JP6083755B2

JP6083755B2 - 風力発電用ブレード

Info

Publication number: JP6083755B2
Application number: JP2014038667A
Authority: JP
Inventors: 広幸鈴木; 賢作布浦; 典男久保; 厚俊武藤; 泰宏藤田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2017-02-22
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: JP2015161283A

Description

この発明は、ブレード本体に受雷用レセプタが取り付けられた風力発電用ブレード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、受雷用レセプタにアンカー部を設け、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、風力発電用ブレードの先端部の固定方法は、ブレード接着部が破損し割れた際、ブレード先端が開口し、樹脂充填層または接着剤のみでレセプタを保持することになり保持力が低下する。そのため、破損状態で風力発電装置を稼働した場合、レセプタを保持することができずレセプタが脱落する問題がある。
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、受雷用レセプタを樹脂の埋め込みとともに補強材を用いることで、ブレード接着部が破損し先端が開口しても、受雷用レセプタの脱落を防止することができる風力発電用ブレードを提供することを目的の一つとしている。

すなわち本発明のうち第１の本発明は、ブレード本体に受雷用レセプタが取り付けられた風力発電用ブレードにおいて、
前記受雷用レセプタの取り付け側に、ブレード本体と受雷用レセプタの取付方向と交差する方向に形成され、周囲全周が囲まれた貫通孔を有する埋め込み部が設けられており、前記埋め込み部が樹脂を介してブレード本体に埋め込まれ、かつ前記樹脂が前記貫通孔に充填されており、
さらに前記貫通孔の周囲の側方に補強材が配置されて前記ブレード本体に固定されており、
前記補強材は、前記埋め込み部に積層されているとともに、前記貫通孔の側方から前記貫通孔内に突き出されて、前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される内側突き出し部と、前記埋め込み部の外周側を超えて側方に伸張して前記埋め込み部側方外側に突き出して前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される外側突き出し部とを有し、
前記貫通孔内の内側突き出し部外の領域に前記樹脂が充填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、ブレード本体に受雷用レセプタが取り付けられた風力発電用ブレードにおいて、
前記受雷用レセプタの取り付け側に、貫通孔を有する埋め込み部が設けられており、前記埋め込み部が樹脂を介してブレード本体に埋め込まれ、かつ前記樹脂が前記貫通孔に充填されており、
さらに前記貫通孔の周囲に補強材が配置されて前記ブレード本体に固定されており、
前記補強材は、前記ブレード本体の一方の片側内面に対し、他方の片側内面よりも強固に固定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、前記補強材は、前記埋め込み部に積層されているとともに、前記貫通孔内に突き出されて前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される内側突き出し部を有す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、前記補強材は、前記埋め込み部に積層されているとともに、前記埋め込み部の外周側を超えて伸張して前記埋め込み部側に突き出して前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される外側突き出し部を有す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２〜第４の本発明のいずれかにおいて、前記補強材は、前記埋め込み部に積層されているとともに、前記貫通孔内に突き出されてブレード本体片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される内側突き出し部と、前記埋め込み部の外周側を超えて伸張して前記埋め込み部側に突き出して前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される外側突き出し部とを有し、前記内側突き出し部と前記外側突き出し部とが前記ブレード本体の片面側で連結する連結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、前記補強材が繊維強化プラスチックからな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６の本発明において、前記繊維強化プラスチックが非導電性の繊維を用いてい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、前記補強材は、前記埋め込み部に密着して配置されてい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、前記埋め込み部および補強材上を覆うように重ねて配置されて前記ブレード本体片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される外側補強材を有することを特徴とする。

以上のように、この発明によれば受雷用レセプタの埋め込み部に設けた貫通孔の周囲を補強材で補強し、ブレード本体内部に固定する構造を用いることにより、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し、外部補強板を省略した、一部を断面した拡大正面図である。同じく、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正面図である。同じく、図２のII−II線断面図である。同じく、図２のIII−III線断面図である。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５は、風車ブレードに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、本願発明では、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に受雷用レセプタ４０が取り付けられた風車用ブレード３を示し、外部補強板を省略した図であり、図２は、同図に外部補強板を示した図である。
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が接続されている。アンカー部４１は、本発明の埋め込み部に相当する。ブレード本体３０は、片面同士が接着材で張り合わされて一体化される。

また、アンカー部４１には、樹脂埋め込み用の貫通孔４２が形成されている。貫通孔４２の形状や数は本発明としては特に限定されるものではない。
貫通孔４２の両側には、アンカー部４１上に補強部４３、４３が積層して配置されている。補強部４３は、貫通孔４２上からそれぞれアンカー部４１の両外側に亘って伸長している。補強部４３は、本発明の補強材に相当する。補強部４３は、非導電性で難燃性の材料からなるのが望ましく、非導電性の繊維を用いたＧＦＲＰ(Glass fiber reinforced plastics)などを用いることができる。

補強部４３は、その両側にアンカー部４１側の方向に突出した内側突出部４３Ａ、外側突出部４３Ｂを有している。内側突出部４３Ａは貫通孔４２内面に密着しつつ伸長し、外側突出部４３Ｂは、アンカー部４１の外周面側に密着しつつ伸長している。内側突出部４３Ａは、本発明の内側突き出し部に相当し、外側突出部４３Ｂは、本発明の外側突き出し部に相当する。

さらに、内側突出部４３Ａの先端と外側突出部４３Ｂの先端とは、底板部４３Ｃで連結されており、底板部４３Ｃの内面側は、アンカー部４１に密着している。すなわち、補強部４３は、アンカー部４１を貫通孔４２を介して周回配置されている。
補強部４３は、上記のようにアンカー部４１の一部を周回するように配置したが、積層部分のみを有するものであってもよく、また、内側突出部と外側突出部の少なくとも一方のみを有するものであってもよい。また、内側突出部４３Ａに連なる底板部と外側突出部４３Ｂに連なる底板部が互いに連結しないものであってもよく、内側突出部４３Ａ、外側突出部４３Ｂに連なった底板部がそれぞれ外側に伸長するものであってもよい。
補強部４３は、特に貫通孔４２を介して補強部４３を配置することでアンカー部４１の固定をより強固にすることができる。

アンカー部４１の周囲および貫通孔４２内には、エポキシ樹脂などの樹脂５０が充填されてブレード本体３の内面にアンカー部４１および補強部４３が固定される。樹脂には短繊維を混ぜてもよい。なお、補強部４３は、予め補強部４３の構成の一つである繊維を配しておき、この際の樹脂充填によって繊維強化プラスチックを得るものであってもよく、また、繊維強化プラスチックで補強部４３を形成して配置した後に、前記樹脂５０の充填を行うものであってもよい。樹脂５０は、熱硬化させてアンカー部４１などの固定を行う。ただし、本発明としては樹脂が熱硬化するものに限定されるものではない。

さらに、図３、４に示すように、アンカー部４１および補強部４３の上部を覆う上面部４４Ａと、補強部４３の外側突出部４３Ｂを覆う側面部４４Ｂと、さらに、ブレード本体３０上に沿うように側面部４４Ｂから外側に屈曲した底板部４４Ｃとを有する外側補強板４４が配置されている。外側補強板４４は、本発明の外側補強部に相当する。

外側補強板４４は、非導電性で難燃性の材料からなるのが望ましく、非導電性の繊維を用いたＧＦＲＰ(Glass fiber reinforced plastics)などを用いることができる。
外側補強板４４は、樹脂５０およびブレード本体３０の内面と底板部４４Ｃとの間に設けた接着材によってそれぞれの固定がなされ、前記樹脂の埋設によって前記補強部４３およびアンカー部４１との間の固定がなされている。
なお、外側補強部４４は、上面部４４Ａと側面部４４Ｂと底板部４４Ｃとを有するものとして説明したが、外側補強部４４の構成は特に限定されるものではなく、例えば、上面部４４Ａ、側面部４４Ｂの少なくとも一方を有するものであってもよい。

また、ブレード本体３０の他面側には樹脂を配置して前記外側補強板４４を埋設することもできる。
上記構成により、アンカー部４１は、ブレード本体３０の片面側に、より強固に固定されている。
一方、従来の受雷用レセプタは、保持部に樹脂等の接着材を充填し固定しているのみである。

本実施形態の作用について説明する。
受雷などによって、ブレード本体同士の接着部が割れブレード先端が開口した場合に、受雷用レセプタがブレード内面に接着されていることから受雷用レセプタの脱落を防止することが可能となる。従来の受雷用レセプタでは、ブレードの開口が生じると、固定が緩んで脱落が生じやすい。
また、本実施形態のように、受雷用レセプタの埋め込み部に設けた貫通孔の周囲を繊維強化プラスチックなどの補強材で補強してブレード本体内部の片面に接着するなど、他面側よりも一方のブレード本体内面に強固に固定されている場合、ブレードの開口が生じてもブレード本体の片面側に受雷用レセプタを確実に保持することができる。

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貫通孔
４３補強部
４３Ａ内側突出部
４３Ｂ外側突出部
４３Ｃ底板部
４４外側補強板
４４Ａ上面部
４４Ｂ側面部
４４Ｃ底板部
５０樹脂

Claims

ブレード本体に受雷用レセプタが取り付けられた風力発電用ブレードにおいて、
前記受雷用レセプタの取り付け側に、ブレード本体と受雷用レセプタの取付方向と交差する方向に形成され、周囲全周が囲まれた貫通孔を有する埋め込み部が設けられており、前記埋め込み部が樹脂を介してブレード本体に埋め込まれ、かつ前記樹脂が前記貫通孔に充填されており、
さらに前記貫通孔の周囲の側方に補強材が配置されて前記ブレード本体に固定されており、
前記補強材は、前記埋め込み部に積層されているとともに、前記貫通孔の側方から前記貫通孔内に突き出されて、前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される内側突き出し部と、前記埋め込み部の外周側を超えて側方に伸張して前記埋め込み部側方外側に突き出して前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される外側突き出し部とを有し、
前記貫通孔内の内側突き出し部外の領域に前記樹脂が充填されていることを特徴とする風力発電用ブレード。
ブレード本体に受雷用レセプタが取り付けられた風力発電用ブレードにおいて、
前記受雷用レセプタの取り付け側に、貫通孔を有する埋め込み部が設けられており、前記埋め込み部が樹脂を介してブレード本体に埋め込まれ、かつ前記樹脂が前記貫通孔に充填されており、
さらに前記貫通孔の周囲に補強材が配置されて前記ブレード本体に固定されており、
前記補強材は、前記ブレード本体の一方の片側内面に対し、他方の片側内面よりも強固に固定されていることを特徴とする風力発電用ブレード。
前記補強材は、前記埋め込み部に積層されているとともに、前記貫通孔内に突き出されて前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される内側突き出し部を有することを特徴とする請求項２に記載の風力発電用ブレード。
前記補強材は、前記埋め込み部に積層されているとともに、前記埋め込み部の外周側を超えて伸張して前記埋め込み部側に突き出して前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される外側突き出し部を有す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。
前記補強材は、前記埋め込み部に積層されているとともに、前記貫通孔内に突き出されてブレード本体片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される内側突き出し部と、前記埋め込み部の外周側を超えて伸張して前記埋め込み部側に突き出して前記ブレード本体の片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される外側突き出し部とを有し、前記内側突き出し部と前記外側突き出し部とが前記ブレード本体の片面側で連結する連結部を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の風力発電用ブレード。
前記補強材が繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の風力発電用ブレード。
前記繊維強化プラスチックが非導電性の繊維を用いていることを特徴とする請求項６記載の風力発電用ブレード。
前記補強材は、前記埋め込み部に密着して配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の風力発電用ブレード。
前記埋め込み部および補強材上を覆うように重ねて配置されて前記ブレード本体片面側にまたは前記樹脂に埋め込まれて固定される外側補強材を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の風力発電用ブレード。