JP7061327B1 - 風力発電装置とその回転羽根および風力発電装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブレードの絶縁体部分に着雷することを抑制する風力発電装置とその回転羽根および風力発電装置の制御方法を提供することである。【解決手段】 風力発電装置１００は、第１ブレード１１０と第２ブレード１２０と第３ブレード１３０とを有する。第２ブレード１２０の補助導体１２２、１２３、１２４、１２５、１２６は、第１ブレード１１０の先端が地面から最も離れた位置に位置する場合に、主導体１１１に対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。第３ブレード１３０の補助導体１３２、１３３、１３４、１３５、１３６は、第１ブレード１１０の先端が地面から最も離れた位置に位置する場合に、主導体１１１に対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。【選択図】図２

Description

本明細書の技術分野は、落雷対策を施した風力発電装置とその回転羽根および風力発電装置の制御方法に関する。

近年、温室効果ガスを排出しない太陽光、風力、地熱、水力、バイオマスに代表される再生可能エネルギーが注目されている。これらの再生可能エネルギーを効果的に利用すべく研究開発が活発になってきている。

例えば、風力発電装置においては、ブレードへの落雷対策がなされてきている。特許文献１には、雷撃を受けるレセプタと、レセプタ同士を連結する導体層と、ブレードの内部に設けられたダウンコンダクタと、を有する風力発電装置が開示されている（特許文献１の段落［００４７］－［００５２］）。

ＷＯ２０１１／０７７９７０

しかしながら、雷がブレードの絶縁体部分に落ちるおそれがある。この場合には、ブレードの絶縁体部分が破損することがある。このため、ブレードの絶縁体部分に着雷することは、可能な限り抑制することが好ましい。

本明細書の技術が解決しようとする課題は、ブレードの絶縁体部分に着雷することを抑制する風力発電装置とその回転羽根および風力発電装置の制御方法を提供することである。

第１の態様における風力発電装置の回転羽根は、第１ブレードと第２ブレードと第３ブレードとを有する。第１ブレードは、第１ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第１主導体と、第１主導体と電気的に接続されている第１補助導体と、を有する。第２ブレードは、第２ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第２主導体と、第２主導体と電気的に接続されている第２補助導体と、を有する。第３ブレードは、第３ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第３主導体と、第３主導体と電気的に接続されている第３補助導体と、を有する。第１ブレードの先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレードおよび第２ブレードおよび第３ブレードをこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第２ブレードの第２補助導体は、射影後の第１ブレードの根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いており、射影後の第３ブレードの第３補助導体は、射影後の第１ブレードの根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。第２ブレードの第２補助導体は、第１先端部と第２先端部とを有する棒状であるとともに、第２ブレードを貫通している。第２ブレードの第２補助導体の第１先端部および第２先端部は、第２ブレードの外部に露出している。第３ブレードの第３補助導体は、第１先端部と第２先端部とを有する棒状であるとともに、第３ブレードを貫通している。第３ブレードの第３補助導体の第１先端部および第２先端部は、第３ブレードの外部に露出している。

この風力発電装置は、第１ブレードの先端が地面から最も離れた位置に位置する状態では、第１ブレードの第１主導体に着雷しやすく、第２ブレードおよび第３ブレードに落雷することを抑制する。第１ブレードの第１主導体に着雷したときの雷電流は、主としてダウンコンダクタを介して大地に流れる。第１ブレードの第１主導体または第１補助導体から逸れた雷撃は、第２ブレードの第２補助導体または第３ブレードの第３補助導体に着雷する。それとともに、雷電流は、第２ブレードの第２補助導体または第３ブレードの第３補助導体から大気を伝って大地に流れることができる。

本明細書では、ブレードの絶縁体部分に着雷することを抑制する風力発電装置とその回転羽根および風力発電装置の制御方法が提供されている。

第１の実施形態の風力発電装置１００の概略構成図である。 第１の実施形態の風力発電装置１００の導体の構造を説明するための図である。 第１の実施形態の風力発電装置１００のナセル１５０の内部を示す図である。 第１の実施形態の風力発電装置１００のナセル１５０および制御部ＣＴ１０を示すブロック図である。 第２の実施形態の風力発電装置２００のブレードおよび導体を示す図である。 第３の実施形態の風力発電装置３００のブレードおよび導体を示す図である。 第４の実施形態の風力発電装置４００のブレードおよび導体を示す図である。

以下、具体的な実施形態について、風力発電装置とその回転羽根および風力発電装置の制御方法を例に挙げて図を参照しつつ説明する。なお、ブレードの縦横比等は、実際の比と異なっていることがある。導体の配置を分かりやすくするために、縦横比をデフォルメしていることがある。

（第１の実施形態）
１．風力発電装置
図１は、第１の実施形態の風力発電装置１００の概略構成図である。風力発電装置１００は、第１ブレード１１０と、第２ブレード１２０と、第３ブレード１３０と、ローターハブ１４０と、ナセル１５０と、タワー１６０と、を有する。第１ブレード１１０と、第２ブレード１２０と、第３ブレード１３０とを、まとめて、ブレードということがある。第１ブレード１１０と、第２ブレード１２０と、第３ブレード１３０との一組は、風力発電装置１００の回転羽根である。

第１ブレード１１０と、第２ブレード１２０と、第３ブレード１３０とは、風を受けて回転するブレードである。ローターハブ１４０は、第１ブレード１１０と第２ブレード１２０と第３ブレード１３０と、ナセル１５０の内部の発電機の回転軸とを接続する部材である。ナセル１５０は、発電機と増速機とを有する。タワー１６０は、上記の各部を支持する支柱である。

２．ブレード
２－１．第１ブレード
第１ブレード１１０は、主導体１１１と、補助導体１１２、１１３と、を有する。主導体１１１は、第１ブレード１１０の根本から先端に向かう向きに延伸している第１主導体である。すなわち、第１ブレード１１０の径方向に配置されている。主導体１１１は、第１ブレード１１０の内部に配置されている。

主導体１１１は棒状である。主導体１１１は、先端部１１１ａを有する。主導体１１１の先端部１１１ａは、第１ブレード１１０の先端に露出している。主導体１１１においては、先端部１１１ａが第１ブレード１１０の外部に露出しており、先端部１１１ａ以外の部分が第１ブレード１１０の内部に収容されている。主導体１１１の先端部１１１ａは、第１ブレード１１０の外形形状にならって滑らかな形状をしている。ブレードの空気抵抗を減らすためである。主導体１１１は、金属またはその他の導体である。

補助導体１１２、１１３は、主導体１１１に対して、所定の角度だけ回転して配置されている第１補助導体である。補助導体１１２、１１３と主導体１１１とがなす角の角度は、３°以上４５°以下である。好ましくは、５°以上３０°以下である。第１ブレード１１０の補助導体１１２、１１３は、第１ブレード１１０の先端に向かうにつれて主導体１１１から離れている。補助導体１１２、１１３は、第１ブレード１１０の根本の側で主導体１１１に電気的に接続されている。補助導体１１２、１１３は、その接続箇所において主導体１１１と合流している。

補助導体１１２、１１３は、棒状である。補助導体１１２、１１３は、それぞれ、先端部１１２ａ、１１３ａを有する。補助導体１１２、１１３の先端部１１２ａ、１１３ａは、第１ブレード１１０の端に露出している。補助導体１１２、１１３においては、先端部１１２ａ、１１３ａが第１ブレード１１０の外部に露出しており、先端部１１２ａ、１１３ａ以外の部分が第１ブレード１１０の内部に収容されている。補助導体１１２、１１３の先端部１１２ａ、１１３ａは、第１ブレード１１０の外形形状にならって滑らかな形状をしている。補助導体１１２、１１３は、金属またはその他の導体である。

２－２．第２ブレード
第２ブレード１２０は、主導体１２１と、補助導体１２２、１２３、１２４、１２５、１２６と、を有する。主導体１２１は、第２ブレード１２０の根本から先端に向かう向きに延伸している第２主導体である。すなわち、第２ブレード１２０の径方向に配置されている。主導体１２１は、第２ブレード１２０の内部に配置されている。

主導体１２１は棒状である。主導体１２１は、先端部１２１ａを有する。主導体１２１の先端部１２１ａは、第２ブレード１２０の先端に露出している。主導体１２１においては、先端部１２１ａが第２ブレード１２０の外部に露出しており、先端部１２１ａ以外の部分が第２ブレード１２０の内部に収容されている。主導体１２１の先端部１２１ａは、第２ブレード１２０の外形形状にならって滑らかな形状をしている。主導体１２１は、金属またはその他の導体である。

補助導体１２２、１２３、１２４、１２５、１２６は、主導体１２１に対して、所定の角度だけ回転して配置されている第２補助導体である。補助導体１２２、１２３、１２４、１２５、１２６と主導体１２１とがなす角の角度は、５５°以上６５°以下である。好ましくは、５７°以上６３°以下である。最も好ましくは、６０°である。補助導体１２２、１２３、１２４、１２５、１２６は、主導体１２１に電気的に接続されている。

補助導体１２２は、先端部１２２ａ、１２２ｂを有する。補助導体１２２の先端部１２２ａ、１２２ｂは、第２ブレード１２０の端に露出している。補助導体１２２においては、先端部１２２ａ、１２２ｂが第２ブレード１２０の外部に露出しており、先端部１２２ａ、１２２ｂ以外の部分が第２ブレード１２０の内部に収容されている。補助導体１２２は、棒状であり、第２ブレード１２０を貫通している。補助導体１２２の先端部１２２ａ、１２２ｂは、第２ブレード１２０の外形形状にならって滑らかな形状をしている。

補助導体１２２は、主導体１２１と交差している。補助導体１２２は、直線形状であるとともに、第２ブレード１２０を貫通している。第１ブレード１１０の先端が地面から最も離れた位置に位置する場合には、補助導体１２２は主導体１２１と平行かまたはそれに近い方向を向いている。補助導体１２２は、金属またはその他の導体である。

補助導体１２３、１２４、１２５、１２６は、補助導体１２２と平行に配置されている。補助導体１２３、１２４、１２５、１２６は、それぞれ、先端部１２３ａ、１２３ｂと、先端部１２４ａ、１２４ｂと、先端部１２５ａ、１２５ｂと、先端部１２６ａ、１２６ｂと、を有する。その他の点において、補助導体１２３、１２４、１２５、１２６は、補助導体１２２と同様である。

２－３．第３ブレード
第３ブレード１３０は、主導体１３１と、補助導体１３２、１３３、１３４、１３５、１３６と、を有する。主導体１３１は、第３ブレード１３０の根本から先端に向かう向きに延伸している第３主導体である。すなわち、第３ブレード１３０の径方向に配置されている。主導体１３１は、第３ブレード１３０の内部に配置されている。

主導体１３１は棒状である。主導体１３１は、先端部１３１ａを有する。主導体１３１の先端部１３１ａは、第３ブレード１３０の先端に露出している。主導体１３１においては、先端部１３１ａが第３ブレード１３０の外部に露出しており、先端部１３１ａ以外の部分が第３ブレード１３０の内部に収容されている。主導体１３１の先端部１３１ａは、第３ブレード１３０の外形形状にならって滑らかな形状をしている。主導体１３１は、金属またはその他の導体である。

補助導体１３２、１３３、１３４、１３５、１３６は、主導体１３１に対して、所定の角度だけ回転して配置されている第３補助導体である。補助導体１３２、１３３、１３４、１３５、１３６と主導体１３１とがなす角の角度は、５５°以上６５°以下である。好ましくは、５７°以上６３°以下である。最も好ましくは、６０°である。補助導体１３２、１３３、１３４、１３５、１３６は、主導体１３１に電気的に接続されている。

補助導体１３２は、先端部１３２ａ、１３２ｂを有する。補助導体１３２の先端部１３２ａ、１３２ｂは、第３ブレード１３０の端に露出している。補助導体１３２においては、先端部１３２ａ、１３２ｂが第３ブレード１３０の外部に露出しており、先端部１３２ａ、１３２ｂ以外の部分が第３ブレード１３０の内部に収容されている。補助導体１３２は、棒状であり、第３ブレード１３０を貫通している。補助導体１３２の先端部１３２ａ、１３２ｂは、第３ブレード１３０の外形形状にならって滑らかな形状をしている。

補助導体１３２は、主導体１３１と交差している。補助導体１３２は、直線形状であるとともに、第３ブレード１３０を貫通している。第１ブレード１１０の先端が地面から最も離れた位置に位置する場合には、補助導体１３２は主導体１３１と平行かまたはそれに近い方向を向いている。補助導体１３２は、金属またはその他の導体である。

補助導体１３３、１３４、１３５、１３６は、補助導体１３２と平行に配置されている。補助導体１３３、１３４、１３５、１３６は、それぞれ、先端部１３３ａ、１３３ｂと、先端部１３４ａ、１３４ｂと、先端部１３５ａ、１３５ｂと、先端部１３６ａ、１３６ｂと、を有する。その他の点において、補助導体１３３、１３４、１３５、１３６は、補助導体１３２と同様である。

２－４．主導体および補助導体の効果
図２は、第１の実施形態の風力発電装置１００の導体の構造を説明するための図である。図２において、ブレードは破線で描かれている。図２において、第１ブレード１１０の先端は地面から最も離れた位置に位置する。第１ブレード１１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード１１０および第２ブレード１２０および第３ブレード１３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合であって回転軸が水平面と平行である場合には、射影後の第１ブレード１１０の先端は地面に対して鉛直上方を向く。

図２に示すように、第２ブレード１２０の補助導体１２２、１２３、１２４、１２５、１２６は、第２ブレード１２０の主導体１２１に対して５５°以上６５°以下の角度で配置されている。

図２に示すように、第１ブレード１１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード１１０および第２ブレード１２０および第３ブレード１３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第２ブレード１２０の補助導体１２２、１２３、１２４、１２５、１２６は、射影後の第１ブレード１１０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

図２に示すように、第３ブレード１３０の補助導体１３２、１３３、１３４、１３５、１３６は、第３ブレード１３０の主導体１３１に対して５５°以上６５°以下の角度で配置されている。

図２に示すように、第１ブレード１１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード１１０および第２ブレード１２０および第３ブレード１３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第３ブレード１３０の補助導体１３２、１３３、１３４、１３５、１３６は、射影後の第１ブレード１１０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

雷撃Ｌ１は、第１ブレード１１０の主導体１１１に落ちている。この場合には、雷撃Ｌ１による電流は、第１ブレード１１０の主導体１１１からローターハブ１４０、ナセル１５０、タワー１６０のダウンコンダクタを介して大地に流れる。なお、ダウンコンダクタについては後述する。

雷撃Ｌ２は、第１ブレード１１０の補助導体１１２に落ちている。この場合には、雷撃Ｌ２による電流は、第１ブレード１１０の補助導体１１２から主導体１１１、ローターハブ１４０、ナセル１５０、タワー１６０のダウンコンダクタを介して大地に流れる。

雷撃Ｌ３ａは、第２ブレード１２０の補助導体１２２に落ちている。この場合には、雷撃Ｌ３ａによる電流は、補助導体１２２の先端部１２２ａから主に第２ブレード１２０の主導体１２１、ローターハブ１４０、ナセル１５０、タワー１６０のダウンコンダクタを介して大地に流れる。なお、雷撃Ｌ３ａの電流の一部が補助導体１２２の先端部１２２ａから１２２ｂまで流れた後、雷撃Ｌ３ｂとして補助導体１２２の先端部１２２ｂから大気を伝って大地に流れることもある。

第１ブレード１１０の先端からわずかに外れた位置に落雷する場合には、第１ブレード１１０の補助導体１１２、１１３が雷を受け止める。

第１ブレード１１０から逸れて第２ブレード１２０に落雷する場合には、例えば、第２ブレード１２０の補助導体１２２が雷を受け止める。この落雷による電流は、タワー１６０または大気を伝って大地に流れる。雷撃がさらに逸れて第２ブレード１２０に落ちる場合には、第２ブレード１２０のその他の補助導体１２３、１２４、１２５、１２６が雷撃を受け止める。

同様に、第３ブレード１３０に落雷する場合には、第３ブレード１３０の補助導体１３２、１３３、１３４、１３５、１３６が雷を受け止める。

このように、風力発電装置１００における最も高い位置である第１ブレード１１０の先端以外に雷撃が落ちた場合であっても、その雷電流を好適に流すことができる。

３．ナセル
図３は、第１の実施形態の風力発電装置１００のナセル１５０の内部を示す図である。図３に示すように、ナセル１５０は、発電機１５１と、増速機１５２と、制御部ＣＴ１０と、を有する。

発電機１５１は、風を受けたブレードが回転することにより発電する発電部である。増速機１５２は、ブレードの回転により回転する回転軸の回転を増加させる。軸ＡＸ２は、ブレードとともに回転する回転軸である。軸ＡＸ２は、ブレードと増速機１５２とに連結されている。軸ＡＸ１は、増速機１５２と発電機１５１とに連結されている。増速機１５２は、軸ＡＸ２から入力された回転を増加させて軸ＡＸ１に伝達する。

制御部ＣＴ１０については後述する。

４．制御系
図４は、第１の実施形態の風力発電装置１００のナセル１５０および制御部ＣＴ１０を示すブロック図である。制御部ＣＴ１０は、雷雲位置情報取得部ＣＴ１１と、雷雲位置判断部ＣＴ１２と、回転制御部ＣＴ１３と、を有する。

雷雲位置情報取得部ＣＴ１１は、雷雲の位置情報を取得する。例えば、気象庁の雷ナウキャストから、推定された雷雲位置の情報を取得する。雷雲位置情報取得部ＣＴ１１は、電気通信回線等に接続されている。

雷雲位置判断部ＣＴ１２は、雷雲位置情報取得部ＣＴ１１により取得された雷雲の位置情報と風力発電装置１００の位置とを比較する。そして、風力発電装置１００の位置から予め定めた範囲内に雷雲が存在するか否かを判断する。

回転制御部ＣＴ１３は、ブレードの回転および位置を制御する。回転制御部ＣＴ１３は、第１ブレード１１０と第２ブレード１２０と第３ブレード１３０との回転位置を制御する。回転制御部ＣＴ１３は、発電機１５１の回転状態を制御することができる。また、ブレードと連結されている軸ＡＸ２にエンコーダ等の回転位置センサーを設けてもよい。回転制御部ＣＴ１３は、ブレードの位置を高い精度で制御することができる。

５．風力発電装置の動作および制御方法
雷雲位置情報取得部ＣＴ１１は、通信回線から雷雲位置情報を取得し続ける。雷雲位置判断部ＣＴ１２は、取得した雷雲位置情報から雷雲が風力発電装置１００の近くに位置しているか否かを判断する。雷雲位置判断部ＣＴ１２が、雷雲が風力発電装置１００の位置から予め定めた範囲内に存在すると判断した場合に、回転制御部ＣＴ１３がブレードの回転を減速する。回転制御部ＣＴ１３が、第１ブレード１１０の先端が地面から最も離れた位置に位置する状態で、第１ブレード１１０と第２ブレード１２０と第３ブレード１３０との回転を停止させる。

雷雲位置判断部ＣＴ１２が、雷雲が風力発電装置１００から離れたと判断した場合に、回転制御部ＣＴ１３がブレードの回転の停止を解除する。これにより、ブレードが回転し始め、風力発電装置１００は、再び発電を開始する。

６．第１の実施形態の効果
第１の実施形態の風力発電装置１００は、第１ブレード１１０と第２ブレード１２０と第３ブレード１３０とを有する。雷雲が風力発電装置１００の近くに存在する場合には、第１ブレード１１０が地面から最も離れた位置に位置するようにブレードを停止させる。第１ブレード１１０は主導体１１１の他に補助導体１１２、１１３を有する。このため、雷撃が第１ブレード１１０の先端から外れた場合であっても、第１ブレード１１０の補助導体１１２、１１３に雷撃が落ちる。このため、第１ブレード１１０の絶縁体部分に落雷するおそれがほとんどない。

また、第２ブレード１２０は、主導体１２１と補助導体１２２とを有する。補助導体１２２は、先端部１２２ａ、１２２ｂを有する。先端部１２２ａ、１２２ｂは、第２ブレード１２０の外側に露出している。風力発電装置１００は、雷雲からの雷撃を先端部１２２ａで受け止めるとともに、雷電流を先端部１２２ｂから大気を伝達させて大地に流すことができる。したがって、ブレードの絶縁体部分が雷撃を受けるおそれがほとんどない。

また、第１ブレード１１０と第２ブレード１２０と第３ブレード１３０とが回転を停止しているため、ブレードに落ちた雷撃の雷電流をダウンコンダクタから大地に流すことが容易である。

７．変形例
７－１．制御部
制御部ＣＴ１０は、ナセル１５０の外部にあってもよい。制御部ＣＴ１０は、例えば、風力発電装置１００の外部のコントロールセンターの内部にあってもよい。コントロールセンターは、例えば、複数の風力発電装置１００を一括して管理することができる。

７－２．モーター
風力発電装置は、図４に示すように、軸ＡＸ１または軸ＡＸ２を回転可能な回転部１５３を有するとよい。回転部１５３は、例えば、モーターである。回転制御部ＣＴ１３が回転部１５３の回転を制御することにより、第１ブレード１１０が地面から最も離れた位置に位置するように第１ブレード１１０を制止させることができる。

７－３．補助導体
補助導体の本数やレイアウトは、ブレードの形状や大きさに応じて最適化することが可能である。例えば、補助導体１１２、１１３の本数を３本以上とし、主導体１１１に対して上下方向の位置をずらして配置したり、主導体１１１を取り囲むように配置したりしてもよい。

７－４．ダウンコンダクタ
風力発電装置１００は、第１ブレード１１０の主導体１１１と、第２ブレード１２０の主導体１２１と、第３ブレード１３０の主導体１３１と、導通するダウンコンダクタを有するとよい。ダウンコンダクタは、接地されている。

７－５．主導体および補助導体の露出部分
第１の実施形態では、補助導体１１２、１１３の先端部１１２ａ、１１３ａは、ブレードの外形形状に沿うように滑らかな形状をしている。しかし、ブレードの外部に露出する先端部１１２ａ、１１３ａは、必ずしもブレードの外形形状に沿うように滑らかでなくてもよい。例えば、凹凸があってもよい。その他の主導体および補助導体の露出部分についても同様である。

７－６．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なる点はブレードである。このため、ブレードを中心に説明する。

１．ブレード
図５は、第２の実施形態の風力発電装置２００のブレードおよび導体を示す図である。風力発電装置２００は、第１ブレード２１０と第２ブレード２２０と第３ブレード２３０とを有する。第１ブレード２１０は、主導体２１１と補助導体２１２、２１３、２１４、２１５とを有する。第２ブレード２２０は、主導体２２１と補助導体２２２、２２３、２２４、２２５とを有する。第３ブレード２３０は、主導体２３１と補助導体２３２、２３３、２３４、２３５とを有する。

主導体２１１は、第１ブレード２１０の根本から先端に向かう向きに配置されている。主導体２１１は、第１ブレード２１０の径方向に配置されている。補助導体２１２、２１３、２１４、２１５は、主導体２１１に対して６０°の角度で交差するように配置されている。補助導体２１２、２１３、２１４、２１５は、主導体２１１に電気的に接続されている。

第２ブレード２２０および第３ブレード２３０についても、第１ブレード２１０と同様である。

２．ブレードの対称性
第１ブレード２１０の主導体２１１および補助導体２１２、２１３、２１４、２１５と、第２ブレード２２０の主導体２２１および補助導体２２２、２２３、２２４、２２５と、第３ブレード２３０の主導体２３１および補助導体２３２、２３３、２３４、２３５とは、第１ブレード２１０および第２ブレード２２０および第３ブレード２３０の回転軸に対して互いに回転対称に配置されている。

図５に示すように、第１ブレード２１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード２１０および第２ブレード２２０および第３ブレード２３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第２ブレード２２０の補助導体２２３、２２５および射影後の第３ブレード２３０の補助導体２３２、２３４は、射影後の第１ブレード２１０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

図５に示すように、第２ブレード２２０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード２１０および第２ブレード２２０および第３ブレード２３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第３ブレード２３０の補助導体２３３、２３５および射影後の第１ブレード２１０の補助導体２１２、２１４は、射影後の第２ブレード２２０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

図５に示すように、第３ブレード２３０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード２１０および第２ブレード２２０および第３ブレード２３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第１ブレード２１０の補助導体２１３、２１５および射影後の第２ブレード２２０の補助導体２２２、２２４は、射影後の第３ブレード２３０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

第２の実施形態では、第１ブレード２１０と第２ブレード２２０と第３ブレード２３０とがブレードの回転軸に対して１２０°の回転対称（３回対称）である。このため、雷雲が風力発電装置２００の近くに存在する場合には、第１ブレード２１０と第２ブレード２２０と第３ブレード２３０とのうちの一つのブレードについて地面から最も離れた位置に位置するように停止させればよい。

３．第２の実施形態の効果
第１の実施形態と同様に、第１ブレード２１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときには、第１ブレード２１０の主導体２１１と補助導体２１２、２１３、２１４、２１５が主に雷を受け止める。また、第１ブレード２１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときには、第２ブレード２２０の補助導体２２３、２２５および第３ブレード２３０の補助導体２３２、２３４が、雷を受け止める。このため、ブレードの絶縁体部分が雷撃を受けるおそれがほとんどない。

また、落雷が第１ブレード２１０と第２ブレード２２０と第３ブレード２３０とに分散される。そのため、第１ブレード２１０に落雷が集中するおそれがほとんどない。

４．変形例
第１の実施形態の変形例と組み合わせてもよい。また、補助導体の本数やレイアウトは、静止状態においてブレード内で最大長をとることができるように、ブレードの形状や大きさに応じて最適化することが可能である。補助導体２１２－２１５、２２２－２２５、２３２－２３５の本数を増減してもよい。

（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なる点はブレードである。このため、ブレードを中心に説明する。

１．ブレード
図６は、第３の実施形態の風力発電装置３００のブレードおよび導体を示す図である。風力発電装置３００は、第１ブレード３１０と第２ブレード３２０と第３ブレード３３０とを有する。第１ブレード３１０は、主導体３１１と補助導体３１２、３１３、３１４、３１５とを有する。第２ブレード３２０は、主導体３２１と補助導体３２２、３２３、３２４、３２５とを有する。第３ブレード３３０は、主導体３３１と補助導体３３２、３３３、３３４、３３５とを有する。

主導体３１１は、第１ブレード３１０の根本から先端に向かう向きに配置されている。主導体３１１は、第１ブレード３１０の径方向に配置されている。補助導体３１２、３１３、３１４、３１５は、主導体３１１に対して６０°の角度で交差するように配置されている。補助導体３１２、３１３、３１４、３１５は、主導体３１１に電気的に接続されている。

第２ブレード３２０および第３ブレード３３０についても、第１ブレード３１０と同様である。

２．ブレードの対称性
第１ブレード３１０の主導体３１１および補助導体３１２、３１３、３１４、３１５と、第２ブレード３２０の主導体３２１および補助導体３２２、３２３、３２４、３２５と、第３ブレード３３０の主導体３３１および補助導体３３２、３３３、３３４、３３５とは、第１ブレード３１０および第２ブレード３２０および第３ブレード３３０の回転軸に対して互いに回転対称に配置されている。

図６に示すように、第１ブレード３１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード３１０および第２ブレード３２０および第３ブレード３３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第２ブレード３２０の補助導体３２３、３２５および射影後の第３ブレード３３０の補助導体３３２、３３４は、射影後の第１ブレード３１０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

図６に示すように、第２ブレード３２０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード３１０および第２ブレード３２０および第３ブレード３３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第３ブレード３３０の補助導体３３３、３３５および射影後の第１ブレード３１０の補助導体３１２、３１４は、射影後の第２ブレード３２０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

図６に示すように、第３ブレード３３０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード３１０および第２ブレード３２０および第３ブレード３３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第１ブレード３１０の補助導体３１３、３１５および射影後の第２ブレード３２０の補助導体３２２、３２４は、射影後の第３ブレード３３０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

第３の実施形態では、第１ブレード３１０と第２ブレード３２０と第３ブレード３３０とがブレードの回転軸に対して１２０°の回転対称（３回対称）である。このため、雷雲が風力発電装置３００の近くに存在する場合には、第１ブレード３１０と第２ブレード３２０と第３ブレード３３０とのうちの一つのブレードについて地面から最も離れた位置に位置するように停止させればよい。

３．第３の実施形態の効果
第１の実施形態と同様に、第１ブレード３１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときには、第１ブレード３１０の主導体３１１と補助導体３１２、３１３、３１４、３１５が主に雷を受け止める。また、第１ブレード３１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときには、第２ブレード３２０の補助導体３２３、３２５および第３ブレード３３０の補助導体３３２、３３４が、雷を受け止める。このため、ブレードの絶縁体部分が雷撃を受けるおそれがほとんどない。

また、落雷が第１ブレード３１０と第２ブレード３２０と第３ブレード３３０とに分散される。そのため、第１ブレード３１０に落雷が集中するおそれがほとんどない。

４．変形例
第１の実施形態の変形例と組み合わせてもよい。また、補助導体の本数やレイアウトは、静止状態においてブレード内で最大長をとることができるように、ブレードの形状や大きさに応じて最適化することが可能である。補助導体３１２－３１５、３２２－３２５、３３２－３３５の本数を増減してもよい。

（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。第１の実施形態と異なる点はブレードである。このため、ブレードを中心に説明する。

１．ブレード
図７は、第４の実施形態の風力発電装置４００のブレードおよび導体を示す図である。風力発電装置４００は、第１ブレード４１０と第２ブレード４２０と第３ブレード４３０とを有する。第１ブレード４１０は、主導体４１１と補助導体４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅ、４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅとを有する。第２ブレード４２０は、主導体４２１と補助導体４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃ、４２２ｄ、４２２ｅ、４２３ａ、４２３ｂ、４２３ｃ、４２３ｄ、４２３ｅとを有する。第３ブレード４３０は、主導体４３１と補助導体４３２ａ、４３２ｂ、４３２ｃ、４３２ｄ、４３２ｅ、４３３ａ、４３３ｂ、４３３ｃ、４３３ｄ、４３３ｅとを有する。

主導体４１１は、第１ブレード４１０の根本から先端に向かう向きに配置されている。主導体４１１は、第１ブレード４１０の径方向に配置されている。補助導体４１２ａは、主導体４１１に対して３０°の角度で配置されている。補助導体４１２ｂは、補助導体４１２ａに対して３０°の角度で配置されている。補助導体４１２ｃは、補助導体４１２ｂに対して３０°の角度で配置されている。補助導体４１２ｄは、補助導体４１２ｃに対して３０°の角度で配置されている。補助導体４１２ｅは、補助導体４１２ｄに対して３０°の角度で配置されている。補助導体４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅは、主導体４１１から順次３０°の角度で交差するように配置されている。

補助導体４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅは、補助導体４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅよりも第１ブレード４１０の根本側にある。補助導体４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅのそれぞれが互いになす角の角度は、補助導体４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅと同様である。補助導体４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅ、４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅは、主導体４１１に電気的に接続されている。

補助導体４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅは、１箇所で主導体４１１に交差している。すなわち、補助導体４１２ａと主導体４１１とが交差する交差点で補助導体４１２ａと主導体４１１と交差する補助導体４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅを有する。補助導体４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅは、１箇所で主導体４１１に交差している。すなわち、補助導体４１３ａと主導体４１１とが交差する交差点で補助導体４１３ａと主導体４１１と交差する補助導体４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅを有する。

第２ブレード４２０および第３ブレード４３０についても、第１ブレード４１０と同様である。

２．ブレードの対称性
第１ブレード４１０の主導体４１１および補助導体４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅ、４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅと、第２ブレード４２０の主導体４２１および補助導体４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃ、４２２ｄ、４２２ｅ、４２３ａ、４２３ｂ、４２３ｃ、４２３ｄ、４２３ｅと、第３ブレード４３０の主導体４３１および補助導体４３２ａ、４３２ｂ、４３２ｃ、４３２ｄ、４３２ｅ、４３３ａ、４３３ｂ、４３３ｃ、４３３ｄ、４３３ｅとは、第１ブレード４１０および第２ブレード４２０および第３ブレード４３０の回転軸に対して互いに回転対称に配置されている。

図７に示すように、第１ブレード４１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード４１０および第２ブレード４２０および第３ブレード４３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第２ブレード４２０の補助導体４２２ｄ、４２３ｄおよび射影後の第３ブレード４３０の補助導体４３２ｂ、４３３ｂは、射影後の第１ブレード４１０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

図７に示すように、第２ブレード４２０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード４１０および第２ブレード４２０および第３ブレード４３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第３ブレード４３０の補助導体４３２ｄ、４３３ｄおよび射影後の第１ブレード４１０の補助導体４１２ｂ、４１３ｂは、射影後の第２ブレード４２０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

図７に示すように、第３ブレード４３０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレード４１０および第２ブレード４２０および第３ブレード４３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第１ブレード４１０の補助導体４１２ｄ、４１３ｄおよび射影後の第２ブレード４２０の補助導体４２２ｂ、４２３ｂは、射影後の第３ブレード４３０の根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

第４の実施形態では、第１ブレード４１０と第２ブレード４２０と第３ブレード４３０とがブレードの回転軸に対して１２０°の回転対称（３回対称）である。このため、雷雲が風力発電装置４００の近くに存在する場合には、第１ブレード４１０と第２ブレード４２０と第３ブレード４３０とのうちの一つのブレードについて地面から最も離れた位置に位置するように停止させればよい。

さらに、第４の実施形態では、ブレードの回転を停止させなくても、回転中の各ブレードのいずれかの補助導体が、地面に対して鉛直上方または鉛直上方に近い方向を向くように構成されるため、ブレードの回転を停止させずに運用することも可能である。

３．第４の実施形態の効果
第１の実施形態と同様に、第１ブレード４１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときには、第１ブレード４１０の主導体４１１と補助導体４１２ａ、４１２ｂ、４１２ｃ、４１２ｄ、４１２ｅ、４１３ａ、４１３ｂ、４１３ｃ、４１３ｄ、４１３ｅが主に雷を受け止める。また、第１ブレード４１０の先端が地面から最も離れた位置に位置するときには、第２ブレード４２０の補助導体４２２ａ、４２２ｂ、４２２ｃ、４２２ｄ、４２２ｅ、４２３ａ、４２３ｂ、４２３ｃ、４２３ｄ、４２３ｅおよび第３ブレード４３０の補助導体４３２ａ、４３２ｂ、４３２ｃ、４３２ｄ、４３２ｅ、４３３ａ、４３３ｂ、４３３ｃ、４３３ｄ、４３３ｅが、雷を受け止める。このため、ブレードの絶縁体部分が雷撃を受けるおそれがほとんどない。

また、第４の実施形態では、第１ブレード４１０および第２ブレード４２０および第３ブレード４３０をこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、ブレードの回転位置によらず、各ブレードのいずれかの補助導体は、地面に対して鉛直上方、または鉛直上方に近い方向を向くことになる。このため、この回転羽根を有する風力発電装置では、ブレードの回転中、およびブレードの回転の減速中においても、ブレードの絶縁体部分に着雷することを抑制することができる。したがって、この回転羽根を有する風力発電装置は、雷雲が近づいた状態であっても、ブレードの回転を停止させることなく運用することが可能である。

４．変形例
第１の実施形態の変形例と組み合わせてもよい。また、補助導体の本数やレイアウトは、静止状態においてブレード内で最大長をとることができるように、ブレードの形状や大きさに応じて最適化することが可能である。補助導体の本数を増減してもよい。補助導体の本数が増減すると、補助導体同士または補助導体と主導体との間の相対角度は変化する。また、ブレードの根本に近づくほど、補助導体の本数を減らしてもよい。また、補助導体と主導体とが交差する交差点の個数を増減してもよい。また、補助導体と主導体とが交差する交差点とずれた位置で他の補助導体と主導体とが交差してもよい。また、主導体は必ずしも直線状でなくてもよい。

（付記）
第１の態様における風力発電装置の回転羽根は、第１ブレードと第２ブレードと第３ブレードとを有する。第１ブレードは、第１ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第１主導体と、第１主導体と電気的に接続されている第１補助導体と、を有する。第２ブレードは、第２ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第２主導体と、第２主導体と電気的に接続されている第２補助導体と、を有する。第３ブレードは、第３ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第３主導体と、第３主導体と電気的に接続されている第３補助導体と、を有する。第１ブレードの先端が地面から最も離れた位置に位置するときに第１ブレードおよび第２ブレードおよび第３ブレードをこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、射影後の第２ブレードの第２補助導体は、射影後の第１ブレードの根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いており、射影後の第３ブレードの第３補助導体は、射影後の第１ブレードの根本から先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いている。

第２の態様における風力発電装置の回転羽根においては、第２ブレードの第２補助導体は、第１先端部と第２先端部とを有する棒状であるとともに、第２ブレードを貫通している。第２ブレードの第２補助導体の第１先端部および第２先端部は、第２ブレードの外部に露出している。第２補助導体は、第２主導体に対して５５°以上６５°以下の角度をもつ方向を向いて配置されている。第３ブレードの第３補助導体は、第１先端部と第２先端部とを有する棒状であるとともに、第３ブレードを貫通している。第３ブレードの第３補助導体の第１先端部および第２先端部は、第３ブレードの外部に露出している。第３補助導体は、第３主導体に対して５５°以上６５°以下の角度をもつ方向を向いて配置されている。

第３の態様における風力発電装置の回転羽根においては、第１ブレードの第１補助導体は、第１ブレードの先端に向かうにつれて第１主導体から離れている。第１ブレードの第１補助導体は、第１ブレードの第１主導体に対して３°以上４５°以下で配置されている。

第４の態様における風力発電装置の回転羽根においては、第１ブレードの第１主導体および第１補助導体と、第２ブレードの第２主導体および第２補助導体と、第３ブレードの第３主導体および第３補助導体とは、第１ブレードおよび第２ブレードおよび第３ブレードの回転軸に対して互いに回転対称に配置されている。

第５の態様における風力発電装置の回転羽根においては、第１補助導体と第１主導体とが交差する交差点で第１補助導体と第１主導体と交差する補助導体と、第２補助導体と第２主導体とが交差する交差点で第２補助導体と第２主導体と交差する補助導体と、第３補助導体と第３主導体とが交差する交差点で第３補助導体と第３主導体と交差する補助導体と、を有する。

第６の態様における風力発電装置は、上記の風力発電装置の回転羽根を有する。

第７の態様における風力発電装置の制御方法においては、雷雲位置情報取得部が雷雲の位置情報を取得する。雷雲位置判断部が、雷雲が風力発電装置の位置から予め定めた範囲内にあるか否かを判断する。回転制御部が第１ブレードと第２ブレードと第３ブレードとの回転位置を制御する。雷雲位置判断部が、雷雲が風力発電装置の位置から予め定めた範囲内にあると判断した場合に、回転制御部は、第１ブレードの先端が地面から最も離れた位置に位置する状態で第１ブレードと第２ブレードと第３ブレードとの回転を停止させる。

１００…風力発電装置
１１０…第１ブレード
１２０…第２ブレード
１３０…第３ブレード
１４０…ローターハブ
１５０…ナセル
１６０…タワー

Claims (5)

1. 第１ブレードと第２ブレードと第３ブレードとを有する風力発電装置の回転羽根において、
   前記第１ブレードは、
   前記第１ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第１主導体と、
   前記第１主導体と電気的に接続されている第１補助導体と、
   を有し、
   前記第２ブレードは、
   前記第２ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第２主導体と、
   前記第２主導体と電気的に接続されている第２補助導体と、
   を有し、
   前記第３ブレードは、
   前記第３ブレードの根本から先端に向かう向きに配置されている第３主導体と、
   前記第３主導体と電気的に接続されている第３補助導体と、
   を有し、
   前記第１ブレードの前記先端が地面から最も離れた位置に位置するときに前記第１ブレードおよび前記第２ブレードおよび前記第３ブレードをこれらの回転軸に垂直な面に射影した場合に、
   射影後の前記第２ブレードの前記第２補助導体は、
   射影後の前記第１ブレードの前記根本から前記先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いており、
   射影後の前記第３ブレードの前記第３補助導体は、
   射影後の前記第１ブレードの前記根本から前記先端に向かう向きに対して０°以上５°以下の角度をもつ方向を向いており、
   前記第２ブレードの前記第２補助導体は、
   第１先端部と第２先端部とを有する棒状であるとともに、
   前記第２ブレードを貫通しており、
   前記第２ブレードの前記第２補助導体の前記第１先端部および前記第２先端部は、
   前記第２ブレードの外部に露出しており、
   前記第３ブレードの前記第３補助導体は、
   第１先端部と第２先端部とを有する棒状であるとともに、
   前記第３ブレードを貫通しており、
   前記第３ブレードの前記第３補助導体の前記第１先端部および前記第２先端部は、
   前記第３ブレードの外部に露出していること
   を含む風力発電装置の回転羽根。
2. 請求項１に記載の風力発電装置の回転羽根において、
   前記第１ブレードの前記第１補助導体は、
   前記第１ブレードの前記先端に向かうにつれて前記第１主導体から離れており、
   前記第１ブレードの前記第１補助導体は、
   前記第１ブレードの前記第１主導体に対して３°以上４５°以下で配置されていること
   を含む風力発電装置の回転羽根。
3. 請求項１に記載の風力発電装置の回転羽根において、
   前記第１ブレードの前記第１主導体および前記第１補助導体と、
   前記第２ブレードの前記第２主導体および前記第２補助導体と、
   前記第３ブレードの前記第３主導体および前記第３補助導体とは、
   前記第１ブレードおよび前記第２ブレードおよび前記第３ブレードの回転軸に対して互いに回転対称に配置されていること
   を含む風力発電装置の回転羽根。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の風力発電装置の回転羽根
   を含む風力発電装置。
5. 請求項４に記載の風力発電装置を制御する風力発電装置の制御方法において、
   雷雲位置情報取得部が雷雲の位置情報を取得し、
   雷雲位置判断部が、雷雲が前記風力発電装置の位置から予め定めた範囲内にあるか否かを判断し、
   回転制御部が前記第１ブレードと前記第２ブレードと前記第３ブレードとの回転位置を制御し、
   前記雷雲位置判断部が、雷雲が前記風力発電装置の位置から予め定めた範囲内にあると判断した場合に、
   前記回転制御部は、
   前記第１ブレードの前記先端が地面から最も離れた位置に位置する状態で前記第１ブレードと前記第２ブレードと前記第３ブレードとの回転を停止させること
   を含む風力発電装置の制御方法。
   

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