JP5946099B2 - 受雷用レセプタの取り付け構造 - Google Patents

Description

この発明は、風力発電用ブレードに設ける受雷用レセプタをブレード本体と締結する受雷用レセプタの取り付け構造に関するものである。

風力発電用ブレードには、複合材料を用いることが主流となっており、落雷時に焦げるまたは破損することがある。破損した場合、修理に多大な費用と期間を要する。そこで、落雷からブレードや風力発電装置全体を保護する目的でブレード先端に避雷目的の金属片（受雷用レセプタ）を設置し接地線を繋いでいる。
受雷用レセプタは、風力によって回転するブレード本体に取り付けられるため、安定した取り付け状態が必要になる。

従来、この種の取り付け構造として、特許文献１、２で提案されているものがある。特許文献１では、受雷用レセプタのアンカー部を突設させ、樹脂充填層によりブレード本体に接合し、アンカーとして機能することによりレセプタを保持するものである。また、特許文献２では、受雷用レセプタのアンカー部を接着材を利用してブレード本体に固定し、受雷用レセプタを保持するものである。

特開２００５−１１３７３５号公報 特開２０１１−１６３１３２号公報

しかし、従来の特許文献１や特許文献２で示される風力発電用ブレードの構造では、受雷などによってアンカー部付近またはアンカー部よりブレード根元側のブレード面が破損した場合、受雷用レセプタを含めた先端部をブレード本体に保持することができないおそれがある。そのため、破損状態で風力発電装置を稼働した場合、受雷用レセプタがブレードから脱落するおそれがある。
また、従来の接地線を締結材として使用した場合、締結材に落雷し断面積が減少することがあり、締結材としての機能が失われるおそれがある。

この発明は上記のような従来のものの課題を解決するためになされたもので、受雷用レセプタのアンカー部付近やアンカー部よりブレード根元側のブレード面が破損したような場合においても、受雷用レセプタを確実にブレード本体に締結し保持することにより、ブレードからの受雷用レセプタの脱落を防止することを目的とする。

すなわち、本発明の受雷用レセプタの取り付け構造のうち第１の本発明は、風力発電用ブレードのブレード本体に受雷用レセプタを取り付ける受雷用レセプタの取り付け構造において、
前記受雷用レセプタと前記ブレード本体とが、接地線とは別に備えられた可撓性のある長尺材を有する固定具によって締結されていることを特徴とする。

第２の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１の本発明において、前記固定具が非導電性材料で構成されていることを特徴とする。

第３の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１または第２の本発明において、前記固定具が不燃性あるいは難燃性の素材で構成されていることを特徴とする。

第４の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１〜第３の本発明のいずれかにおいて、前記固定具に防水処理が施されていることを特徴とする。

第５の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記固定具の一部は、前記受雷用レセプタよりも前記風力発電用ブレードの根本側で前記ブレード本体に固定されていることを特徴とする。

第６の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１〜第５の本発明のいずれかにおいて、前記固定具は、非導電性の繊維強化プラスチックと前記ブレード本体との間に介在する接着材を有することを特徴とする。

第７の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１〜第６の本発明のいずれかにおいて、前記固定具は、二ヵ所以上で前記ブレード本体に対する固定が行われていることを特徴とする。

第８の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１〜第７の本発明のいずれかにおいて、前記長尺材は、前記受雷用レセプタに設けられた穴を通過していることを特徴とする。

第９の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第７の本発明において、前記長尺材は、前記受雷用レセプタに設けられた穴を自在に通過していることを特徴とする。

第１０の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第８または第９の本発明において、前記固定具は、前記穴を挟んだ両側で前記ブレード本体に対する固定がされていることを特徴とする。

第１１の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第８〜第１０の本発明のいずれかにおいて、前記固定具は、前記穴を通過しない形状の部位を有することを特徴とする。

第１２の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１１の本発明において、前記固定具は、前記穴を通過しない形状の部位を、穴を挟んだ両側に有することを特徴とする。

第１３の本発明の受雷用レセプタの取り付け構造は、前記第１〜第１１の本発明のいずれかにおいて、前記固定具を第２の固定具として、前記受雷用レセプタを前記ブレード本体に固定する第１の固定具を有し、前記第２の固定具は、前記受雷用レセプタが通常の状態でブレード本体に取り付けられている状態では、前記受雷用レセプタによる負荷を受けないことを特徴とする。

以上のように、この発明によれば、受雷用レセプタと前記ブレード本体とが、接地線とは別に備えられた可撓性のある長尺材を有する固定具によって締結されているので、可撓性を有する長尺材を用いた固定具によって、ブレードからの受雷用レセプタの脱落を効果的に防止する効果がある。

本発明の一実施形態におけるブレード本体と受雷用レセプタの取り付け構造を示す一部を断面した拡大図である。 受雷用レセプタが取り付けられた風車の概略を示す図である。

以下に、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図２は、風車ブレードの受雷用レセプタが取り付けられた状態を示す図である。
すなわち、風車１は、回転可能に支持されているロータ２に、複数（図では３本）のブレード３が放射状に取り付けられており、各ブレード３は、ブレード本体３０とその先端に接続した受雷用レセプタ４０とにより構成されている。ブレード本体３０と受雷用レセプタ４０とは、互いの境界において略面一になっている。

受雷用レセプタ４０は扁平な形状を有し、先端側ほど細幅で、かつ厚さが小さくなるテーパ形状を有しており、その先端は小径な湾曲形状を有している。
なお、この実施形態では、受雷用レセプタ４０がブレード３の先端に設けられているものとして説明している。ただし、本願発明の取り付け構造は、受雷用レセプタの取り付け位置に拘わらず適用が可能であり、ブレードにおける受雷用レセプタの取り付け位置は本発明としては特に限定されるものではない。また、受雷用レセプタの形状も上記形状に限定されるものではない。

図１は、ブレード本体３０に対する受雷用レセプタ４０の取り付け構造を示す図である。
受雷用レセプタ４０は、根元側に位置するアンカー部４１を有しており、該アンカー部４１には、接地線３１が接続されて受雷用レセプタ４０の設置がなされている。接地線３１は、受雷用レセプタ４０を保持する機能は与えられておらず、通常の配置位置にある受雷用レセプタ４０に対し、弛みを有する状態で接続されている。

また、アンカー部４１には、幅４０ｍｍ、ブレード軸方向長さ２０ｍｍの通し穴４２が形成されており、後述するロープ５０が挿入されて通過しており、ロープ５０による保持が可能になっている。通し穴４２は、ロープ５０よりも幅、長さが大きくなっている。
ロープ５０は可撓性のある材料で構成されており、受雷時などの破損に際し、受雷用レセプタ４０を確実に保持することができ、ロープ５０自体の部分的な破損を防止する。

ロープ５０は、帯状の形状（幅２５ｍｍ、長さ１３００ｍｍ）の形状を有し、上記通し穴４２を通過してその両端がブレード本体３０に固定されている。ロープ５０は、非導電性材料で難燃性の材料を用いることができ、例えば、アラミド繊維やナイロンを用いることができる。さらに防水処理によって劣化を防止することができる。ロープ５０は、本発明の長尺材に相当する。

また、長尺材は、線状、帯状のものなどを用いることができるが、特定の形状に限定されるものではない。また、撚り線とするかどうかも特に限定されるものではない。強度の点では撚り線を用いるのが望ましい。また、ロープ５０を通し穴４２に通す際に、自在に通過するのが望ましい。受雷により破損などが生じた際に、受雷用レセプタ４０がロープ５０を通して自在に移動可能とすることで、受雷による衝撃が一部に集中して大きな破損に結びつくのを防止することができる。

ロープ５０の両端は、それぞれ丸めて固定軸５１Ａ、５１Ｂに通し、ロープ５０を固定軸５１Ａ、５１Ｂに巻き付けた状態にする。ロープ５０の丸め部分をロープ５０同士で固定する。固定に際し補助具や接着材を用いることもできる。固定軸５１Ａ、５１Ｂは、繊維強化プラスチックで丸棒形状（径３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍ）に構成されており、非導電性で難燃性の特性を有している。例えば、高強力アラミド繊維（耐熱用ベルトタイプ）などを用いることができる。また、固定軸５１Ａ、５１Ｂに対しても防水処理を行うのが望ましい。固定軸５１Ａ、５１Ｂは、通し穴４２を通過できない形状を有している。

固定軸５１Ａ、５１Ｂは、接着材によって、それぞれを互いに離間して、受雷用レセプタ４０よりもブレードの根元側の位置でブレード本体３０に固定されており、さらに固定軸５１Ａ、５１Ｂの両端を繊維強化プラスチックからなる固定板５２Ａ、５２Ｂで積層固定し、さらに接着材でブレード本体３０に固定する。
なお、固定軸５１Ａ、５１Ｂを一つの固定軸により構成することも可能であるから、固定部分の破損による安全性の観点から、それぞれ別の固定軸によって異なる位置でブレード本体３０に固定するのが望ましい。

固定板５２Ａ、５２Ｂも非導電性で難燃性の材料からなるのが望ましく、防水処理がされているのがさらに望ましい。
なお、この実施形態では、ロープの固定を２カ所で行っているが、固定箇所の数は本発明としては特に限定されるものではなく、１カ所でもよく、また、３カ所以上で行ってもよい。ただし、取り付けの安全性という点では、複数箇所において、ブレード本体にロープなどの長尺材を固定するのが望ましい。
上記ロープ５０、固定軸５１Ａ、５１Ｂ、固定板５２Ａ、５２Ｂは、本発明の固定具５を構成する。通し穴４２が固定具５に含まれるものであってもよい。

なお、この実施形態の固定具５では、ブレード本体３０にロープ５０を固定する以外はロープで構成されているものとして説明したが、ロープ以外の剛性を有する部分を含むものであってもよく、少なくとも一部でロープ５０などの長尺材が介在しているものであればよい。

さらに、図１に示すように、受雷用レセプタ４０をアンカー部４１を介して接着材６０などによってブレード本体３０に固定するのが望ましい。この固定手段は、本発明の第１の固定具に相当する。固定手段の方法は本発明としては特に限定されるものではない。前記固定具５は第２の固定具に相当する。
すなわち、第２の固定具以外の第１の固定具で受雷用レセプタ４０を固定し、受雷時の破損に際し、第２の固定具によって受雷用レセプタ４０を保持するのが望ましい。このため、ロープ５０などの長尺材では、通常時には、固定具５による保持は行わられず、弛みをもたせるのが望ましい。これにより通常時には、固定具５に対し負荷が作用しないようにすることができる。

上記取り付け構造の作用を以下に説明する。
上記したように、ロープ５０は弛みを持たせた状態でブレード本体３０に固定されており、受雷用レセプタ４０による負荷は加わらない。万一、受雷などによって受雷用レセプタ４０の周辺が破損して第１の固定具による受雷用レセプタ４０の保持が困難になった場合、受雷用レセプタ４０がロープ５０によって保持されてブレード本体からの落下が防止される。この際に、ロープ５０が可撓性を有すること、ロープ５０が通し穴４２を自在に通過していることから、受雷用レセプタ４０の周辺が破損した際の衝撃を緩和して固定具５による受雷用レセプタ４０の保持が確実に確保される。受雷用レセプタ４０が固定具５で保持されている際に、接地線３１は、弛みを有しており、受雷用レセプタ４０を保持するものではないのが望ましい。

なお、ロープ５０をブレード本体３０に固定する際に、固定位置が受雷用レセプタ４０よりも根元側に設定されているので、受雷などによって固定箇所の破損が生じにくい。また、仮に固定箇所に損傷が生じた場合にも、二カ所の固定箇所によってロープ５０の固定がより安全に確保される。

しかも、固定具５における、ブレード本体３０に対するいずれか一方の固定箇所が破損した場合、ロープ５０の端部は、固定軸５１Ａまたは固定軸５１Ｂ、さらに場合によってはこれに加えて固定板５２Ａまたは固定板５２Ｂが一体になってブレード本体３０から脱落する。しかし、ブレード本体３０から脱落した固定軸５１Ａまたは固定軸５１Ｂは、通し穴４２を通過できないため、ロープ５０は必ず受雷用レセプタ４０に引っ掛かりロープ５０が受雷用レセプタ４０の通し穴４２に留まり、ブレード本体３０からの受雷用レセプタ４０の脱落を防止する。

したがって、固定軸５１Ａまたは固定軸５１Ｂは、受雷用レセプタ４０の穴を通過しない形状の部位に相当する。なお、この実施形態では、通し穴４２の両側で上記部位を１カ所づつ有するものとしているが、通し穴４２の両側で複数箇所で上記部位を有するものであってもよい。
これによりロープ５０の長さにおいて受雷用レセプタ４０を保持することができ、ブレード本体３０からの脱落をより安全に防止することができる。この際に、接地線３１によって受雷用レセプタ４０を保持していない状態が望ましい。

以上のように、この実施形態によれば、受雷用レセプタに設けた固定具を通す孔、ロープ状の固定具、レセプタよりもブレードの根本側に位置する固定具を保持する棒を設けた機構を用いることにより、受雷用レセプタの脱落を確実に防止することができる。

以上、本発明について、上記実施形態に基づいて説明を行ったが、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 風車
３ 風車用ブレード
５ 固定具
３０ ブレード本体
３１ 接地線
４０ 受雷用レセプタ
４１ アンカー部
４２ 通し穴
５０ ロープ
５１Ａ 固定軸
５１Ｂ 固定軸
５２Ａ 固定板
５２Ｂ 固定板
６０ 接着材

Claims (13)

1. 風力発電用ブレードのブレード本体に受雷用レセプタを取り付ける受雷用レセプタの取り付け構造において、
   前記受雷用レセプタと前記ブレード本体とが、接地線とは別に備えられた可撓性のある長尺材を有する固定具によって締結されていることを特徴とする受雷用レセプタの取り付け構造。
2. 前記固定具が非導電性材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
3. 前記固定具が不燃性あるいは難燃性の素材で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
4. 前記固定具に防水処理が施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
5. 前記固定具の一部は、前記受雷用レセプタよりも前記風力発電用ブレードの根本側で前記ブレード本体に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
6. 前記固定具は、非導電性の繊維強化プラスチックと前記ブレード本体との間に介在する接着材を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
7. 前記固定具は、二ヵ所以上で前記ブレード本体に対する固定が行われていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
8. 前記長尺材は、前記受雷用レセプタに設けられた穴を通過していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
9. 前記長尺材は、前記受雷用レセプタに設けられた穴を自在に通過していることを特徴とする請求項７に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
10. 前記固定具は、前記穴を挟んだ両側で前記ブレード本体に対する固定がされていることを特徴とする請求項８または９に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
11. 前記固定具は、前記穴を通過しない形状の部位を有することを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
12. 前記固定具は、前記穴を通過しない形状の部位を、穴を挟んだ両側に有することを特徴とする請求項１１に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。
13. 前記固定具を第２の固定具として、前記受雷用レセプタを前記ブレード本体に固定する第１の固定具を有し、前記第２の固定具は、前記受雷用レセプタが通常の状態でブレード本体に取り付けられている状態では、前記受雷用レセプタによる負荷を受けないことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の受雷用レセプタの取り付け構造。

Images