとを結ぶ方向であり、「コード方向（翼コード方向）」とは、翼本体部２０の前縁２１と後縁２３とを結ぶ線（コード）に沿った方向であり、前縁２１と後縁２３とを結ぶ上記コード方向にほぼ直交する方向（翼本体部２０の背側と腹側とを結ぶ方向）が「翼厚方向（又はフラップ方向）」である（図２及び図３参照）。また、「翼根部」とは、風車翼２において断面が概ね円形となる円筒状の部分であり、風車翼２の翼本体部２０における翼根部２Ａ側の端面を基準として例えば５ｍの翼長方向範囲（典型的には、前記端面から１〜３ｍの範囲）である。

幾つかの実施形態において、翼本体部２０は、少なくとも一部が繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）で構成される。幾つかの実施形態において、風車翼２は、例えば、図３及び図４に示すように、金属レセプタ５０と翼本体部２０の端部との接合部１０から翼根部２Ａに向かって翼長方向に沿って延在する金属箔３２を有していてもよい。金属箔３２は、金属レセプタ５０からの雷電流を翼根部２Ａ側に導くように構成されており、ダウンコンダクタとしての機能を有してもよい。一実施形態では、金属箔３２は、翼根部２Ａ、ハブ３、ナセル４、タワー５を通る他のダウンコンダクタと電気的に接続される。そして、金属レセプタ５０が着雷した場合に、金属レセプタ５０からの雷電流を金属箔３２から他のダウンコンダクタを介してタワー５に取り付けられたアース端子まで導くようになっていてもよい。

図２に示すように、幾つかの実施形態において、翼本体部２０は、金属レセプタ５０に対して翼根部２Ａ側に位置するようにして金属レセプタ５０に接続される。幾つかの実施形態において、翼本体部２０は、金属レセプタ５０との接合領域において金属レセプタ５０とともに風車翼２の翼先端領域における翼型を形成する中空構造を有している。
具体的には、図３（Ａ）に示すように、一実施形態における翼根部２Ａにおいて、風車翼２は、厚さ方向内側から順に、内側翼根補強材２２、翼型形成材２４およびスパーキャップ２６、絶縁層２８、外側翼根補強材３０、金属箔３２、保護層３４を含んで構成される。また、一実施形態では、図３（Ｂ）に示すように、翼型部２Ｃにおいて、風車翼２は、厚さ方向内側から順に、翼型形成材２４およびスパーキャップ２６、絶縁層２８、金属箔３２、保護層３４を含んで構成される。
なお、図３（Ａ）および（Ｂ）では、説明の便宜上、各部材の厚さやサイズを実際の風車翼とは異ならせている。

幾つかの実施形態において、翼本体部２０は、例えば、図２、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、前縁２１及び後縁２３の各端部に沿って負圧面２５側と正圧面２７側とが互いに一体に接合されて構成されてもよい。幾つかの実施形態において、風車翼２は、内面側において翼長方向に亘って少なくとも１本のシアウェブ３６（桁材）により負圧面２５側と正圧面２７側とが連結されてもよい。シアウェブ３６は、翼根部２Ａから翼本体部２０の端部近傍まで連続していてもよい。このように、翼本体部２０の先端側にもシアウェブ３６を設けることにより、金属レセプタ５０による荷重増加をシアウェブ３６によって支持することができる。なお、翼本体部２０の端部は、翼本体部２０における翼先端部２Ｂ側の端部であり、金属レセプタ５０が接続される部分である。

幾つかの実施形態では、スパーキャップ２６と金属箔３２との間に絶縁層２８が介装され、該絶縁層２８が金属箔３２とスパーキャップ２６とを絶縁する。これにより、金属レセプタ５０に着雷した場合に、金属箔３２からの大きな雷電流がスパーキャップ２６に流れてスパーキャップ２６が破損することを防止できる。
金属箔３２は、上述したように、金属レセプタ５０と翼本体部２０の端部との接合部１０から翼根部２Ａに向かって翼長方向に沿って延在する。例えば金属箔３２は、シート状またはメッシュ状であってもよく、さらに銅または銅合金で形成されてもよい。

図４〜図１１に示すように、幾つかの実施形態において、風車翼２は、該風車翼２の翼厚方向から視たとき、金属レセプタ５０と翼本体部２０との接合線７０と風車翼２の前縁２１との交点Ｐ上における上記接合線７０の接線７２が風車翼２のコード方向に対して傾斜（傾斜角θ）している。

上記の構成によれば、金属レセプタ５０と中空構造の翼本体部２０との接合面をコード方向に対して傾斜させることにより、風車翼２の前縁２１への異物Ｆ（例えば、雨滴や塵埃）の衝突角度と接合面の接線方向とが不一致となる。したがって、風車翼２に異物が衝突する際の衝撃が接合部に集中することを緩和できるため、上記接合面におけるエロージョンを抑制することができ、エロージョンによる風車翼２の損傷を抑制することができる。空気中の異物Ｆが風車翼２の接合線７０の前縁２１側に対して垂直に衝突することを回避することができるため、風車翼２に異物Ｆが衝突する際の衝撃が接合部１０に集中することを緩和することができ、エロージョンによる風車翼２の損傷を低減することができるのである。
なお、このように金属レセプタ５０と翼本体部２０との接合面においてエロージョンを抑制することは、幾つかの実施形態のように翼本体部２０が「中空構造」である場合に特に有効である。すなわち、翼本体部２０が中空構造である場合、金属レセプタ５０と翼本体部２０との接合面のエロージョンの進行に伴い、風車翼２の外部と内部との連通経路が形成されてしまうと、翼本体部２０の内部（中空部）への異物侵入が懸念されるところ、上述のように接合面におけるエロージョンを抑制可能であることは技術的に有用である。

幾つかの実施形態では、例えば、図５に示すように、接合線７０は、風車翼２の翼厚方向から視たとき、接合線７０と風車翼２の後縁２３との交点Ｑが、接線７２と風車翼２の後縁２３との交点Ｒと一致するように、直線状になっていてもよい。幾つかの実施形態では、例えば、図６に示すように、接合線７０は、風車翼２の翼厚方向から視たとき、接合線７０と風車翼２の後縁２３との交点Ｑが、接線７２と風車翼２の後縁２３との交点Ｒよりも翼先端部２Ｂ側に位置するように、湾曲していてもよい。また、幾つかの実施形態では、例えば、図７に示すように、接合線７０は、風車翼２の翼厚方向から視たとき、接合線７０と風車翼２の後縁２３との交点Ｑが、接線７２と風車翼２の後縁２３との交点Ｒよりも翼先端部２Ｂ側に位置するように屈曲していてもよい。

上記の構成によれば、金属レセプタ５０と中空構造の翼本体部２０との接合線７０が、該接合線７０と風車翼２の後縁２３との交点Ｑが、接線７２と風車翼２の後縁２３との交点Ｒよりも翼先端部２Ｂ側に位置する範囲において、前縁２１から後縁２３にかけて直線でない形態をとり得る。これにより、金属レセプタ５０と翼本体部２０との接合部１０の形状の設計自由度を向上させることができるため、種々の形状の金属レセプタ５０を用いてエロージョンによる風車翼２の損傷をより好適に低減することができる。
なお、上記の図５〜図７に例示的に示した実施形態において、接合線７０と前縁２１との交点Ｐと、接合線７０と後縁２３との交点Ｑとは、どちらを翼先端部２Ｂにより近い配置としてもよい。つまり、交点Ｐが交点Ｑよりも翼先端部２Ｂにより近くに配置された構成としてもよいし、交点Ｑが交点Ｐよりも翼先端部２Ｂにより近く配置された構成としてもよい。また、接線７２と後縁２３との交点Ｒは、交点Ｐを通るコード線に対して、該コード線より翼根部２Ａ側であってもよいし、該コード線よりも翼先端部２Ｂ側であってもよい。

幾つかの実施形態において、接線７２は、例えば、図４、図９又は図１０に示すように、前縁２１から風車翼２の後縁２３に向かって翼先端部２Ｂに近づくようにコード方向に対して傾斜していてもよい。この構成によれば、接合線７０に対して前縁２１側に位置する部材が金属レセプタ５０であるため、接合線７０におけるエロージョンを効果的に抑制することができる。

幾つかの実施形態では、翼長方向に沿った金属レセプタ５０の長さＬ１が、風車翼２の翼長Ｌの０．１％以上０．９％以下（０．００１Ｌ≦Ｌ１≦０．００９Ｌ）、又は、５０ｍｍ以上７００ｍｍ以下（５０ｍｍ≦Ｌ１≦７００ｍｍ）であってもよい（図２及び図４参照）。このようにすれば、金属レセプタ５０の長さを翼長の０．１％以上又は５０ｍｍ以上にすることで、金属レセプタ５０による高い耐雷性能を実現できる。一方、金属レセプタ５０の長さを翼長の０．９％以下又は７００ｍｍ以下にすることで、金属レセプタ５０の大型化に伴う風車翼２の重量増加を抑制することができる。

幾つかの実施形態では、コード方向に沿った金属レセプタ５０の幅Ｗ１が、風車翼２の翼長Ｌの０．２５％以上０．９％以下（０．００２５Ｌ≦Ｗ１≦０．００９Ｌ）、又は、２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下（２００ｍｍ≦Ｌ１≦７００ｍｍ）であってもよい（図２及び図４参照）。このようにすれば、金属レセプタ５０の幅を翼長の０．２５％以上又は２００ｍｍ以上にすることで、金属レセプタ５０による高い耐雷性能を実現できる。一方、金属レセプタ５０の幅を翼長の０．９％以下又は７００ｍｍ以下にすることで、金属レセプタ５０の大型化に伴う風車翼２の重量増加を抑制することができる。

幾つかの実施形態において、接合線７０は、風車翼２の翼長をＬとしたとき、０．００９Ｌ以下の曲率半径Ｒ１（Ｒ１≦０．００９Ｌ）を有する湾曲形状であってもよい（図２、図８及び図９参照）。この構成によれば、接合線７０が湾曲形状を有するため、金属レセプタ５０の前縁２１側又は後縁２３側への重量の偏りを抑制しつつ、前縁２１と接合線７０との交点Ｐ上の接合線７０の接線７２の、コード方向に対する傾斜角度を十分に確保しやすくなり、接合線７０におけるエロージョンを効果的に抑制することができる。

図１１に示すように、幾つかの実施形態において、風車翼２は、翼本体部２０の外表面を少なくとも部分的に覆う第１耐エロージョン層８０をさらに備えていてもよい。
幾つかの実施形態において、第１耐エロージョン層８０は、耐摩耗性（耐腐食性）を有する保護材であり、例えば、テープ、ペイント、コーティング等の形態を含み得る。この第１耐エロージョン層８０は、翼本体部２０の表面に塗布又は貼付されて翼本体部２０を空気中の異物Ｆとの衝突から保護するためのものである。幾つかの実施形態では、第１耐エロージョン層８０として、例えば、ポリウレタン塗料（例えば、３Ｍ（商標登録）社の「３Ｍ Ｗｉｎｄ Ｂｌａｄｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｗ４６００や、ＢＡＳＦ社のポリウレタン塗料）やこれを塗布したテープを用いてもよい。
この構成によれば、翼本体部２０の外表面を少なくとも部分的に覆う第１耐エロージョン層８０をさらに備えることにより、エロージョンによる風車翼２の損傷をより効果的に低減することができる。

図１１に示すように、幾つかの実施形態において、風車翼２は、金属レセプタ５０と翼本体部２０との間の接合線７０のうち少なくとも前縁２１側の部位を覆う第２耐エロージョン層８２をさらに備えていてもよい。このように第２耐エロージョン層８２をさらに備えることにより、金属レセプタ５０と翼本体部２０との間の接合線７０のうち少なくとも前縁２１側の部位を覆うことができる。したがって、接合線７０におけるエロージョンをより効果的に抑制することができる。

図１２に示すように、幾つかの実施形態において、風車翼２は、金属レセプタ５０に接続され、該金属レセプタ５０との接続部から風車翼２の翼根部２Ａに向かって延在する金属箔３２又はダウンコンダクタ８の少なくとも一方を含む雷電流伝達部９０をさらに備えていてもよい。この構成によれば、金属箔３２又はダウンコンダクタ８の少なくとも一方を含む雷電流伝達部９０をさらに備えることで、上述した幾つかの実施形態で述べたエロージョンによる風車翼２の損傷を抑制する効果を享受しつつ耐雷性能をより確実に発揮することができる。

ここで、金属レセプタ５０の構成例について図１３を参照して説明する。図１３は、一実施形態に係る風車翼の先端側を示す断面図である。
金属レセプタ５０の端部外面には、第１凹部５４Ａ、５４Ｂと、第２凹部５６Ａ、５６Ｂとが設けられている。第１凹部５４Ａ、５４Ｂと第２凹部５６Ａ、５６Ｂとは段差５５Ａ、５５Ｂを介して翼長方向に隣接して設けられ、第１凹部５４Ａ、５４Ｂが翼根部２Ａ側に位置し、第２凹部５６Ａ、５６Ｂが翼先端部２Ｂ側に位置している。第１凹部５４Ａ、５４Ｂは、第２凹部５６Ａ、５６Ｂよりも浅く形成される。そして、第１凹部にはボルト穴５７Ａ１、５７Ｂ１が設けられ、第２凹部にはボルト穴５７Ａ２、５７Ｂ２が設けられている。なお、ここでは第１凹部５４Ａ、５４Ｂおよび第２凹部５６Ａ、５６Ｂが翼長方向に隣接して設けられた構成を例示したが、凹部の構成はこれに限定されず、例えば第１凹部５４Ａ、５４Ｂおよび第２凹部５６Ａ、５６Ｂが翼幅方向に隣接して設けられてもよい。
幾つかの実施形態において、金属レセプタ５０は、銅または銅合金で形成されていてもよい。このようにすれば、導電性の高い銅または銅合金で形成された金属レセプタ５０により、上述した幾つかの実施形態で述べたエロージョンによる風車翼２の損傷を抑制する効果を享受しつつ耐雷性能をより確実に発揮することができる。

幾つかの実施形態において、翼本体部２０は、金属レセプタ５０と重ねられた状態で金属レセプタ５０に接続されるＦＲＰシェル２９を含んでもよい。例えば、図１３に示すように、翼本体部２０と金属レセプタ５０との接合部１０では、繊維強化プラスチック２４Ａ（ＦＲＰ）と金属レセプタ５０とが少なくとも重ねられた状態で、繊維強化プラスチック２４Ａが金属レセプタ５０に対して締結され、且つ、金属箔３２の端部が金属レセプタ５０に電気的に接続されている。また、図１３に示すように、接合部１０において金属箔３２は第１金属プレート４０および第２金属プレート４２に挟まれた構成となっている。第１金属プレート４０および第２金属プレート４２は、接合部１０から翼本体部２０の途中の位置まで延在してもよい。
そして、第１凹部５４Ａ、５４Ｂには、翼本体部２０の端部を形成する繊維強化プラスチック２４Ａ、第２金属プレート４２、金属箔３２および第１金属プレート４０が係合して、ボルト穴５７Ａ１、５７Ｂ１に螺着されるボルト４６によってこれらの部材が共締めされている。これにより翼本体部２０と金属レセプタ５０とが接続される。このとき、互いに締結される繊維強化プラスチック２４Ａと金属レセプタ５０とが少なくとも重ねられた状態であることから、接合部１０における両部材の接触面積を大きく確保でき、風車翼２で受ける風荷重等により生じる風車翼２の曲げモーメントにも耐え得る高い接続強度を保持できる。さらに、第１凹部５４Ａ、５４Ｂと繊維強化プラスチック２４Ａとを面接触させることができ、翼本体部２０と金属レセプタ５０との高い接続強度を確保できる。

また、第２凹部５６Ａ、５６Ｂには、第２金属プレート４２、金属箔３２および第１金属プレート４０が係合して、ボルト穴５７Ａ２、５７Ｂ２に螺着されるボルト４８によってこれらの部材が共締めされている。これにより金属箔３２が第２金属プレート４２を介して金属レセプタ５０に接続される。そのため、ダウンコンダクタとして機能する金属箔３２と金属レセプタ５０とが電気的に接続される。このとき、金属箔３２が第２金属プレート４２を介して金属レセプタ５０と重ねられた状態で締結されていることから、金属箔３２と金属レセプタ５０との電気的な接続面積を大きく取ることができ、金属レセプタ５０で受けた雷電流を円滑に金属箔３２に流すことができる。さらに、第２凹部５６Ａ、５６Ｂと第２金属プレート４２とを面接触させることができ、第２金属プレート４２を介した金属箔３２と金属レセプタ５０との電気的な接続を確保できる。この構成によれば、繊維強化プラスチック２４Ａで形成された中空構造のＦＲＰシェル２９と金属レセプタ５０との接続部において、上述した幾つかの実施形態で述べたエロージョンによる風車翼２の損傷を抑制する効果を享受することができる。

図１３に示すように、幾つかの実施形態において、金属レセプタ５０は、風車翼２の翼先端部２Ｂ側の圧力面（正圧面）２７を形成する第１部分５２Ａと、第１部分５２Ａに締結され、風車翼２の翼先端部２Ｂ側の負圧面２５を形成する第２部分５２Ｂと、を含んでもよい。一実施形態では、金属レセプタ５０の第１部分５２Ａは第２部分５２Ｂと略対称の形状を有していてもよい。第１部分５２Ａは、その合わせ面５３Ａが第２部分５２Ｂの合わせ面５３Ｂに突き合わされ、第２部分５２Ｂと締結されるようになっている。第１部分５２Ａの合わせ面５３Ａには複数のボルト穴（不図示）が形成され、第２部分５２Ｂの合わせ面５３Ｂにはボルト穴に対応する位置に複数のボルト穴（不図示）が形成されている。こうして、第１部分５２Ａおよび第２部分５２Ｂは、合わせ面５３Ａ、５３Ｂが突き合わされた状態でボルト締結される。このように金属レセプタ５０を半割形状に形成することにより、金属プレート４０、４２や金属箔３２等を金属レセプタ５０に容易に取り付けることができる。この構成によれば、金属レセプタ５０が、翼先端部２Ｂ側の正圧面２７を形成する第１部分５２Ａと、翼先端部２Ｂ側の負圧面２５を形成する第２部分５２Ｂとを含んで構成されることにより、上述した幾つかの実施形態で述べたエロージョンによる風車翼２の損傷を抑制する効果を享受しつつ翼本体部２０への組付け及びメンテナンスが容易な構成とすることができる。

図１３に示すように、幾つかの実施形態において、金属レセプタ５０は、内部にキャビティ５１を有していてもよい。このように構成すれば、金属レセプタ５０が内部にキャビティ５１を有するため、該金属レセプタ５０の重量増加を抑制しながら、接合線７０におけるエロージョンを抑制することができる。

幾つかの実施形態において、金属レセプタ５０は、例えば、図１３に示すように、その内部に形成されたキャビティ５１と該キャビティ５１に連通するドレン穴５９とを含んでもよい。この構成によれば、金属レセプタ５０が、その内部に形成されたキャビティ５１に連通するドレン穴５９を含むことにより、例えば、キャビティ５１内に雨滴等の異物Ｆが蓄積した場合は、ドレン穴５９を介して異物Ｆを金属レセプタ５０の外部に排出することができるため、エロージョンによる風車翼２の損傷を効果的に抑制することができる。

図１３に示すように、例えば、第２部分５２Ｂには、第１部分５２Ａと突き合わせた状態で第１部分５２Ａの凹部とともに金属レセプタ５０内部に空洞を形成するキャビティ（凹部）５１が設けられる。また、このキャビティ５１に連通する少なくとも一つのドレン穴５９を設けてもよい。ドレン穴５９は金属レセプタ５０の先端に配置される。キャビティ５１が合わせ面５３Ｂによって複数に分割されている場合には、合わせ面５３Ｂに溝を設けて、複数のキャビティ５１間を連通してもよい。
このような構成とすることにより、金属レセプタ５０の内部に溜まった雨滴等の異物Ｆをキャビティ５１によって形成される空洞部からドレン穴５９を通じて外部に円滑に排出することができる。
なお、第１部分５２Ａも第２部分５２Ｂと同様の構成を有してもよい。

以上説明したように、上述した幾つかの実施形態によれば、接合線７０におけるエロージョンを効果的に抑制することができる風車翼２を備えた風車１を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 風車（風力発電装置）
２ 風車翼
２Ａ 翼根部
２Ｂ 翼先端部
２Ｃ 翼型部
３ ハブ
４ ナセル
５ タワー
８ ダウンコンダクタ
１０ 接続部
２０ 翼本体部
２１ 前縁
２２ 内側翼根補強材
２３ 後縁
２４ 翼型形成材
２４Ａ 繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）
２５ 負圧面
２６ スパーキャップ
２７ 正圧面（圧力面）
２８ 絶縁層
２９ ＦＲＰシェル
３０ 外側翼根補強材
３２ 金属箔
３４ 保護層
３６ シアウェブ
４０ 第１金属プレート
４２ 第２金属プレート
４６，４８ ボルト
５０ 金属レセプタ
５１ キャビティ
５２Ａ 第１部分
５２Ｂ 第２部分
５３Ａ，５３Ｂ 合わせ面
５４Ａ，５４Ｂ 第１凹部
５５Ａ，５５Ｂ 段差
５６Ａ，５６Ｂ 第２凹部
５７Ａ１，５７Ａ２，５７Ｂ１，５７Ｂ２ ボルト穴
５９ ドレン穴
７０ 接合線
７２ 接線
８０ 第１耐エロージョン層
８２ 第２耐エロージョン層
９０ 雷電流伝達部
Ｆ 異物
Ｐ，Ｑ，Ｒ 交点

Claims (15)

1. 風車翼であって、
   前記風車翼の翼先端を含む金属レセプタと、
   前記金属レセプタに対して翼根側に位置するように前記金属レセプタに接続され、前記金属レセプタとの接合領域において前記金属レセプタとともに前記風車翼の翼先端領域における翼型を形成する中空構造の翼本体部と、
   を備え、
   前記風車翼の翼長方向とコード方向とのいずれにも垂直な方向である前記風車翼の翼厚方向から視たとき、前記金属レセプタと前記翼本体部との接合線の前記風車翼の前縁との交点上における接線が前記風車翼のコード方向に対して傾斜している
   ことを特徴とする風車翼。
2. 前記接合線は、前記風車翼の翼厚方向から視たとき、前記接合線と前記風車翼の後縁との交点が、前記接線と前記風車翼の後縁との交点よりも前記翼先端側に位置するように、湾曲又は屈曲している
   ことを特徴とする請求項１に記載の風車翼。
3. 前記接線は、前記前縁から前記風車翼の後縁に向かって前記翼先端に近づくように前記コード方向に対して傾斜している
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の風車翼。
4. 翼長方向に沿った前記金属レセプタの長さが、前記風車翼の翼長の０．１％以上０．９％以下、又は、５０ｍｍ以上７００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の風車翼。
5. コード方向に沿った前記金属レセプタの幅が、前記風車翼の翼長の０．２５％以上０．９％以下、又は、２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の風車翼。
6. 前記接合線は、前記風車翼の翼長をＬとしたとき、０．００９Ｌ以下の曲率半径を有する湾曲形状である
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の風車翼。
7. 前記翼本体部の外表面を少なくとも部分的に覆う第１耐エロージョン層をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の風車翼。
8. 前記金属レセプタと前記翼本体部との間の前記接合線のうち少なくとも前記前縁側の部位を覆う第２耐エロージョン層をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の風車翼。
9. 前記金属レセプタに接続され、前記金属レセプタとの接続部から前記風車翼の翼根に向かって延在する金属箔又はダウンコンダクタの少なくとも一方を含む雷電流伝達部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の風車翼。
10. 前記翼本体部は、前記金属レセプタと重ねられた状態で前記金属レセプタに接続される繊維強化プラスチックシェルを含む
    ことを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の風車翼。
11. 前記金属レセプタは、内部にキャビティを有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の風車翼。
12. 前記金属レセプタは、前記キャビティに連通するドレン穴を含むことを特徴とする請求項１１に記載の風車翼。
13. 前記金属レセプタは、
    前記風車翼の前記翼先端側の圧力面を形成する第１部分と、
    前記第１部分に締結され、前記風車翼の前記翼先端側の負圧面を形成する第２部分と、
    を含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の風車翼。
14. 前記金属レセプタが銅または銅合金で形成されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の風車翼。
15. 前記風車翼を備えたことを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の風力発電装置。

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