JP2003293935A - 風車翼及び風力発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 風車翼と風車ロータとをより強固に接合する
こと。 【解決手段】 複数の層１７が積層されて形成される積
層材により形成される翼根部２と、複数の層１７を突き
抜けるスタッド１６と、スタッド１６に同体に接合され
る埋め込み金物４とを具備している。埋め込み金物４
は、雌ねじ１４が切られた穴１３を有している。埋め込
み金物４は、穴１３に挿入されるボルトにより締結され
て回転可能に支持されている風車ロータと風車翼１とを
接合する。翼根部２は、風車翼１にかかる荷重を支持し
ている。スタッド１６は、複数の層１７が層間剥離し
て、風車翼１が風車ロータから脱落することを防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、風車翼及び風力発
電装置に関し、特に、風力発電装置に利用される風車翼
及び風力発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】風車は、自然エネルギーから回転動力を
生成するために古くから利用され、近年、風力を電力に
変換する風力発電装置が広く利用されている。その風力
発電装置は、風力を回転動力に変換する風車と、その回
転動力を電力に変換する発電機とを備えている。

【０００３】その風車は、風車翼と風車ロータとから形
成されている。風車翼は、風車ロータに同体に接合さ
れ、風力により風車ロータを回転させる揚力を生成す
る。風車ロータは、回転可能に支持され、回転動力を風
車から発電機に伝達している。風力発電装置は単機の容
量の増大が望まれ、風車翼は多くの風を受けることがで
きるように翼長を長くすることが望まれている。翼長が
大きい風車翼は、重量が大きく、風車翼と風車ロータを
強固に接合して風車翼が風車ロータから脱落することを
防止されている。

【０００４】図６は、風車翼１０１を示している。風車
翼１０１は、主桁１０２と外皮１０３および翼根部１０
４から成る。外皮１０３は、主桁１０２を被覆して、風
雨・鳥などから主桁１０２を隔離し、風車翼１０１の断
面形状を翼形に形成している。翼根部１０４は、円筒形
を形成し、その端面から翼長方向にボルトを締結するた
めの埋め込み金物１０６が埋め込まれている。翼根部１
０４は、主桁１０２および外皮１０３から伝達される荷
重を風車ロータに伝達する。すなわち、翼根部１０４
は、風車翼１０１を風車ロータに接合するために設けら
れている。

【０００５】図７は、翼根部１０４を詳細に示してい
る。翼根部１０４は、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆ
ｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ：繊維強化プラスチッ
ク）から形成され、埋め込み金物１０６が埋め込まれて
いる。埋め込み金物１０６は、円筒を形成し、円筒の内
部１１１には一部または全部に雌ねじ１１２が切られて
いる。埋め込み金物１０６の両端は、半径が大きくなっ
ているエラ部１１５、１１６を有している。エラ部１１
５、１１６は、埋め込み金物１０６が翼根部１０４から
抜け出ることを防止している。

【０００６】翼根部１０４は、強化材である強化繊維に
より埋め込み金物１０６を被覆し、その強化繊維に樹脂
を含浸させることにより製造される。その強化繊維とし
ては、ロービングクロス（織物）、ステッチでとめただ
けの繊維が用いられる。このような翼根部１０４は、よ
り強固である樹脂が用いられ、層間剥離が防止されてい
る。風車翼１０１と風車ロータとをより強固に接合する
構造が望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、風車
翼と風車ロータとをより強固に接合する風車翼及び風力
発電装置を提供することにある。本発明の他の課題は、
風車翼の翼根部を構成する積層材の層間剥離を防止する
風車翼及び風力発電装置を提供することにある。本発明
のさらに他の課題は、風車翼の翼根部に樹脂溜りが生成
し難い風車翼及び風力発電装置を提供することにある。
本発明のさらに他の課題は、製造が容易である風車翼及
び風力発電装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態］で使用される番号・符号を用いて、課題を解決す
るための手段を説明する。これらの番号・符号は、［特
許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載と
の対応関係を明らかにするために付加されたものであ
り、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的
範囲の解釈に用いてはならない。

【０００９】本発明による風車翼（１、２０）は、複数
の層（１７）が積層されて形成される積層材により形成
される翼根部（２）と、翼根部（２）に埋め込まれる埋
め込み金物（４、２３）と、複数の層（１７）を突き抜
け、埋め込み金物（４、２３）に同体に接合されるスタ
ッド（１６）とを具備している。埋め込み金物（４、２
３）は、雌ねじ（１４、３２）が切られた穴（１３、３
１）を有している。埋め込み金物（４、２３）は、穴
（１３、３１）に挿入されるボルトにより締結されて回
転可能に支持されている風車ロータと風車翼（１、２
０）とを接合する。

【００１０】翼根部（２）は、風車翼（１、２０）にか
かる荷重を支持している構造である。埋め込み金物
（４、２３）は、両端に半径が大きくなっているエラ部
が不要であり、スタッド（１６）は、複数の層（１７）
が層間剥離して、風車翼（１、２０）が風車ロータから
脱落することを防止する。埋め込み金物（４、２３）と
スタッド（１６）は、金属により形成されることが好ま
しい。

【００１１】本発明による風車翼（１、２０）は、積層
材は、シート状の強化繊維（１７）と強化繊維（１７）
に含浸する樹脂（１８）とを含有する繊維強化プラスチ
ックであり、強化繊維（１７）の１枚は、複数の層（１
７）の１つに対応する。

【００１２】強化繊維（１７）は、ガラス繊維に例示さ
れる繊維であり、繊維強化プラスチックの強化材であ
る。この繊維強化プラスチックは、強化繊維（１７）が
埋め込み金物（４、２３）に被覆され、その強化繊維
（１７）に樹脂（１８）が含浸され、その樹脂（１８）
が硬化されることにより製造される。

【００１３】本発明による風車翼（１）は、埋め込み金
物（４）の翼端側の先端は、尖っている。埋め込み金物
（４）の翼端側の先端は翼根部（２）の内部に埋め込ま
れ、もう一方の先端は翼根部（２）の端面に露出してい
る。すなわち、埋め込み金物（４）は、円筒を形成する
円筒部分（１１）と円錐を形成する円錐部分（１２）と
から形成され、円筒部分（１１）と円錐部分（１２）
は、滑らかに接合されている。強化繊維（１７）は、埋
め込み金物（４）を被覆するときに、鋭い角度に曲がら
ない。この結果、埋め込み金物（４）の翼端側に樹脂溜
りが生成し難い。

【００１４】本発明による風車翼（２０）は、埋め込み
金物（２３）の複数が同体に接合される円筒体（２１−
１、２１−２）を更に具備している。円筒体（２１−
１、２１−２）は、スタッド（１６）に同体に接合され
る。すなわち、埋め込み金物（２３）は、円筒体（２１
−１、２１−２）を介してスタッド（１６）に同体に接
合される。複数の埋め込み金物（２３）の各々は、単独
に繊維強化プラスチックに埋め込まれるときより強固に
固定することができ、埋め込み金物（２３）に強化繊維
（１７）を被覆することが容易になる。

【００１５】円筒体（２１−１、２１−２）は、外側円
筒体（２１−１）と内側円筒体（２１−１）とを含み、
埋め込み金物（２３）は、外側円筒体（２１−１）と内
側円筒体（２１−１）との間に接合される。埋め込み金
物（２３）は、より強固に翼根部（２）に固定されるこ
とができる。

【００１６】外側円筒体（２１−１）の翼端側の端（３
０）は、内側円筒体（２１−１）の翼端側の端（３０）
に接合される。すなわち、外側円筒体（２１−１）は翼
端側にいくにつれ半径が小さくなり、または、内側円筒
体（２１−１）は翼端側にいくにつれ半径が大きくなっ
ている。円筒体（２１−１、２１−２）は、強化繊維
（１７）で被覆することが容易であり、翼端側に樹脂溜
りが生成し難い。

【００１７】本発明による風力発電装置は、風車翼
（１、２０）と、風車ロータと、埋め込み金物（４、２
３）に挿入されて風車翼（１、２０）と風車ロータとを
同体に固定するボルトとを具備していることが好まし
い。

【００１８】

【発明の実施の形態】図面を参照して、本発明による風
車翼の実施の形態を説明する。その風車翼１の翼根部２
は、図１に示されているように、翼根部２は、ＦＲＰ
（繊維強化プラスチック）により形成され、風車翼１に
かかる荷重を支持している。翼根部２は、円筒を形成
し、翼根側に配置されて風車ロータに接合される。

【００１９】風車翼１が適用される風力発電装置は、風
力を回転動力に変換する風車と、その回転動力を電力に
変換する発電機とを備えている。その風車は、複数の風
車翼１と風車ロータとから形成されている。風車ロータ
は、回転可能に支持され、回転動力を風車から発電機に
伝達している。風車翼１は、風車ロータに接合され、風
車ロータを回転させるように働く揚力を風力により生成
する。

【００２０】翼根部２の端面には、埋め込み金物４が翼
長方向に複数埋め込まれている。埋め込み金物４は、金
属により形成され、ボルトを締結して風車翼１と風車ロ
ータとを接合するために利用される。

【００２１】埋め込み金物４は、図２に示されているよ
うに、一部分が翼根部２の端面に露出し、他の部分が翼
根部２に翼長方向と平行に翼端に向かって埋め込まれて
いる。埋め込み金物４は、円筒を形成している円筒部分
１１と、円錐を形成している円錐部分１２とから形成さ
れている。円錐部分１２は、円筒部分１１より翼端側に
配置されている。円筒部分１１と円錐部分１２は、滑ら
かに接合されている。

【００２２】円筒部分１１は、内側表面１３の一部に雌
ねじ１４が切られている。円筒部分１１の外側表面１５
には、複数のスタッド１６が同体に接合されている。ス
タッド１６は、金属により形成され先端が尖っている針
であり、外側表面１５の法線方向に延びている。スタッ
ド１６は、さらに、円錐部分１２の側面にも複数が設け
られ、その側面の概ね法線方向に延びている。

【００２３】翼根部２を形成するＦＲＰは、図３に示さ
れているように、強化材である強化繊維１７とマトリク
スである樹脂１８とを含有している。その強化繊維１７
は、ステッチにより止めただけのガラス繊維であり、ま
たは、ガラス繊維により形成された織物である。その強
化繊維１７は、シート状であり、積層されて複数の層を
形成している。樹脂１８は、積層された強化繊維１７に
含浸され、隣り合う２つの強化繊維１７を接着してい
る。スタッド１６は、その複数の強化繊維１７を突き抜
いている。

【００２４】埋め込み金物４は、まず、スタッド１６に
溶接されて同体に接合される。埋め込み金物４は、つい
で、複数の強化繊維１７に被覆される。このとき、スタ
ッド１６は、強化繊維１７を突き刺して貫通する。隣り
合う強化繊維１７は、スタッド１６に引っ掛かり横滑り
することがなく、被覆が容易である。埋め込み金物４を
被覆した複数の強化繊維１７は、樹脂１８が含浸され
る。その後に、樹脂１８は、硬化されて隣り合う強化繊
維１７を接着する。

【００２５】風車翼１が適用された風力発電装置は、風
が吹くと、風車が回転する。このとき、風車翼１には、
風車ロータから引き抜かれる方向に遠心力が働き、埋め
込み金物４には翼根部２から引き抜かれる力が働く。

【００２６】埋め込み金物４は、先端が尖っている。こ
のため、強化繊維１７は、埋め込み金物４に沿って滑ら
かに曲がり、かつ、翼根部２を形成するＦＲＰは強化繊
維１７が配置されていない部分が小さい。このため、翼
根部２を構成するＦＲＰは、強化繊維１７を含有しない
で樹脂１８が多量に集まっている部分である樹脂溜りが
小さく、その分だけ強固である。さらに積層される複数
の層は、スタッド１６により突き抜かれていることによ
り、層間剥離し難く、その分だけＦＲＰは強固であり、
特別に強固である樹脂を使用する必要が無い。

【００２７】埋め込み金物４は、スタッド１６がアンカ
ーになり、翼根部２に機械的に接合されている。このた
め、埋め込み金物４は、両端に半径が大きくなっている
エラ部が不要である。本発明による風車翼が適用された
風力発電装置は、風車翼が脱落することを防止する。

【００２８】本発明による風車翼の実施の他の形態は、
２つの円筒体が埋め込み金物とともに設けられている。
その２つの円筒体２１は、図４に示されているように、
外側円筒体２１−１と内側円筒体２１−２とから形成さ
れている。外側円筒体２１−１は、内側円筒体２１−２
の外側に配置されている。埋め込み金物２３は、外側円
筒体２１−１と内側円筒体２１−２に挟まれて固着され
ている。外側円筒体２１−１と内側円筒体２１−２の間
には、さらに、発泡樹脂２４が充填されている。

【００２９】外側円筒体２１−１と内側円筒体２１−２
とは、翼根部２に埋め込まれ、各々が翼根部２の円筒と
同心に配置されている。翼根部２は、主桁２と外皮が合
体し、ＦＲＰにより形成され、風車翼にかかる荷重を支
持する構造である。その外皮は、主桁２を被覆して、風
車翼１の断面形状を翼形に形成している。

【００３０】外側円筒体２１−１の外側の表面２５−１
には、図５に示されているように、複数のスタッド１６
が同体に接合されている。スタッド１６は、金属により
形成され先端が尖っている針であり、表面２５−１の法
線方向に延びている。内側円筒体２１−２の内側の表面
２５−２には、複数のスタッド１６が同体に接合されて
いる。スタッド１６は、表面２５−２の法線方向に延び
ている。

【００３１】外側円筒体２１−１は、端面側部分２６−
１と翼端側部分２７−１とから形成されている。端面側
部分２６−１は、円筒の半径が一定であり、翼端側部分
２７−１は、円筒の半径が翼長方向の翼端に近づくにつ
れ小さくなっている。内側円筒体２１−２は、端面側部
分２６−２と翼端側部分２７−２とから形成されてい
る。端面側部分２６−２は、円筒の半径が一定であり、
翼端側部分２７−２は、円筒の半径が翼長方向の翼端に
近づくにつれ大きくなっている。さらに、外側円筒体２
１−１の翼端側の端３０は、内側円筒体２１−２の翼端
側の端３０に接合されている。

【００３２】埋め込み金物２３は、一部分が翼根部２の
端面に露出し、他の部分が外側円筒体２１−１と内側円
筒体２１−２に挟まれて固着されている。埋め込み金物
２３は、円筒を形成し、その円筒の外側表面２８は、外
側円筒体２１−１の端面側部分２６−１の内側の表面２
９−１に固着され、内側円筒体２１−２の端面側部分２
６−２の外側の表面２９−２に固着されている。埋め込
み金物２３の内側表面３１は、一部に雌ねじ３２が切ら
れている。

【００３３】翼根部２を形成するＦＲＰは、強化材であ
る強化繊維とマトリクスである樹脂とを含有している。
その強化繊維は、ステッチにより止めただけのガラス繊
維であり、または、ガラス繊維により形成された織物で
ある。その強化繊維は、積層されて複数の層を形成して
いる。樹脂は、積層された強化繊維に含浸され、隣り合
う２つの強化繊維を接着している。スタッド１６は、そ
の複数の強化繊維を突き抜いている。

【００３４】埋め込み金物２３は、まず、外側円筒体２
１−１と内側円筒体２１−２とに溶接されて同体に接合
され、外側円筒体２１−１の翼端側の端は、内側円筒体
２１−２の翼端側の端に接合されている。外側円筒体２
１−１と内側円筒体２１−２に囲まれた領域には、発泡
樹脂２４が充填される。外側円筒体２１−１の外側の表
面２５−１に、複数のスタッド１６が同体に接合され、
内側円筒体２１−２の内側の表面２５−２に、複数のス
タッド１６が同体に接合される。

【００３５】外側円筒体２１−１と内側円筒体２１−２
は、ついで、複数の強化繊維に被覆される。このとき、
スタッド１６は、強化繊維を突き抜いて貫通し、強化繊
維は、スタッド１６に引っ掛かり横滑りすることがな
く、被覆が容易である。埋め込み金物２３を被覆した複
数の強化繊維は、樹脂が含浸される。その後に、樹脂
は、硬化されて隣り合う強化繊維を接着する。

【００３６】埋め込み金物２３は、外側円筒体２１−１
または内側円筒体２１−２を介してスタッド１６に同体
に接合されている。このような接合により、複数の埋め
込み金物２３の各々は、単独に繊維強化プラスチックに
埋め込まれるときより強固に翼根部２に接合されること
ができる。

【００３７】外側円筒体２１−１と内側円筒体２１−２
との翼端側の端３０が尖っていることにより、強化繊維
は、外側円筒体２１−１と内側円筒体２１−２とに沿っ
て滑らかに曲がり、かつ、翼根部２を形成するＦＲＰは
強化繊維が配置されていない部分が小さい。このため、
翼根部２を構成するＦＲＰは、強化繊維を含有しないで
樹脂が多量に集まっている部分である樹脂溜りが小さ
く、その分だけ強固である。さらに積層される複数の層
は、スタッド１６により突き抜かれていることにより、
層間剥離し難く、その分だけＦＲＰは強固であり、特別
に強固である樹脂を使用する必要が無い。

【００３８】埋め込み金物２３は、スタッド１６がアン
カーになり、翼根部２に機械的に接合されている。この
ため、埋め込み金物４は、エラ部が不要であり、本発明
による風車翼が適用された風力発電装置は、風車翼が脱
落することを防止する。

【００３９】

【発明の効果】本発明による風車翼及び風車は、風車翼
と風車ロータとをより強固に接合することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による風車翼の翼根部の実施の
形態を示す断面図である。

【図２】図２は、本発明による風車翼の翼根部の実施の
形態を示す断面図である。

【図３】図３は、スタッドを示す断面図である。

【図４】図４は、本発明による風車翼の翼根部の実施の
他の形態を示す断面図である。

【図５】図５は、本発明による風車翼の翼根部の実施の
他の形態を示す断面図である。

【図６】図６は、風車翼の実施の形態を示す斜視図であ
る。

【図７】図７は、公知の翼根部の実施の形態を示す断面
図である。

【符号の説明】

１：風車翼 ２：翼根部 ４：埋め込み金物 １１：円筒部分 １２：円錐部分 １３：内側表面 １４：雌ねじ １５：外側表面 １６：スタッド １７：強化繊維 １８：樹脂

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の層が積層されて形成される積層材
   により形成される翼根部と、 翼根端部に埋め込まれる埋め込み金物と、 前記複数の層を突き抜け、前記埋め込み金物に同体に接
   合されるスタッドとを具備し、 前記埋め込み金物は、雌ねじが切られた穴を有し、前記
   穴に挿入されるボルトにより締結されて回転可能に支持
   されている風車ロータと当該風車翼とを接合する風車
   翼。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記積層材は、シート状の強化繊維と前記強化繊維に含
   浸する樹脂とを含有する繊維強化プラスチックであり、 前記強化繊維の１枚は、前記複数の層の１つに対応する
   風車翼。
3. 【請求項３】請求項２において、 前記埋め込み金物の翼端側の先端は、尖っている風車
   翼。
4. 【請求項４】請求項２において、 前記埋め込み金物の複数が同体に接合される円筒体を更
   に具備し、 前記円筒体は、前記スタッドに同体に接合される風車
   翼。
5. 【請求項５】請求項４において、 前記円筒体は、外側円筒体と内側円筒体とを含み、 前記埋め込み金物は、前記外側円筒体と前記内側円筒体
   との間に接合される風車翼。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記外側円筒体の翼端側の端は、前記内側円筒体の翼端
   側の端に接合される風車翼。
7. 【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれかに記載され
   る風車翼と、 前記風車ロータと、 前記埋め込み金物に挿入されて前記風車翼と前記風車ロ
   ータとを同体に固定するボルトとを具備する風力発電装
   置。