JP7214859B2 - ジョイントされたロータブレードのためのコンプライアント構造体 - Google Patents

Description

本開示は、一般に、風力タービンに関し、より詳細には、風力タービン用のジョイントされたロータブレードのためのコンプライアント構造体に関する。

風力は、現在利用可能な最もクリーンで最も環境に優しいエネルギー源の１つと考えられ、風力タービンはこの点で注目を集めている。現代の風力タービンは、典型的には、タワー、発電機、ギヤボックス、ナセル、および１つもしくは複数のロータブレードを有する回転可能なハブを有するロータを含む。ロータブレードは、公知の翼形部原理を使用して風の運動エネルギーを取り込む。ロータブレードは、ロータブレードをギヤボックスに結合するシャフトを回転させるように、またはギヤボックスが使用されていない場合には、発電機に直接回転エネルギーの形態で運動エネルギーを伝達する。次いで、発電機は、機械的エネルギーを、電力網に供給することができる電気エネルギーに変換する。

ロータブレードは、一般に、ブレードの前縁および後縁に沿った結合線で互いに結合される成形プロセスを使用して通常形成される負圧側シェルおよび正圧側シェルを含む。さらに、負圧側シェルおよび正圧側シェルは比較的軽量であり、動作中にロータブレードに加えられる曲げモーメントおよび他の負荷に耐えるように構成されていない構造体特性（例えば、剛性、座屈耐性、および強度）を有する。したがって、ロータブレードの剛性、座屈耐性、および強度を高めるために、本体シェルは、典型的には、シェル半体の内側の正圧側表面および負圧側表面に係合する１つまたは複数の構造的構成要素（例えば、その間にせん断ウェブが構成された対向するスパーキャップ）を使用して補強される。スパーキャップおよび／またはせん断ウェブは、ガラス繊維積層複合材料および／または炭素繊維積層複合材料を含むがこれらに限定されない様々な材料で構築することができる。

風力タービンが大型化し続けると、ロータブレードも大型化する。したがって、より大きなロータブレードは、１つまたは複数のピンジョイントを介して現場で組み立てることができるセグメントに構成される場合がある。ブレードの長さを増加させると、重力が増加した長さに沿って引っ張り、より短いロータブレードよりも大きな曲げモーメントを生成するため、追加のブレード支持が必要になる。ピンジョイントは、ブレード先端部がこの負荷の一部に耐えるように撓むことを可能にするように構成される。

風力タービンロータブレードは、荷重下で撓むことが多い。このような撓みは、ブレードのせん断ウェブの内部せん断変形を引き起こす。したがって、特定のジョイントされたロータブレードは、ブレード曲げモーメントを一方のセグメントから他方のセグメントに伝達する１つまたは複数の翼幅方向および翼弦方向に延在するピンを介して互いにさらに固定された第２のブレードセグメントの受け入れセクション内に受け入れられたビーム構造体を有する第１のブレードセグメントを含む。そのようなジョイントの受け入れセクションはまた、ブレードせん断変形に追従する傾向を有する翼弦方向の隔壁を有し、隔壁とブレードシェルとの間に局所的な剥離応力を引き起こし、受け入れセクションとブレードシェルとの間のボンドペーストに応力をかける。さらに、翼弦方向に延在するピンが曲がると、第１のブレードセグメントのビーム構造体も受け入れセクションに対して曲がる。このような曲げは、ピンのブッシング孔に高いピーク応力を引き起こし、結合線の不均一な負荷を引き起こす。

したがって、本開示は、上述の問題に対処するために、ピン位置に１つまたは複数のコンプライアント構造体を有する改善された風力タービンジョイントロータブレードに関する。

米国特許出願公開第２０１８／２２３７９６号明細書

本発明の態様および利点は、その一部を以下の説明に記載しており、あるいはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施により学ぶことができる。

一態様では、本開示は、風力タービン用のロータブレードに関する。ロータブレードは、翼弦方向ジョイントから反対方向に延在する第１のブレードセグメントおよび第２のブレードセグメントを含む。第１および第２のブレードセグメントの各々は、翼形部表面を画定する少なくとも１つのシェル部材を有する。第１のブレードセグメントは、受け入れ端部を有するビーム構造体を含む。受け入れ端部は、そこから延在する少なくとも１つの翼幅方向に延在するピンを含む。第２のブレードセグメントは、第１のブレードセグメントのビーム構造体を受け入れる受け入れセクションを含む。さらに、受け入れセクションは、貫通して画定されたピンジョイントスロットを有する翼弦方向部材を含む。このように、ピンジョイントスロットは、第１のブレードセグメントと第２のブレードセグメントとを互いに固定するように、ビーム構造体の受け入れ端部で翼幅方向に延在するピンを受け入れる。さらに、翼弦方向部材、ピンジョイントスロット、または翼幅方向に延在するピンのうちの少なくとも１つは、その変形がロータブレードのせん断変形に追従することを可能にするコンプライアント材料で形成された少なくとも１つのコンプライアント構造体を含む。

より具体的には、一実施形態では、翼弦方向部材および／または翼幅方向に延在するピンの本体は、コンプライアント材料で構成されてもよい。別の実施形態では、ロータブレードは、軸受保持ハウジング内に受け入れられた軸受を有する軸受アセンブリをさらに含んでもよい。そのような実施形態では、軸受アセンブリは、ピンジョイントスロット内に受け入れられてもよい。したがって、コンプライアント構造体は、軸受および／または軸受保持ハウジングであってもよい。

さらなる実施形態では、軸受保持ハウジングは、少なくとも部分的に、第１のフランジを介して、翼弦方向部材のピンジョイントスロット内に軸方向に固定されてもよい。さらに、軸受保持ハウジングはまた、軸受保持ハウジング内の軸受の回転を制限するための第２のフランジを含んでもよい。そのような実施形態では、第２のフランジは、軸受保持ハウジングの第１のフランジとは反対側に配置されてもよい。いくつかの実施形態では、軸受保持ハウジングは、少なくとも部分的に、保持リングを介して、翼弦方向部材のピンジョイントスロット内にさらに軸方向に固定されてもよい。追加の実施形態では、軸受は球面軸受を含む。

特定の実施形態では、ロータブレードは、軸受および／または軸受保持ハウジングの少なくとも１つの周りに円周方向に配置された少なくとも１つのスリーブをさらに含んでもよい。そのような実施形態では、コンプライアント構造体はスリーブであってもよい。

代替的な実施形態では、ロータブレードは、翼弦方向部材のピンジョイントスロット内に受け入れられるブッシングを含んでもよい。そのような実施形態では、コンプライアント構造体はブッシングであってもよい。

さらなる実施形態では、コンプライアント材料は、例えば、エラストマー材料、樹脂材料、積層材料、グラフェン材料、セルロース材料、または任意の他の適切なコンプライアント材料を含んでもよい。

特定の実施形態では、翼弦方向部材は、翼弦方向ジョイントの曲げ荷重を支持するための１つまたは複数の溝をさらに含んでもよい。別の実施形態では、翼弦方向部材は、バタフライ断面を有してもよい。

別の態様では、本開示は、風力タービンのロータブレードの第１および第２のブレードセグメントを接合する方法に関する。本方法は、略翼幅方向に延在するビーム構造体を有する第１のブレードセグメントを提供するステップを含む。ビーム構造体は、そこから延在する少なくとも１つの翼幅方向に延在するピンを有する受け入れ端部を有する。本方法はまた、略翼幅方向に延在する受け入れセクションを有する第２のブレードセグメントを提供するステップを含む。受け入れセクションは、貫通して画定されたピンジョイントスロットを有する翼弦方向部材を含む。さらに、本方法は、第１のブレードセグメントおよび第２のブレードセグメントを翼弦方向ジョイントで互いに固定するために、ピンジョイントスロットがビーム構造体の翼幅方向に延在するピンを受け入れるように、第１のブレードセグメントのビーム構造体を第２のブレードセグメントの受け入れセクションに挿入するステップを含む。さらに、翼弦方向部材、ピンジョイントスロット、および／または翼幅方向に延在するピンのうちの少なくとも１つは、その変形がロータブレードのせん断変形に追従することを可能にするコンプライアント材料で形成された少なくとも１つのコンプライアント構造体を含む。本方法は、本明細書に記載の追加の特徴および／またはステップのいずれかをさらに含んでもよいことを理解されたい。

本発明のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、よりよく理解されよう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の特定の原理を説明するのに役立つ。

本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の態様を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図を参照している。

本開示による風力タービンの一実施形態の斜視図である。 本開示による第１のブレードセグメントおよび第２のブレードセグメントを有するロータブレードの一実施形態の平面図である。 本開示による第１のブレードセグメントの一実施形態の一部分の斜視図である。 本開示による翼弦方向ジョイントにおける第２のブレードセグメントの一部分の一実施形態の斜視図である。 本開示による、第２のブレードセグメントと接合された第１のブレードセグメントを有する風力タービンのロータブレードの一実施形態のアセンブリを示す図である。 本開示による風力タービンのロータブレードのアセンブリの複数の支持構造体の一実施形態の分解斜視図である。 本開示による翼弦方向ジョイント３４の一実施形態の断面図である。 本開示による翼弦方向部材の一実施形態の斜視断面図である。 本開示による翼弦方向部材の一実施形態の部分断面図であり、特にコンプライアント材料で構成された軸受および軸受保持ハウジングを示す。 本開示による翼弦方向部材の別の実施形態の部分断面図であり、特に、翼弦方向ジョイントに配置されたコンプライアント材料で構成された複数のスリーブを示す。 本開示による翼弦方向部材のさらに別の実施形態の部分断面図であり、特に、翼弦方向部材のピンジョイントスロットで受け入れられるコンプライアント材料で構成されたブッシングを示す。 本開示による翼弦方向部材の一実施形態の斜視図である。 本開示による翼弦方向部材の一実施形態の断面図であり、特に翼弦方向部材に形成された溝を示す。 本開示による風力タービンのロータブレードの第１および第２のブレードセグメントを接合する方法の一実施形態のフローチャートを示す図である。

ここで、本発明の実施形態を詳細に参照するが、その１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明の説明のために提示され、本発明を限定するためではない。実際には、本発明の範囲または趣旨から逸脱することなく、本発明において様々な修正および変更が行われ得ることは、当業者には明らかであろう。例えば、ある実施形態の一部として図示または記載された特徴は、またさらなる実施形態をもたらすために、別の実施形態において使用することができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲に含まれるそのような修正および変更を包含することが意図されている。

ここで図面を参照すると、図１は、本発明による風力タービン１０の一実施形態の斜視図を示す。図示する実施形態では、風力タービン１０は水平軸風力タービンである。代替的に、風力タービン１０は垂直軸風力タービンであってもよい。さらに、図示するように、風力タービン１０は、支持面１４から延在するタワー１２、タワー１２に取り付けられたナセル１６、ナセル１６内に配置された発電機１８、発電機１８に結合されたギヤボックス２０、およびロータシャフト２４によりギヤボックス２０に回転可能に結合されたロータ２２を含んでもよい。さらに、図示するように、ロータ２２は、回転可能なハブ２６と、回転可能なハブ２６に結合され、そこから外側に延在する少なくとも１つのロータブレード２８と、を含む。図示するように、ロータブレード２８は、ブレード先端部１７およびブレード根元部１９を含む。

ここで図２を参照すると、図１のロータブレード２８のうちの１つの平面図が示されている。図示するように、ロータブレード２８は、第１のブレードセグメント３０および第２のブレードセグメント３２を含んでもよい。さらに、図示するように、第１のブレードセグメント３０および第２のブレードセグメント３２は、翼弦方向ジョイント３４から反対方向に各々延在してもよい。さらに、図示するように、ブレードセグメント３０、３２の各々は、正圧側シェル部材、負圧側シェル部材、前縁シェル部材、後縁シェル部材などの少なくとも１つのシェル部材を含んでもよい。第１のブレードセグメント３０と第２のブレードセグメント３２とは、ブレードセグメント３０、３２の接合を容易にするために両方のブレードセグメント３０、３２内に延在する少なくとも内部支持構造体３６によって接続される。矢印３８は、図示する例のセグメント化されたロータブレード２８が２つのブレードセグメント３０、３２を含み、内部支持構造体３６を第２のブレードセグメント３２に挿入することによってこれらのブレードセグメント３０、３２が接合されることを示している。さらに、図示するように、第２のブレードセグメントは、第１のブレードセグメント３０（図３および図５により詳細に示されている）のビーム構造体４０と接続するために長手方向に延在する複数のスパー構造体６６（本明細書ではスパーキャップとも呼ばれる）を含む。

ここで図３を参照すると、本開示による第１のブレードセグメント３０の一部分の斜視図が示されている。図示するように、第１のブレードセグメント３０は、内部支持構造体３６の一部を形成し、第２のブレードセグメント３２と構造的に接続するために長手に延在するビーム構造体４０を含む。さらに、図示するように、ビーム構造体４０は、負圧側スパーキャップ４４および正圧側スパーキャップ４６と接続されたせん断ウェブ４２の少なくとも一部を形成する。さらに、図示するように、第１のブレードセグメント３０は、ビーム構造体４０の受け入れ端部５４に１つまたは複数の第１のピンジョイントを含んでもよい。一実施形態では、ピンジョイントは、ブッシングと緊密に締まり嵌めされたピンを含んでもよい。より具体的には、図示するように、ピンジョイントは、ビーム構造体４０の受け入れ端部５４に位置する一方のピンチューブ５２を含んでもよい。したがって、図示するように、ピンチューブ５２は、翼幅方向に、すなわちロータブレード２８のブレード根元部からブレード先端部まで延びる軸線に沿って画定されるロータブレード２８の翼幅または長さに沿って配向されてもよい。さらに、第１のブレードセグメント３０はまた、ビーム構造体４０上に位置するピンジョイントスロット５０を含んでもよい。さらに、図示するように、ピンジョイントスロット５０は、翼弦方向に、すなわちロータブレード２８の前縁から後縁まで延びる軸線に沿って画定されるロータブレード２８の翼弦に沿って配向されてもよい。

ここで図４を参照すると、本開示による第２のブレードセグメント３２の一部分の斜視図が示されている。図示するように、第２のブレードセグメント３２は、第１のブレードセグメント３０のビーム構造体４０を受け入れるために、第２のブレードセグメント３２内で長手方向に延在する受け入れセクション６０を有する。さらに、図示するように、受け入れセクション６０は、第１のブレードセグメント３０のビーム構造体４０と接続するために長手方向に延在するスパー構造体６６を含んでもよい。さらに、図示するように、受け入れセクション６０は、貫通して画定された翼幅方向ピンジョイントスロット５６を有する翼弦方向部材４８を含んでもよい。さらに、図示するように、受け入れセクション６０は、ビーム構造体４０のピンジョイントスロット５０と整列し、貫通して画定された翼弦方向ピンジョイントスロット５８を含んでもよい。

ここで図５を参照すると、本開示による第２のブレードセグメント３２と接合された第１のブレードセグメント３０を有するロータブレード２８のアセンブリ７０が示されている。図示するように、アセンブリ７０は、第２のブレードセグメント３２と接合された第１のブレードセグメント３０を有するロータブレード２８の外側シェル部材の下の複数の支持構造体を示している。より具体的には、図示するように、ビーム構造体４０の受け入れ端部５４の翼幅方向に延在するピン５２は、第１のブレードセグメント３０および第２のブレードセグメント３２を互いに固定するように、受け入れセクション６０の翼幅方向ピンジョイントスロット５６内に受け入れられる。

ここで図６を参照すると、ロータブレード２８の受け入れセクション６０に向かうアセンブリ７０の複数の支持構造体の分解斜視図が示されている。図示するように、スパー構造体６６は、ビーム構造体４０を受け入れるように構成され、それを貫通して翼弦方向に延在するピン６２が挿入され得るビーム構造体４０のピンジョイントスロット５０と整列する翼弦方向ピンジョイントスロット５８を含んでもよい。さらに、図示するように、翼弦方向に延在するピン６２は、スパー構造体６６およびビーム構造体４０が組み立て中に互いにジョイントされるように、整列ピンジョイントスロット５０、５８内に緊密な締まり嵌めのままであるように構成されてもよい。さらに、図６はまた、ビーム構造体４０のピンチューブ５２を受け入れるように構成されたピンジョイントスロット５６を含む翼弦方向部材４８を示している。したがって、ピンチューブ５２は、締まり嵌めジョイントを形成するように構成される。

ここで図７を参照すると、本開示による翼弦方向ジョイント３４の詳細な断面図が示されている。図示するように、第１のブレードセグメントのビーム構造体４０から延在する翼幅方向に延在するピン５２は、翼弦方向部材４８を貫通して第２のブレードセグメント３２の受け入れセクション６０内に受け入れられる。さらに、図７および図８に示すように、翼弦方向部材４８は、翼幅方向ピンジョイントスロット５６を含んでもよい。より具体的には、図示するように、翼弦方向部材４８は、ピンジョイントスロット５６内に受け入れられる軸受アセンブリ６４を含んでもよい。さらに、図示するように、軸受アセンブリ６４は、軸受保持ハウジング７２内に受け入れられる軸受６８を含む。したがって、翼幅方向に延在するピン５２は、軸受アセンブリ６４の軸受６８内に受け入れられてもよい。追加の実施形態では、軸受６８は球面軸受を含んでもよい。

図９～図１３を参照すると、ロータブレード２８の翼弦方向ジョイント３４の構成要素の様々な実施形態の複数の図が示されている。より具体的には、本明細書でより詳細に説明するように、翼弦方向部材４８、ピンジョイントスロット５０、５６、および／または翼幅方向に延在するピン５２は、その変形がロータブレード２８のせん断変形に追従することを可能にするコンプライアント構造体／材料を含んでもよく、またはそれから構成されてもよい。本明細書で使用される場合、コンプライアント構造体は、一般に、弾性体の変形によってある位置での入力力および変位を別の位置での出力力および変位に伝達する可撓性機構または材料を指す。本明細書で使用される例示的なコンプライアント材料は、例えば、エラストマー材料、樹脂材料、積層材料、グラフェン材料、セルロース材料、または任意の他の適切なコンプライアント材料を含んでもよい。

具体的に図９および図１０を参照すると、本開示による翼弦方向部材４８の一実施形態の断面図が示されており、コンプライアント構造体／材料の可能な位置を示している。例えば、図９に示すように、翼弦方向部材４８、軸受保持ハウジング７２、および／または軸受６８は、コンプライアント材料７４で構成されてもよい。特定の実施形態では、翼弦方向部材４８、軸受保持ハウジング７２、および／または軸受６８の一部は、コンプライアント材料７４を含むが、翼弦方向部材４８全体、軸受保持ハウジング７２全体、および／または軸受６８全体が、コンプライアント材料で形成されてもよいことを理解されたい。さらに、翼幅方向に延在するピン５２はまた、コンプライアント材料７４で構成されてもよいことを理解されたい。

特に図１０を参照すると、コンプライアント構造体は、コンプライアント材料７４から構成された１つまたは複数のスリーブ８２、８４を含んでもよい。より具体的には、図示するように、翼弦方向ジョイント３４は、軸受６８の周りに円周方向に配置されたスリーブ８２を含んでもよい。さらに、図示するように、翼弦方向ジョイント３４は、軸受保持ハウジング７２の周りに円周方向に配置されたスリーブ８４を含んでもよい。したがって、スリーブ８２、８４は、荷重／応力の伝達および撓みを翼弦方向部材４８により均一に支持するように構成される。さらに、スリーブ８２、８４は、同じ翼弦方向部材４８のピンジョイントスロット５６および軸受保持ハウジング７２でより小さい軸受を使用できるように構成される。

図９および図１０を参照すると、軸受保持ハウジング７２は、少なくとも部分的に、第１のフランジ７６を介して、翼弦方向部材４８のピンジョイントスロット５６内に軸方向に固定されてもよい。例えば、図示するように、第１のフランジ７６は、ピンジョイントスロット５６の円周の周りに延在する半径方向フランジである。さらに、図示するように、軸受保持ハウジング７２はまた、例えば軸受保持ハウジング７２内の軸受６８の回転を例えば約４～５度に制限するための第２のフランジ７８を含んでもよい。そのような実施形態では、図示するように、第２のフランジ７８は、軸受保持ハウジング７２の第１のフランジ７６とは反対側に配置されてもよい。さらなる実施形態では、図示するように、軸受保持ハウジング７２は、少なくとも部分的に、軸受保持ハウジング７２の半径方向凹部８０に配置された保持リング８６を介して、翼弦方向部材４８のピンジョイントスロット５６内にさらに軸方向に固定されてもよい。

ここで図１１を参照すると、代替的な実施形態では、翼弦方向部材４８は、そのピンジョイントスロット５６内に受け入れられるブッシング８８を含んでもよい。そのような実施形態では、図示するように、ブッシング８８は、翼弦方向ジョイント３４で荷重／応力を伝達するようにコンプライアント材料７４で構成されてもよい。

ここで図１２および図１３を参照すると、ジョイント４の様々な荷重／応力をさらに支持するために、翼弦方向部材４８に追加の機構が設けられてもよい。例えば、図１２に示すように、翼弦方向部材４８は、形状がブレードのせん断変形に追従することを可能にするために、その可撓性を改善するために略バタフライ断面を有してもよい。さらに、図１３に示すように、翼弦方向部材４８は、翼弦方向ジョイント３４の曲げ荷重を支持するための１つまたは複数の溝９０をさらに含んでもよい。

ここで図１４を参照すると、本開示による風力タービンのロータブレードの第１および第２のブレードセグメントを接合する方法のフローチャート１００が示されている。一般に、方法１００は、図１～図１３に示す風力タービン１０およびロータブレード２８を参照して本明細書で説明される。しかしながら、開示された方法１００は、任意の他の適切な構成を有するロータブレードで実施することができることを理解されたい。さらに、図１４は、例示および説明の目的のために特定の順序で実行されるステップを示しているが、本明細書で説明される方法は、任意の特定の順序または配置に限定されない。当業者は、本明細書で提供される開示を使用して、本明細書に開示する方法の様々なステップを、本開示の範囲から逸脱することなく、様々な方法で省略、再構成、組み合わせ、および／または適合させることができることを理解するであろう。

ステップ（１０２）に示すように、方法１００は、略翼幅方向に延在するビーム構造体４０を有する第１のブレードセグメント３０を提供するステップを含んでもよい。上述したように、ビーム構造体４０は、そこから延在する少なくとも１つの翼幅方向に延在するピン５２を有する受け入れ端部５４を有する。したがって、ステップ（１０４）に示すように、方法１００は、略翼幅方向に延在する受け入れセクション６０を有する第２のブレードセグメント３２を提供するステップを含んでもよい。上述したように、受け入れセクション６０は、貫通して画定されたピンジョイントスロット５６を有する翼弦方向部材４８を含む。したがって、ステップ（１０６）に示すように、方法１００は、第１のブレードセグメント３０および第２のブレードセグメント３２を翼弦方向ジョイント３４で互いに固定するために、ピンジョイントスロット５６がビーム構造体４０の翼幅方向に延在するピン５２を受け入れるように、第１のブレードセグメント３０のビーム構造体４０を第２のブレードセグメント３２の受け入れセクション６０に挿入するステップを含んでもよい。さらに、翼弦方向部材４８、ピンジョイントスロット５６、および／または翼幅方向に延在するピン５２は、ロータブレード２８のせん断変形に追従する変形を可能にするコンプライアント材料で形成された少なくとも１つのコンプライアント構造体を含む。

当業者には、異なる実施形態の様々な特徴を相互に交換できることは明らかであろう。同様に、記載された様々な方法ステップおよび特徴、ならびにそのような各方法および特徴の他の公知の均等物は、本開示の原理に従って追加のシステムおよび技術を構築するために、当業者によって混合および適合させることができる。当然のことながら、上述のそのような目的または利点のすべてが、任意の特定の実施形態に従って必ずしも達成され得るとは限らないことを理解されたい。よって、例えば、当業者は、本明細書で説明するシステムおよび技術が、本明細書に教示されるような１つの利点または一群の利点を達成または最適化する方法で、本明細書に教示または示唆され得る他の目的または利点を必ずしも達成せずに、実施または実行され得ることを認識するであろう。

本発明の特定の特徴だけを本明細書において例示および説明してきたが、多くの修正および変更が当業者に想到されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲が、そのようなすべての修正および変更を本発明の真の趣旨の範囲に包含されるものとして含むように意図されていることを理解すべきである。

本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示すると共に、あらゆる装置またはシステムの製作および使用ならびにあらゆる関連の方法の実行を含む本発明の実施を当業者にとって可能にするために、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者であれば想到できる他の実施例を含んでもよい。このような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を含む場合、または特許請求の範囲の文言と実質的な差異を有さない均等な構造要素を含む場合、特許請求の範囲内であることを意図している。

４ ジョイント
１０ 風力タービン
１２ タワー
１４ 支持面
１６ ナセル
１７ ブレード先端部
１８ 発電機
１９ ブレード根元部
２０ ギヤボックス
２２ ロータ
２４ ロータシャフト
２６ 回転可能なハブ
２８ ロータブレード
３０ 第１のブレードセグメント
３２ 第２のブレードセグメント
３４ 翼弦方向ジョイント
３６ 内部支持構造体
３８ 矢印
４０ ビーム構造体
４２ せん断ウェブ
４４ 負圧側スパーキャップ
４６ 正圧側スパーキャップ
４８ 翼弦方向部材
５０ ピンジョイントスロット
５２ 翼幅方向に延在するピン、ピンチューブ
５４ 受け入れ端部
５６ 翼幅方向ピンジョイントスロット
５８ 翼弦方向ピンジョイントスロット
６０ 受け入れセクション
６２ 翼弦方向に延在するピン
６４ 軸受アセンブリ
６６ スパー構造体
６８ 軸受
７０ アセンブリ
７２ 軸受保持ハウジング
７４ コンプライアント材料
７６ 第１のフランジ
７８ 第２のフランジ
８０ 半径方向凹部
８２ スリーブ
８４ スリーブ
８６ 保持リング
８８ ブッシング
９０ 溝
１００ 方法

Claims (15)

1. 風力タービン（１０）用のロータブレード（２８）であって、
   翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延在する第１のブレードセグメント（３０）および第２のブレードセグメント（３２）であって、前記第１のブレードセグメント（３０）および前記第２のブレードセグメント（３２）の各々は、翼形部表面を画定する少なくとも１つのシェル部材を含み、前記第１のブレードセグメント（３０）は、受け入れ端部（５４）を有するビーム構造体（４０）を含み、前記受け入れ端部（５４）は、前記受け入れ端部（５４）から延在する少なくとも１つの翼幅方向に延在するピン（５２）であって、前記ピンを前記翼幅方向に対して垂直に切ったときの断面が前記ビーム構造体を前記翼幅方向に対して垂直に切ったときの断面よりも小さい断面積を有する、少なくとも１つの翼幅方向に延在するピンを含み、前記第２のブレードセグメント（３２）は、前記第１のブレードセグメント（３０）の前記ビーム構造体（４０）を受け入れる受け入れセクション（６０）を含み、前記受け入れセクション（６０）は、貫通して画定されたピンジョイントスロット（５６）を有する翼弦方向部材（４８）を含み、前記ピンジョイントスロット（５６）は、前記第１および第２のブレードセグメント（３０、３２）を互いに固定するように、前記ビーム構造体の受け入れ端部が前記翼弦方向部材に突き当たった状態で、前記ビーム構造体（４０）の前記受け入れ端部（５４）で前記翼幅方向に延在するピン（５２）を受け入れる、第１のブレードセグメント（３０）および第２のブレードセグメント（３２）と、
   軸受保持ハウジング（７２）内に受け入れられた軸受（６８）を含む軸受アセンブリ（６４）であって、前記軸受アセンブリ（６４）は、前記ピンジョイントスロット内に受け入れられ、前記軸受および前記軸受保持ハウジングのうちの少なくとも１つは、前記翼幅方向に延在するピンの周囲を囲むとともに前記ロータブレードのせん断変形に追従するように変形するコンプライアント材料で形成されている、軸受アセンブリと
   を含む、ロータブレード（２８）。
2. 前記翼弦方向部材（４８）および前記翼幅方向に延在するピン（５２）のうちの少なくとも一方の本体は、コンプライアント材料（７４）で構成される、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
3. 前記コンプライアント材料（７４）で形成された少なくとも１つのコンプライアント構造体が、前記軸受（６８）および前記軸受保持ハウジング（７２）のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載のロータブレード（２８）。
4. 前記軸受保持ハウジング（７２）は、少なくとも部分的に、第１のフランジ（７６）を介して、前記翼弦方向部材（４８）の前記ピンジョイントスロット（５６）内に軸方向に固定される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロータブレード（２８）。
5. 前記軸受保持ハウジング（７２）は、前記軸受保持ハウジング（７２）内の前記軸受（６８）の回転を制限するための第２のフランジ（７８）をさらに含み、前記第２のフランジ（７８）は、前記軸受保持ハウジング（７２）の前記第１のフランジ（７６）とは反対側にある、請求項４に記載のロータブレード（２８）。
6. 前記軸受保持ハウジング（７２）は、少なくとも部分的に、保持リング（８６）を介して、前記翼弦方向部材（４８）の前記ピンジョイントスロット（５６）内にさらに軸方向に固定される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のロータブレード（２８）。
7. 前記軸受（６８）は球面軸受を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロータブレード（２８）。
8. 前記軸受（６８）および／または前記軸受保持ハウジング（７２）のうちの少なくとも１つの周りに円周方向に配置された少なくとも１つのスリーブ（８２、８４）をさらに含み、前記少なくとも１つのコンプライアント構造体は、前記少なくとも１つのスリーブ（８２、８４）を含む、請求項３乃至７のいずれか一項に記載のロータブレード（２８）。
9. 前記翼弦方向部材（４８）の前記ピンジョイントスロット（５６）内に受け入れられるブッシング（８８）をさらに含み、前記少なくとも１つのコンプライアント構造体は前記ブッシング（８８）を含む、請求項３乃至８のいずれか一項に記載のロータブレード（２８）。
10. 前記コンプライアント材料（７４）は、エラストマー材料、樹脂材料、積層材料、グラフェン材料、またはセルロース材料のうちの少なくとも１つを含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のロータブレード（２８）。
11. 前記翼弦方向部材（４８）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）の曲げ荷重を支持するための１つまたは複数の溝（９０）をさらに含む、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のロータブレード（２８）。
12. 前記翼弦方向部材（４８）は、バタフライ断面を含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のロータブレード（２８）。
13. 風力タービン（１０）のロータブレード（２８）の第１および第２のブレードセグメント（３０、３２）を接合する方法（１００）であって、
    略翼幅方向に延在するビーム構造体（４０）を有する前記第１のブレードセグメント（３０）を提供するステップ（１０２）であって、前記ビーム構造体（４０）は、そこから延在する少なくとも１つの翼幅方向に延在するピン（５２）を有する受け入れ端部（５４）を有する、ステップ（１０２）と、
    略翼幅方向に延在する受け入れセクション（６０）を有する前記第２のブレードセグメント（３２）を提供するステップ（１０４）であって、前記受け入れセクション（６０）は、貫通して画定されたピンジョイントスロット（５６）を有する翼弦方向部材（４８）を含む、ステップ（１０４）と、
    軸受アセンブリ（６４）を形成するために軸受保持ハウジング（７２）内に軸受（６８）を固定するステップと、
    前記軸受アセンブリ（６４）を前記ピンジョイントスロット内に固定するステップと、
    前記第１のブレードセグメント（３０）および前記第２のブレードセグメント（３２）を翼弦方向ジョイント（３４）で互いに固定するために、前記ピンジョイントスロット（５６）が、前記ビーム構造体の受け入れ端部が前記翼弦方向部材に突き当たった状態で、前記ビーム構造体（４０）の前記翼幅方向に延在するピン（５２）を受け入れるように、前記第１のブレードセグメント（３０）の前記ビーム構造体（４０）を前記第２のブレードセグメント（３２）の前記受け入れセクション（６０）に挿入するステップ（１０６）と、
    を含み、
    前記軸受および前記軸受保持ハウジングのうちの少なくとも１つは、前記翼幅方向に延在するピンの周囲を囲むとともに前記ロータブレードのせん断変形に追従するように変形するコンプライアント材料で形成されている、方法（１００）。
14. 前記翼弦方向部材（４８）または前記翼幅方向に延在するピン（５２）の少なくとも一方は、前記コンプライアント材料（７４）で構成される、請求項１３に記載の方法（１００）。
15. 前記コンプライアント材料で形成された少なくとも１つのコンプライアント構造体が、前記軸受（６８）および前記軸受保持ハウジング（７２）のうちの少なくとも一方を含む、請求項１３に記載の方法（１００）。

Images