JP3243003U - ブレード及び風力発電用の風車 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブレードの回転時に発生する騒音をより小さくすることが可能な風力発電用の風車のブレード及び風力発電用の風車を提供する。【解決手段】 風力発電用の風車１０のブレード１であって、ブレード本体１Ｍと、ブレード本体１Ｍを覆う被覆材１Ｎと、を備え、被覆材１Ｎは、ブレード本体１Ｍを覆う所定の強化繊維１ｆを強化材１Ｆとして含む繊維強化プラスチックからなり、その表面１ａには強化繊維１ｆに起因した凹凸が現れている。【選択図】図２

Description

本考案は風力発電用の風車とそのブレードに関する。

風力発電装置の風車には、ブレードの回転時に発生する騒音の問題がある。特許文献１は、その騒音に係る問題をブレードの形状の工夫により低減する技術を開示している。しかしながら、ブレードの回転時に発生する騒音はより小さいことが望ましい。

特許第５２９６１４１号公報

本考案の課題は、ブレードの回転時に発生する騒音をより小さくすることが可能な風力発電用の風車のブレード及び風力発電用の風車を提供することにある。

課題を解決するための手段及び考案の効果

上記課題を解決するために、本考案のブレードは、
回転軸の軸線方向からの風力を受けて該軸線周りを回転する風力発電用の風車のブレードであって、
ブレード本体と、
前記ブレード本体を覆う被覆材と、
を備え、前記被覆材は、前記ブレード本体を覆う所定の強化繊維を強化材として含む繊維強化プラスチックからなり、その表面には前記強化繊維に起因した凹凸が現れている。

上記構成によれば、ブレード本体に対しその表面を覆うようにして繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）からなる被覆材（被覆層）が固定されるとともに、その被覆材の表面には基材（強化材）である強化繊維に起因した凹凸（例えば網目状の強化繊維に起因した網目状の凹凸）が現れる。このブレードを用いることにより、ブレード回転時の風切り音が従来よりも軽減されることが試験により確認された。ブレード本体が繊維強化プラスチックで覆われることで、ブレードの風圧荷重に対する強度及び耐久性も増す。

前記強化繊維はガラス繊維であり、前記繊維強化プラスチックはガラス繊維強化プラスチックとすることができる。上記構成によれば、ブレード回転時の風切り音を軽減する際の重量増を軽減できる。

前記前記強化材は前記強化繊維からなる帯状の部材であり、前記ブレード本体に対しその基端から先端に向かって該ブレード本体の延出軸線を取り巻く形で、かつ該延出軸線の方向に隣接するもの同士が重なるようにして配置できる。上記構成によれば、高速回転するブレード本体であっても被覆材が剥がれにくい。また、強化材の重なりが段差を形成し、その段差も被覆材の凹凸になるから、風切り音の更なる軽減も見込める。

前記繊維強化プラスチックは、前記強化繊維からなる帯状のクロスないしマットとして前記ブレード本体を覆う強化材と、その強化材に含侵された所定の溶剤が硬化した樹脂製の母材と、を有し、硬化した前記母材の表面には前記強化繊維に起因した凹凸が現れるようにすることができる。上記構成によれば、被覆材は、様々なブレード本体の形状に対応して形成できる。

上記課題を解決するために、本考案の風力発電用の風車は
上記ブレードを、回転軸がその軸線方向からの風力を受けて該軸線周りを一定回転方向に回転するよう、該回転軸周りに複数備える。
この風車によれば、ブレード回転時の風切り音が従来よりも軽減できる。

本考案に係るブレードを用いた風力発電用の風車を示す斜視図。 図１のブレードを示す斜視図。 図２のブレードの平面図。 図２のブレードの背面図。 図２のブレードの底面図。 図２のブレードの正面図。 被覆材の形成手順を簡略的に示した模式図。

以下、本考案の実施例を説明する。

本考案は、図１に示すような風力発電用の風車１０と、そのブレード１である。本実施例の風車１０は、定格出力が１～５０ｋＷ未満となる風力発電装置用の小型の風車であり、ブレード１は全長が約３ｍもしくはそれ以下で、回転軸５の周りに複数設けられる。各ブレード１は、回転軸５の軸線方向Ｘからの風力を受けることにより、回転軸５をその軸線Ｘ周りにおいて一定回転方向Ｒに回転させる。風車１０は、それらのブレード１と共に、ハブ２、ナセル３、支柱４（タワー）を備える。ブレード１はハブ２に対し複数（ここでは３）取り付けられる。各ブレード１が風力を受けることによりハブ２が回転し、その回転がハブ２を取り付けているナセル３内の回転軸５へと伝達される。回転軸５の回転は、ナセル３内において増速機やカップリングを介して発電機（図示なし）に伝達され、電気へと変換される。発電した電気は、電力ケーブルを介して支柱４の下部まで送電される。なお、本考案の風車は、定格出力が上記以上となる風力発電装置用の風車でもよいし、ブレード１の全長も上記以上のものでもよい。

ナセル３は、回転軸５、増速機、カップリング、発電機等（図示なし）を内部に格納する。また、ナセル３は、その下部にて支柱４に対しその軸線Ｚ（垂直軸）の周りを回転自在となるよう接続される。ナセル３の外部には、風向フィン３Ｆが一体形成されており、風力を受けたとき、その風に対しナセル３が常に正対するようナセル３が支柱４に対し軸線Ｚの周りを回転する。これにより、ブレード１の受風方向Ｗが常に回転軸５の軸線Ｘの方向と一致するようになる。

ハブ２は、回転軸５に対し一体回転可能となるよう取り付けられる。各ブレード１は、ブレード基端部１Ｃにてハブ２と連結し、ハブ２と一体回転する。各ブレード１は、互いに同形状をなし、ハブ２に対し回転軸５の軸線方向Ｘから径方向の外側へ延びるよう軸線Ｘの周りを所定間隔おきに配置される。各ブレード１は、図２に示すように、ブレード基端部１Ｃから先が、基端側ほど厚みが増し、先端側ほど受風面１ｗの面幅ｓｗ（図６参照）が減少する先細りの全体形状を有する。

ブレード１は、全長約２ｍ程度であり、正面視（図６）及び背面視（図４）において、回転軸５に対しその径方向を外側に向けて直線状に延出するブレード主部１Ｂと、その外側から滑らかに連続して続く形で一定回転方向Ｒとは逆側へと弧状に湾曲して延出するブレード先端部１Ａと、を備え、回転に対し先端側が尾を引くような形状を有する。このブレード先端部１Ａの一定回転方向Ｒとは逆側への湾曲形状により、ブレード１の回転時に発生する音（風切り音）の抑制が可能になる。図２の軸線１ｘはブレード１の軸線を示しており、ブレードの形状通り、直線状に延びた先で湾曲するように延びる。

また、ブレード１は、上記した一定回転方向Ｒ側を上側、一定回転方向Ｒとは逆側を下側とした場合、上面視（図３）及び下面視（図５）において、ブレード主部１Ｂに対しブレード先端部１Ａが受風面１ｗ側（受風方向Ｗとは逆向き）に曲がった形状をなす。このブレード先端部１Ａの受風面１ｗ側への屈曲形状により、ブレード１は、その屈曲部分において風を受け止めやすくなっており、効率的な回転が可能になっている。

なお、本考案におけるブレードは、上記のような湾曲・屈曲形状であるものに限るものではない。

ブレード１は、図７（ｄ）に示すように、ブレード本体１Ｍと、ブレード本体を覆う被覆材１Ｎと、を備える。

ブレード本体１Ｍは、繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics：ＦＲＰ）からなる樹脂成形体である。ここでのブレード本体１Ｍは、金型を用いた射出成形により形成された射出成形体であり、強化材としてガラス繊維を用いたガラス繊維強化プラスチック（Glass Fiber Reinforced Plastics：ＧＦＲＰ）である。

被覆材１Ｎは、ブレード本体１Ｍの外表面を被う所定の強化繊維１ｆを強化材１Ｆ（強化繊維シート・強化繊維材）として含む繊維強化プラスチックであり、金型を用いない非射出成形体である。繊維強化プラスチックは、強化繊維１ｆからなる帯状のクロスないしマット（ガラス繊維クロスやガラス繊維マット）としてブレード本体１Ｍを被う強化材１Ｆと、その強化材１Ｆに含侵された所定の溶剤１ｎ’（主剤及び硬化剤を含む混合液：図７（ｃ）参照）が硬化した樹脂製の母材１ｎ（マトリクス樹脂・母組織）と、を有し、硬化した母材の表面には強化繊維１ｆに起因した凹凸が現れている。

ここでの強化材１Ｆは、強化繊維１ｆとしてガラス繊維を用いた帯状のマット（周知のガラス繊維マット）である。母材１ｎは、主剤として周知の不飽和ポリエステル樹脂を含む溶剤１ｎ’（ＦＲＰ溶剤：図７（ｃ）参照）がそれに添加された硬化剤により硬化したものである。

また、ブレード１は、ブレード本体１Ｍをそれほど厚みのない略一定厚さ（ここでは厚さ１ｍｍ程度）の被覆材１Ｎで覆ったものである。図７は、ブレード本体１Ｍ上に被覆材１Ｎを形成する手順を簡略的に示した模式図であるが、ブレード本体１Ｍや被覆材１Ｎ等の厚みや形状は実際のものとは異なっている。

本考案における被覆材１Ｎの形成方法について図７を用いて説明する。

まずは、強化繊維１ｆからなる帯状の強化材１Ｆ（ガラス繊維マット）を、ブレード本体１Ｍに対しその基端から先端に向かって該ブレード本体１Ｍの延出軸線１ｘ（図２参照）を取り巻く形で配置する（図７（ａ）→図７（ｂ））。ここでは、延出軸線１ｘの方向に隣接する強化材１Ｆ同士が重なるようにして配置される（図７（ｂ）参照）。

ここでの強化材１Ｆは、図２～図６に示すように、ブレード本体１Ｍに対し、ハブ２との連結部をなすブレード基端部１Ｃを除いた表面のうち、少なくとも先端側から８割以上（実際には９割以上）の部分を被うように配置される。その被覆部分では、ブレード本体１Ｍの表面が露出しないよう完全に被覆されており（図７（ｂ）参照）、被覆されていない基端側（ブレード基端部１Ｃの近接領域）でのみブレード本体１Ｍの表面が露出している。

なお、ここでいう完全に被覆されているとは、強化材１Ｆであるガラス繊維マットがブレード本体１Ｍの表面を露出させないように配置されていることを意味するのであって、ガラス繊維マットを構成するガラス繊維間のわずかな隙間からのブレード本体１Ｍの表面が露出することについては許容する（完全被覆に含む）ものとする。

次に、ブレード本体１Ｍを取り巻いた強化材１Ｆに対し、その表面から溶剤１ｎ’を含侵させる（図７（ｂ）→図７（ｃ））。この溶剤１ｎ’は、ここでは硬化剤の添加を行った不飽和ポリエステル樹脂である。溶剤１ｎ’は、ブレード本体１Ｍを取り巻いた強化材１Ｆの表面に塗布され、その表面上でローラーを転がすことにより気泡を除きながら強化材１Ｆに浸透させていく。その後、この溶剤１ｎ’が硬化して母材１ｎが形成される（図７（ｃ）→図７（ｄ））。母材１ｎは硬化によってブレード本体１Ｍに固着し、被覆材１Ｎを備えるブレード１が完成する（図７（ｄ））。

このようにして、ブレード１には、母材１ｎに強化材１Ｆ（強化繊維１ｆ）を内包した被覆材１Ｎ（被覆層、繊維強化プラスチック層）が形成される。ブレード本体１Ｍのうち、強化材１Ｆが配置された部分（図７（ｂ）参照）に被覆材１Ｎが形成される。母材１ｎは硬化時に収縮しており、硬化した被覆材１Ｎの表面１ａには、溶剤１ｎ’を含侵させる際に行ったローラーの転がしにより、網目状の強化繊維１ｆに起因した凹凸（図７（ｄ）参照）が現れており、近くで見るとそれが繊維方向に沿ったライン状（例えば図２の拡大部分のようなクロスライン状）に視認できる。硬化後の被覆材１Ｎには、表面１ａの凹凸を増減するような処理がされることなく、その凹凸によるざらざらな手触りを有した表面１ａのまま残される。一方、硬化後の被覆材１Ｎにおいて強化材１Ｆである帯状のガラス繊維マットは、巻き付け時の重なりによる段差として、遠目からでも視認できる。

なお、図２の拡大部分は、被覆材１Ｎの表面１ａの一部を拡大して簡略的に示したものであり、実際のものとは異なる。その拡大部分において、クロスする多数のラインが強化繊維１ｆを示している。

このように形成されたブレード１は、最表面（表面１ａ）に凹凸が形成されており、その凹凸によってブレード回転時の風切り音を従来よりも軽減することが試験により確認されている。

以上、本考案の一実施例を説明したが、これはあくまでも例示にすぎず、本考案はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、追加及び省略等の種々の変更が可能である。

例えば、上記実施例の被覆材１Ｎはガラス繊維強化プラスチック（Glass Fiber Reinforced Plastics：ＧＦＲＰ）であるが、これを強化材１Ｆとして炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics：ＣＦＲＰ）等の他の繊維強化プラスチックを用いてもよい。母材１ｎについても、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂（エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂等）といった他の材料を用いてもよい。ブレード本体１Ｍについても、他の繊維強化プラスチックや金属等の他の材料で形成されてもよい。

１０ 風力発電用の風車
１ ブレード
１Ｍ ブレード本体
１Ｎ 被覆材
１Ｆ 強化材
１ｆ 強化繊維
１ｎ 母材
１Ａ ブレード先端部
１Ｂ ブレード主部
１ｘ ブレードの軸線（延出軸線）、軸線方向
２ ハブ
３ ナセル
４ 支柱４（タワー）
５ 回転軸
Ｘ 回転軸の軸線、軸線方向
Ｒ 一定回転方向
Ｗ 受風方向

Claims (5)

1. 回転軸の軸線方向からの風力を受けて該軸線周りを回転する風力発電用の風車のブレードであって、
   ブレード本体と、
   前記ブレード本体を覆う被覆材と、
   を備え、前記被覆材は、前記ブレード本体を覆う所定の強化繊維を強化材として含む繊維強化プラスチックからなり、その表面には前記強化繊維に起因した凹凸が現れているブレード。
2. 前記強化繊維はガラス繊維である請求項１に記載のブレード。
3. 前記強化材は前記強化繊維からなる帯状の部材であり、前記ブレード本体に対しその基端から先端に向かって該ブレード本体の延出軸線を取り巻く形で、かつ該延出軸線の方向に隣接するもの同士が重なるようにして配置されている請求項１に記載のブレード。
4. 前記繊維強化プラスチックは、前記強化繊維からなる帯状のクロスないしマットとして前記ブレード本体を覆う強化材と、その強化材に含侵された所定の溶剤が硬化した樹脂製の母材と、を有し、硬化した前記母材の表面には前記強化繊維に起因した凹凸が現れている請求項１に記載のブレード。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のブレードを、回転軸がその軸線方向からの風力を受けて該軸線周りを一定回転方向に回転するよう、該回転軸周りに複数備える風力発電用の風車。
   

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