JP7234371B2 - 遷移形状を有するセグメント化されたロータブレード用のビーム構造 - 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、製造性を改善するためにロータブレードの翼長に沿って遷移断面形状を有するセグメント化されたロータブレード用のビーム構造に関する。

風力発電は、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、ギアボックス、ナセル、および１つまた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アボックスに結合するシャフトを回転させるように、またはギア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連結線で互いに連結される成形プロセスを使用して典型的には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、正圧側シェルおよび負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荷重に耐えるように構成されていない構造特性（例えば、剛性、座屈抵抗、および強度）を有する。したがって、ロータブレードの剛性、座屈抵抗、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面および負圧側面に係合する１つまたは複数の構造構成要素（例えば、それらの間に剪断ウェブが構成された対向するスパーキャップ）を使用して強化される。そのような構造構成要素は、典型的には、構造構成要素と各シェル半体との間に強い連結を形成するために、シェル半体の内側の正圧側面および負圧側面の形状に合わせて外形付けされる。スパーキャップおよび／または剪断ウェブは、限定はしないが、ガラス繊維積層複合材および／または炭素繊維積層複合材を含む様々な材料で構築することができる。

様々なロータブレードを２つ以上のセグメントに分割し、組み立てて完成したロータブレードを形成することができる。セグメント化されたロータブレードの各セグメントは、一般に、負圧側シェルおよび正圧側シェルと、１つまたは複数の構造構成要素とを含む。そのようなセグメントおよびそれらのそれぞれの構成要素は、典型的には、セグメント間の接合部で組み立てられる。正圧側シェル半体および負圧側シェル半体の形状に合わせて構造構成要素の形状を外形付けることは、構造構成要素とシェルとの間に望ましい連結を作り出すことができるが、そのような形状は、ブレードセグメントを互いに接合することを意図した構造構成要素の端部にとって望ましくない場合がある。より具体的には、構造構成要素の湾曲プロファイルは、構造構成要素の端部を形成する複合材料の層間剥離をもたらし得る。

したがって、本開示は、製造性を改善するためにロータブレードの翼長に沿って遷移断面形状を有する風力タービンのセグメント化されたロータブレード用のビーム構造を対象とする。

米国特許出願公開第２０１８／２７４５２１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践により学ぶことができる。

一態様では、本開示は、風力タービンのロータブレード用のスパーアセンブリを対象とする。スパーアセンブリは、閉じた第１の端部と第２の端部との間に延びるビーム構造を含む。ビーム構造は、ロータブレードのシェル内に結合するように構成される。ビーム構造は、第２の端部から翼長方向に延び、ロータブレードの正圧側または負圧側の内面の少なくとも１つに向けて配向された１つまたは複数の外形面を含む接触部分を含む。さらに、外形面は、ロータブレードの正圧側または負圧側の一方の外形に沿うように構成される。ビーム構造は、第１の端部から接触部分に向かって翼長方向に延びる接合部分をさらに含む。接合部分は、外形面と同じ方向に配向された１つまたは複数の直線面を含む。ビーム構造は、接触部分と接合部分との間に、外形面を直線面に移行させる移行領域を含む。

一実施形態では、接触部分は、ビーム構造の長さの５０％以下に沿って延びてもよい。そのような一実施形態では、移行領域は、ビーム構造の長さの約３０％から約４０％まで延びてもよい。

別の実施形態では、外形面は、第１の曲率半径を含んでもよく、移行領域は、第１の曲率半径よりも大きい第２の曲率半径を含んでもよい。追加の実施形態では、移行領域は、接触部分と接合部分との間に配置された複数の曲率半径を含むことができる。さらに、複数の曲率半径の各曲率半径は、接触部分と接合部分との間で増加してもよい。

一実施形態では、外形面は、ビーム構造と一体的に形成されてもよく、またはビーム構造に別々に取り付けられてもよい。別の実施形態では、ビーム構造の接触部分は、複数の外形面をさらに含むことができる。複数の外形面は、ロータブレードの負圧側の内面に向けて配向された第１の外形面と、ロータブレードの正圧側の内面に向けて配向された第２の外形面とを含むことができる。そのような一実施形態では、ビーム構造の接合部分は、複数の直線面をさらに含んでもよい。加えて、複数の直線面は、ロータブレードの負圧側の内面に向けて配向された第１の直線面と、ロータブレードの正圧側の内面に向けて配向された第２の直線面とを含むことができる。そのような一実施形態では、移行領域は、第１および第２の外形面を第１および第２の直線面に移行させてもよい。

別のそのような実施形態では、第１および第２の外形面は、それぞれ負圧側スパーキャップおよび正圧側スパーキャップの一部を形成することができる。さらに、ビーム構造は、負圧側スパーキャップと正圧側スパーキャップとの間に延びる１つまたは複数の剪断ウェブをさらに含むことができる。追加の実施形態では、ビーム構造は、１つまたは複数の内部ブロック、内部プライ、外部プライ、またはそれらの組み合わせをさらに含み得る。したがって、内部ブロック、内部プライ、または外部プライの少なくとも１つは、ビーム構造と共に予め形成または予め作製されてレイアップされてもよい。

さらに別の態様では、本開示は、風力タービン用のロータブレードを対象とする。ロータブレードは、翼弦方向接合部から反対方向に延びる第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、正圧側シェル部材、負圧側シェル部材、およびスパーアセンブリを含む。第１のブレードセグメントのスパーアセンブリは、翼弦方向接合部における閉じた第１の端部と第２の端部との間に延びるビーム構造を含む。加えて、ビーム構造は、ロータブレードのシェル内に結合するように構成される。ビーム構造は、第２の端部から翼長方向に延びる接触部分を含む。接触部分は、正圧側シェル部材または負圧側シェル部材の内面の少なくとも１つに向けて配向された１つまたは複数の外形面を含む。さらに、外形面は、正圧側シェル部材または負圧側シェル部材の一方の外形に沿うように構成される。ビーム構造は、第１の端部から接触部分に向かって翼長方向に延びる接合部分をさらに含む。接合部分は、外形面と同じ方向に配向された１つまたは複数の直線面を含む。ビーム構造は、接触部分と接合部分との間に、外形面を直線面に移行させる移行領域をさらに含む。ロータブレードは、本明細書に記載されるような追加の特徴のいずれかをさらに含み得ることを理解されたい。

さらに別の態様では、本開示は、ロータブレード用のスパーアセンブリのビーム構造を形成する方法を対象とする。そのようなロータブレードは、正圧側シェル部材および負圧側シェル部材を含む。方法は、第２の端部から翼長方向に延びるビーム構造の接触部分を形成することを含む。接触部分は、正圧側シェル部材または負圧側シェル部材の内面の少なくとも１つに向けて配向された１つまたは複数の外形面を含むように形成される。さらに、外形面は、正圧側シェル部材または負圧側シェル部材の一方の外形に沿うように構成される。方法は、ビーム構造の閉じた第１の端部から接触部分に向かって翼長方向に延びるビーム構造の接合部分を形成することをさらに含む。加えて、接合部分は、外形面と同じ方向に配向された１つまたは複数の直線面を含むように形成される。方法は、接触部分と接合部分との間に、外形面を直線面に移行させる移行領域を形成することをさらに含む。方法の１つのステップは、接合部分の第１の端部の周りに接合部分の直線面から複合プライの１つまたは複数を巻き付け、ビーム構造の閉じた端部を形成することを含む。方法は、ビーム構造を処理することをさらに含む。ロータブレードは、本明細書に記載されるような追加の特徴のいずれかをさらに含み得ることを理解されたい。

方法の一実施形態では、接触部分および／または移行領域を形成することは、ハードツール内に接触部分および／または移行領域をレイアップすることを含むことができる。そのような実施形態では、ハードツールは、外形面、移行領域、またはその両方を画定してもよい。別の実施形態では、接触部分および／または移行領域を形成することは、内部ツーリングマンドレルの周りに接触部分および／または移行領域をレイアップすることを含むことができる。そのような実施形態では、ツーリングマンドレルは、外形面、移行領域、またはその両方を画定するように構成されてもよい。

本発明のこれらおよび他の特徴、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することによってよりよく理解されるであろう。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、翼弦方向接合部における第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、特に接触部分、接合部分、および移行領域を示す第１のブレードセグメントのビーム構造の一実施形態の斜視図である。 本開示による、特に接触部分および接合部分の外形面および直線面をそれぞれ示すビーム構造の一実施形態の第１の端部の側面図である。 本開示による、特に翼長に沿ったビーム構造の閉じた第１の端部の断面を示すビーム構造の第１の端部の一実施形態を示す図である。 本開示による、ロータブレード用のスパーアセンブリのビーム構造を形成する方法の一実施形態のフローチャートである。

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、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。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形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形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している。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。加えて、図示のように、風力タービン１０は、支持面１４から延びるタワー１２、タワー１２に装着されたナセル１６、ナセル１６内に位置決めされた発電機１８、発電機１８に結合されたギアボックス２０、およびロータシャフト２４によりギアボックス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、図示のように、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、そこから外側に延びる少なくとも１つのロータブレード２８とを含む。図示のように、ロータブレード２８は、ブレード先端１７と、ブレード根元１９とを含む。

ここで図２を参照すると、図１のロータブレード２８の一方の平面図が示されている。図示のように、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を含むことができる。さらに、図示のように、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は各々、翼弦方向接合部３４から反対方向に延びることができる。加えて、図示のように、ブレードセグメント３０、３２の各々は、正圧側シェル部材３１、負圧側シェル部材３３、および内部スパーアセンブリ３６を含み得る。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内に延びる第１のブレードセグメント３０の内部スパーアセンブリ３６の少なくとも内部ビーム構造４０によって接続され得る。矢印３８は、図示の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、これらのブレードセグメント３０、３２が内部ビーム構造４０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接合されることを示している。例えば、第１のブレードセグメント３０のビーム構造４０は、第２のブレードセグメント３２のスパーアセンブリ３６に挿入されてもよい。加えて、図示のように、第２のブレードセグメント３２のスパーアセンブリ３６は、ロータブレード２８のブレード根元セクション３５および第１のブレードセグメント３０のビーム構造４０と接続するために縦方向に延びることができる（図５により詳細に示す）。

先端ブレードセグメントの一部として図示されているが、内部ビーム構造４０は、根元ブレードセグメントの一部として含まれてもよく、ブレードセグメント３０、３２の接合を容易にするために先端ブレードセグメントの内部スパーアセンブリ３６に接続されてもよいことを理解されたい。またさらなる実施形態では、ロータブレード２８は、３つ以上のブレードセグメントを含むことができる。そのような実施形態では、中間ブレードセグメントの内部スパーアセンブリ３６は、ビーム構造４０を含むことができる。例えば、ビーム構造４０は、中間ブレードセグメントをセグメント化されたロータブレード２８の根元セグメントおよび／または先端セグメントに接合することを容易にするために、中間セグメントの端部の一方または両方から延びてもよい。

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。図示のように、第１のブレードセグメント３０は、第１のブレードセグメント３０のスパーアセンブリ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縦方向に延びるビーム構造４０を含むことができる。さらに、図示のように、ビーム構造４０は、内部セクション４２（例えば、図６および図７に関して以下でより詳細に説明される接触部分８２および移行領域９４）から突出する延長部（例えば、図６～図８に関して以下でより詳細に説明する接合部分８４）を有する第１のブレードセグメント３０の一部を形成することができ、それによって延長スパーセクションを形成する。特定の実施形態では、ビーム構造４０は、負圧側スパーキャップ４８および正圧側スパーキャップ４６と接続された１つまたは複数の剪断ウェブ４４を含むことができる。

さらに、図示のように、第１のブレードセグメント３０は、ビーム構造４０の第１の端部５４に向かって１つまたは複数の第１のボルト接合部を含み得る。一実施形態では、ボルト接合部は、ブッシュと緊密に締まり嵌めされたピンを含むことができる。より具体的には、図示のように、ボルト接合部は、ビーム構造４０に位置する１つのボルト管５２を含むことができる。したがって、図示のように、ボルト管５２は、翼長方向に配向され得る。さらに、第１のブレードセグメント３０はまた、翼弦方向接合部３４に近接してビーム構造４０に位置するボルト接合スロット５０を含み得る。さらに、図示のように、ボルト接合スロット５０は、翼弦方向に配向されてもよい。一例では、ボルト管またはピンと緊密に締まり嵌めして配置されたボルト接合スロット５０内には、ブッシングが存在し得る。さらに、第１のブレードセグメント３０は、翼弦方向接合部３４に位置する複数の第２のボルト接合管５６、５８を含んでもよい。したがって、図示のように、第２のボルト接合管５６、５８は、前縁ボルト接合管５６と、後縁ボルト接合管５８とを含むことができる。さらに、第２のボルト接合管５６、５８の各々は、翼長方向に配向されてもよい。加えて、図示のように、第２のボルト接合管５６、５８の各々は、翼弦方向接合部３４で圧縮荷重を分散するように構成された複数のフランジ５５、５７をそれぞれ含むことができる。

ビーム構造４０の第１の端部５４に位置するボルト管５２は、翼長方向に、複数の第２のボルト接合管５６、５８が翼弦方向接合部３４に位置する状態で最適距離Ｄだけ分離されてもよいことに留意されたい。この最適距離Ｄは、翼弦方向接合部３４が、翼弦方向接合部３４に作用する剪断荷重に起因する実質的な曲げモーメントに耐えることができるような距離であり得る。別の実施形態では、第１および第２のブレードセグメント３０、３２を接続するボルト接合部の各々は、締まり嵌めの鋼製ブッシュ接合部（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ－ｆｉｔ ｓｔｅｅｌ ｂｕｓｈｅｄ ｊｏｉｎｔ）を含んでもよい。

ここで図４を参照すると、本開示による翼弦方向接合部３４における第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。図示のように、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４０を受容するために、第２のブレードセグメント３２内で縦方向に延びる受容セクション６０を含む。受容セクション６０は、正圧側スパーキャップ４６および負圧側スパーキャップ４８と、それらの間に延びる１つまたは複数の剪断ウェブ４４とを含むスパーアセンブリ３６を含むことができる。受容セクション６０は、第１のブレードセグメント３０のビーム構造４０と接続するために縦方向に延びることができる。例えば、ビーム構造４０は、受容セクション６０内に挿入されてもよい。図示のように、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のボルト管５６、５８（図３に示す）を受容し、緊密な締まり嵌めを形成するためのボルト接合スロット６２、６４をさらに含むことができる。一例では、複数のボルト接合スロット６２、６４の各々は、翼弦方向接合部３４で圧縮荷重を分散するように構成された複数のフランジ６１、６３をそれぞれ含むことができる。

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。図示のように、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を示している。さらに、図示のように、受容セクション６０は、縦方向に延び、ビーム構造４０を支持する負圧側スパーキャップ４８および正圧側スパーキャップ４６を含むことができる。受容セクション６０はまた、翼長方向にビーム構造４０のボルト管５２（例えば、図３参照）と接続する長方形の締結要素７２を含む。さらに、第１および第２のブレードセグメント３０、３２はまた、翼弦方向接合部３４にそれぞれ翼弦方向部材７４、７６を含んでもよい。さらに、図示のように、翼弦方向部材７４、７６は、第１および第２のブレードセグメント３０、３２の間のボルト接合接続を可能にする前縁ボルト開口部７８および後縁ボルト開口部８０を含んでもよい。例えば、図示のように、翼弦方向部材７４、７６は、前縁ボルト開口部７８および後縁ボルト開口部８０に位置するブッシングと緊密に締まり嵌めされたボルト管５６および５８によって接続される。別の実施形態では、スパーキャップ４６、４８、長方形の締結要素７２、および翼弦方向部材７４、７６の各々は、ガラス強化繊維または炭素強化繊維などの複合材料で構築することができる。この例では、アセンブリ７０はまた、複数のボルト管またはピン５６、５８と、翼弦方向部材７４、７６に取り付けられたブッシング接続部との間に埋め込まれた複数の軽量化レセプタケーブル（ｌｉｇｈｔｅｎｉｎｇ ｒｅｃｅｐｔｏｒ ｃａｂｌｅ）７３を含み得る。

他の実施形態では、第１のブレードセグメント３０は根元ブレードセグメントであってもよく、第２のブレードセグメント３２は先端ブレードセグメントであってもよいことを理解されたい。したがって、ビーム構造４０は、根元ブレードセグメントの遠位端から延び、先端ブレードセグメントの受容セクション６０によって受容され得る。またさらなる実施形態では、第１のブレードセグメント３０は、根元ブレードセグメントと先端ブレードセグメントとの間に位置決めされた中間ブレードセグメントであってもよい。さらに、そのような中間ブレードセグメントは、根元ブレードセグメントおよび／または先端ブレードセグメントの受容セクション６０内に受容される（例えば、挿入される）ように、一端または両端から延びるビーム構造４０を含むことができる。

ここで図６および図７を参照すると、本開示の態様による第１のブレードセグメント３０のスパーアセンブリ３６の複数の図が示されている。特に、図６は、接触部分８２および接合部分８４を含むビーム構造４０の斜視図を示している。図７は、ビーム構造４０の第１の端部５４の側面図を示し、特に、接触部分８２および接合部分８４のそれぞれの１つまたは複数の外形面８６および１つまたは複数の直線面８８を示している。図６および図７のビーム構造４０は、一般に、図２、図３、および図５のビーム構造４０と同じまたは同様に構成することができ、一般に、図１および図２のロータブレード２８に利用することができることを理解されたい。しかし、他の実施形態では、異なる断面形状および／または追加のもしくはより少ない数のスパーキャップおよび／または剪断ウェブなど、ビーム構造４０のさらなる構成が考えられる。例えば、一実施形態では、２つのスパーキャップおよび剪断ウェブは、Ｉ字形のビーム構成であってもよい。

示されるように、ビーム構造４０は、第２の端部９０から第１の端部５４まで延びてもよい。例えば、第１のブレードセグメント３０が先端セグメントであるとき、ビーム構造４０は、ブレード先端１７にまたはその近傍に位置決めされた第２の端部９０から翼弦方向接合部３４における第１の端部５４まで翼長方向に延びてもよい（例えば、図２および図５参照）。ビーム構造４０の接触部分８２は、第２の端部９０から翼長方向に延びてもよく、（図３に示すような）ロータブレード２８の正圧側シェル部材３１または負圧側シェル部材３３の内面の少なくとも１つに向けて配向された１つまたは複数の外形面８６を含む。外形面８６は、正圧側スパーキャップ４６および／または負圧側スパーキャップ４８の一方の外面９２であってもよい。例えば、図６に示すように、一方の外形面８６は、負圧側シェル部材３３に向けて配向されてもよい。しかし、図７に示すように、正圧側スパーキャップ４６の外面９２は、（図３に示すような）正圧側シェル部材３１に向けて配向された外形面８６を画定することができる。さらに、スパーキャップ４６、４８は、任意の適切な接着材料またはエラストマーシールを使用して第２の端部９０で互いに接合することができる。特に図７に示すように、接触部分８２は、正圧側シェル部材３１に向けて配向された一方の外形面８６と、負圧側シェル部材３３に向けて配向された一方の外形面８６とを含むことができることを認識されたい。別の実施形態では、接触部分８２は、正圧側シェル部材３１の内面に向けて配向された一方の外形面８６を含むことができる。

外形面８６は、ビーム構造４０と一体的に形成されてもよいことも認識されたい。例えば、外形面８６は、正圧側スパーキャップ４６および／または負圧側スパーキャップ４８と一体的に形成されてもよい。しかし、他の実施形態では、接触面８６は、ビーム構造４０に別々に取り付けられてもよい。例えば、外形面８６を画定する１つまたは複数のフェアリングが、接触部分８２でビーム構造４０に固定されてもよい。より具体的には、特定の実施形態では、フェアリングは、接着材料を使用してビーム構造４０に連結され得る。

外形面８６は、ロータブレード２８の正圧側または負圧側の一方の外形に沿うように構成される。より具体的には、正圧側シェル部材３１に向けて配向された外形面８６は、一般に、正圧側シェル部材３１の空気力学的プロファイルに沿うことができる。同様に、負圧側シェル部材３３に向けて配向された外形面８６は、一般に、正圧側シェル部材３１の空気力学的プロファイルに沿うことができる。したがって、外形面８６は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３が接触部分８２内の外面９２に結合されるためのマット面を提供することができる。例えば、接触部分８２は、ロータブレード２８のブレード先端１７における第２の端部９０と接合部分８４との間で正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に結合されてもよい。より具体的には、正圧側または負圧側シェル部材３１、３３の一方または両方は、限定はしないが、熱硬化性または熱可塑性などのポリマーを含む任意の適切な接着材料を使用して外形面８６に連結され得る。さらに、外形面８６は、それぞれのシェル部材３１、３３と一致するように外形付けられたマット面により、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３と接触部分８２との間の連結を改善することができる。したがって、外形面８６は、第１のロータブレードセグメント３０の強度を高め、かつ／またはビーム構造４０と各側のシェル部材３１、３３との間の層間剥離の可能性または重大度を低減することができる。接触部分８２のすべてまたは実質的にすべては、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に結合されてもよいことを理解されたい。

図６および図７にさらに示されるように、ビーム構造４０は、第１の端部５４から接触部分８２に向かって翼長方向に延びる接合部分８４を含むことができる。特定の実施形態では、接合部分８４は、以下でより詳細に説明するように、翼長方向に沿って第１の端部５４から接触部分８２および／または移行領域９４まで延びてもよい。接合部分８４は、図３に示すように、第１のブレードセグメント３０から接合長さＤだけ延びてもよい。例えば、接合部分８４は、第１のブレードセグメント３０の開いた端部から、例えば、第１のブレードセグメント３０のブレード先端１７の反対側に延びる箱形ビームを画定し得る。さらに、そのような箱形ビームは、図５に概して示すように、第２のブレードセグメント３２の受容セクション６０によって受容されてもよい。

接合部分８４は、１つまたは複数の直線面８８を含んでもよく、直線面８８の各々は、外形面８６の１つと同じ方向に配向される。例えば、直線面８８は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３の少なくとも１つに向けて配向されてもよい。接合部分８４の直線面８８は、第１のブレードセグメント３０を第２のブレードセグメント３２と接合するためのより望ましいアーキテクチャを提供し得る。例えば、図８に関して以下でより詳細に説明されるように、接合部分８４の直線面８８は、接合部分８４内の内部応力を低減することができる。特定の実施形態では、接合部分８４は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に直接結合されなくてもよい。したがって、ビーム構造４０の接合部分８４は、接触部分８２などのビーム構造４０の他の部分を通して正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に間接的に結合することができる。

さらに図６および図７の例示的な実施形態を参照すると、ビーム構造４０は、接触部分８２と接合部分８４との間に、外形面８６を直線面８８に移行させる移行領域９４を含むことができる。移行領域９４の少なくとも一部は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に結合されてもよい。例えば、移行領域９４のすべては、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３の内面に結合されてもよい。他の実施形態では、移行領域９４の一部は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に結合されてもよく、移行領域９４の別の部分は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に直接結合されない。例えば、接触部分８２および／または第２の端部９０に最も近い移行領域９４の部分は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に結合されてもよい。そのような実施形態では、接合部分８４および／または第１の端部５４に最も近い移行領域９４の部分は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に直接結合されなくてもよい。したがって、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に結合された移行領域９４の部分は、接触部分８２の外形面８６によりよく似ていてもよいことを理解されたい。反対に、接合部分８４の直線面８８によりよく似ている移行領域９４の部分は、正圧側シェル部材３１および／または負圧側シェル部材３３に直接結合されなくてもよい。

一実施形態では、図示のように、外形面８６は、第１の曲率半径９６を含み得る。例えば、一実施形態では、接触部分８２は、外面９２上に第１の曲率半径９６を含む第２の端部９０におけるビーム構造４０のセグメントによって画定されてもよい。さらに、示されるように、移行領域９４は、第１の曲率半径９６よりも大きい第２の曲率半径９８を含み得る。追加の実施形態では、移行領域９４は、接触部分８２と接合部分８４との間に配置された複数の曲率半径を含むことができる。加えて、複数の曲率半径の各曲率半径は、接触部分８２と接合部分８４との間で増加してもよい。さらに、移行領域９４によって画定された曲率半径は、接触部分８２の外形面８６を接合部分８４の直線面８８に滑らかに変換することができる。より具体的には、図示の実施形態では、移行領域９４は、第２の曲率半径９８よりも大きく、翼長に沿って第２の曲率半径９８と接合部分８４との間に配置された第３の曲率半径１００を含むことができる。したがって、外面９２は、第２の曲率半径９８における接触部分８２によりよく似ており、第３の曲率半径１００における接合部分８４によりよく似ていてもよいことを理解されたい。加えて、特定の実施形態では、接触部分８２は、翼長方向におけるビーム構造４０の長さの５０％以下に沿って延びてもよい。さらに、移行領域９４は、翼長方向におけるビーム構造４０の長さの約３０％から約４０％まで延びてもよい。

移行領域９４内には２つの別個の曲率半径が示されているが、移行領域９４は、３つ以上などのより多くの曲率半径を含むことができることを認識されたい。さらに、特定の実施形態では、移行領域９４は、無限またはほぼ無限の曲率半径を含む滑らかな移行部を画定し得る。さらに、他の実施形態では、移行領域９４は、移行領域９４の別個のセクションを画定する２つ以上の別個の曲率半径を画定することができる。

ここで特に図７を参照すると、ビーム構造４０の接触部分８２は、複数の外形面８６をさらに含むことができる。例えば、複数の外形面８６は、ロータブレード２８の負圧側シェル部材３３の内面に向けて配向された第１の外形面１０２と、ロータブレード２８の正圧側シェル部材３１の内面に向けて配向された第２の外形面１０４とを含むことができる。そのような一実施形態では、ビーム構造４０の接合部分８４は、複数の直線面８８をさらに含んでもよい。加えて、複数の直線面８８は、ロータブレード２８の負圧側シェル部材３３の内面に向けて配向された第１の直線面１０６と、ロータブレード２８の正圧側シェル部材３１の内面に向けて配向された第２の直線面１０８とを含むことができる。そのような一実施形態では、移行領域９４は、第１および第２の外形面１０２、１０４を第１および第２の直線面１０６、１０８に移行させてもよい。例えば、移行領域９４は、第１の外形面１０２を第１の直線面１０６に移行させ、第２の外形面１０４を第２の直線面１０８に移行させてもよい。

１つの例示的な実施形態では、第１および第２の外形面１０２、１０４は、それぞれ負圧側スパーキャップ４８および正圧側スパーキャップ４６の一部を形成することができる。例えば、第１および第２の外形面１０２、１０４は、負圧側スパーキャップ４８および正圧側スパーキャップ４６の外面９２によって画定されてもよい。図６に示されるように、特定の実施形態では、ビーム構造４０は、正圧側スパーキャップ４６と負圧側スパーキャップ４８との間に位置決めされた充填材料１１０をさらに含むことができる。充填材料１１０は、一般に、ビーム構造４０の全長に沿って第１の端部５４から第２の端部９０まで延びてもよい。しかし、他の実施形態では、充填材料１１０は、接合部分８４および／または移行領域９４などのビーム構造４０の一部のみを充填することができる。充填材料１１０は、少なくとも１つの発泡材料、木材材料、コルク材料、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。

接合部分８４の剪断ウェブ４４と共に直線面１０６、１０８は、第１のブレードセグメント３０の開いた端部、例えば、翼弦方向接合部３４における第１のブレードセグメント３０の端部から延びる直交または略直交箱形ビームを画定し得ることを認識されたい。例えば、第１のブレードセグメント３０の開いた端部から延びる接合部分８４および／または箱形ビームは、一般に、箱形または長方形の断面形状を画定してもよい。箱形ビームの直交形状は、第２のブレードセグメント３２の受容セクション６０に挿入するためのより望ましい嵌合アーキテクチャを提供し得る。さらに、接合部分８４および／または箱形ビームの直交または略直交形状は、ビーム構造４０の第１の端部５４内の内部応力を低減することができることを理解されたい。

さらなる実施形態では、ビーム構造４０は、第１の端部５４と第２の端部９０の両方に接合部分８４を含んでもよい。例えば、中間ブレードセグメントは、中間ブレードセグメントの両端から延びるビーム構造４０を含むことができる。そのような実施形態では、接触部分は、ビーム構造４０の中央にまたはほぼ中央に位置決めされてもよい。したがって、ビーム構造４０は、ビーム構造４０の各端部５４、９０において接触部分８２と接合部分８４との間に１つまたは複数の移行領域９４を含むことができる。他の実施形態では、そのようなビーム構造４０の一端は受容セクション６０を含むことができ、反対側の端部は接合部分８４を含むことができる。したがって、受容セクション６０は、接触部分８２を含むことができる。

ここで図８を参照すると、本主題の態様によるビーム構造４０の第１の端部５４の一実施形態が示されている。特に、図８は、ビーム構造４０の閉じた第１の端部５４の断面を示している。図８は層の特定の構成で示されているが、追加のまたはより少ない数の層または構成要素を含み得る第１の端部５４の他の構成が考えられることを理解されたい。

図示のように、接合部分８４は、１つまたは複数の引抜成形炭素複合プライまたはプレート１１２を含むことができる。例えば、正圧側および／または負圧側スパーキャップ４６、４８は、一般に移行領域９４および／または接触部分８２から延びる引抜成形炭素複合プライ１１２を含み得る。引抜成形炭素複合プライ１１２は、剛性をスパーアセンブリ３６および／またはビーム構造４０に提供することができる。このような引抜成形炭素複合プライ１１２は、一般に、他の繊維または非引抜成形プライを含む複合材よりも高い強度を有することができる。しかし、引抜成形炭素複合プライ１１２の剛性はまた、引抜成形炭素複合プライ１１２の形状を第１の端部５４の直交形状に適合させることを困難にする場合があるが、移行領域９４および／または接触部分８２の湾曲プロファイルも画定する。したがって、第１の端部５４は、翼弦方向接合部３４で第１のブレードセグメント３０を第２のブレードセグメント３２に接合するのに必要な強度を提供しながら、ビーム構造４０の第１の端部５４の所望の直交形状および／または箱形ビーム形状をより容易に画定することができる、他の複合材料などの追加の材料を含むことができる。

例えば、図示のように、引抜成形炭素複合プライ１１２は、第１の端部５４で他の複合材料と交換することができる。接合部分８４は、第１の端部５４の箱形ビーム形状に少なくとも部分的に寄与するように、第１の端部５４に位置決めされた１つまたは複数のブロック１１４を含んでもよい。接合部分８４は、ブロック１１４と正圧側および／または負圧側スパーキャップ４６、４８の外面９２との間に配置された１つまたは複数の内部プライ１１６をさらに含むことができる。他の実施形態では、１つまたは複数の追加の内部プライ１１６をブロック１１４の内側に配置することができる。さらに、特定の実施形態では、内部プライ１１６は、ｃクリップなどの１つまたは複数のラップまたはクリップを含むことができる。さらに、図示されるように、ビーム構造４０は、１つまたは複数の外部プライ１１８を含み得る。例えば、外部プライ１１８は、スパーキャップ４６、４８の外面９２、直線面８８、１０６、１０８、および／または第１の端部５４を画定してもよい。ブロック１１４、内部プライ１１６、および／または外部プライ１１８は、ガラス繊維、炭素繊維、ポリマー繊維、木材繊維、竹繊維、セラミック繊維、ナノ繊維、金属繊維、またはそれらの組み合わせを含む二軸複合プライおよび／または一方向複合プライから形成されてもよい。加えて、図示のように、ボルト管５２を第１の端部５４に結合するために（例えば、図３参照）、第１の端部５４に空洞１２０を形成することができる（例えば、第１の端部５４にドリル加工または穿孔する）。さらに、特定の実施形態では、ブロック１１４、内部プライ１１６、および／または外部プライ１１８は、ビーム構造４０と共に予め形成され、予め作製され、および／またはレイアップされてもよい。

引き続き図８の例示的な実施形態を参照すると、ビーム構造４０の閉じた端部（例えば、第１の端部５４）は、第１の端部５４の周りに１つまたは複数の複合プライを巻き付けることによって形成することができる。一実施形態では、正圧側スパーキャップ４６および／または負圧側スパーキャップ４８の直線面８８、１０６、１０８を形成するために使用される複合プライは、ビーム構造４０の第１の端部５４の周りに巻き付き、閉じた端部を形成することができる。例えば、内部プライ１１６は、第１の端部５４でブロック１１４の周りに巻き付くことができる。さらに、外部プライ１１８は、第１の端部５４で内部プライ１１６および／またはブロック１１４の周りに巻き付き、第１の端部５４を閉じることができる。しかし、正圧側スパーキャップ４６、負圧側スパーキャップ４８、および／または第１の端部５４は各々、別々の外部プライ１１８を含むことができることを理解されたい。第１の端部５４の周りに巻き付くプライ１１６、１１８の１つまたは複数は、第１の端部５４の周りの第１の直線面１０６から第２の直線面１０８まで、またはその逆に延びてもよいことも認識されたい。

直線面８８、１０６、１０８を有さない接合部分８４、例えば、非直交ビーム構造４０では、ビーム構造４０の正圧側またはビーム構造４０の負圧側から第１の端部５４の周りに巻き付けられたプライ１１６、１１８は、複合プライ１１６、１１８内にしわおよび／またはドレープの問題などの欠陥をもたらす可能性があることを理解されたい。さらに、そのような欠陥は、荷重を受けたときにビーム構造４０内に応力が増加した局所的な領域を生じさせる場合がある。例えば、風力タービン１０の完成したロータブレード２８は、ロータブレード２８を回転させる空気力学的荷重を受ける可能性がある。さらに、そのような空気力学的荷重は、ビーム構造４０内に存在する欠陥に局所的な応力領域を生じさせ、最終的に層間剥離などの構造的破壊をもたらす可能性がある。しかし、直交接合部分８４などの直線面８８、１０６、１０８を有する接合部分８４は、ビーム構造４０の正圧側と負圧側との間に巻き付けられた複合プライ１１６、１１８内のしわを防止するのに役立つことができる。したがって、接触部分８２の外形面８６、１０２、１０４を接合部分８４の直線面８８、１０６、１０８に移行させることにより、ビーム構造４０内の構造的欠陥の数または重大度を低減することができる。

さらなる実施形態では、ブロック１１４および／またはプライ１１２、１１６、１１８は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含むことができる。本明細書に記載の熱可塑性材料は、一般に、本質的に可逆性のプラスチック材料またはポリマーを包含し得る。例えば、熱可塑性材料は、典型的には、特定の温度に加熱されると曲げることが可能または成形可能になり、冷却するとより剛性の高い状態に戻る。さらに、熱可塑性材料は、非晶質熱可塑性材料および／または半結晶性熱可塑性材料を含んでもよい。例えば、いくつかの非晶質熱可塑性材料は、一般に、限定はしないが、スチレン、ビニル、セルロース、ポリエステル、アクリル、ポリスルホン、および／またはイミドを含んでもよい。より具体的には、例示的な非晶質熱可塑性材料は、ポリスチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、グリコール化ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ－Ｇ）、ポリカーボネート、ポリ酢酸ビニル、非晶質ポリアミド、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化ビニリデン、ポリウレタン、または任意の他の適切な非晶質熱可塑性材料を含んでもよい。加えて、例示的な半結晶性熱可塑性材料は、一般に、限定はしないが、ポリオレフィン、ポリアミド、フルオロポリマー、エチルメチルアクリレート、ポリエステル、ポリカーボネート、および／またはアセタールを含んでもよい。より具体的には、例示的な半結晶性熱可塑性材料は、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン、ポリフェニルスルフィド、ポリエチレン、ポリアミド（ナイロン）、ポリエーテルケトン、または任意の他の適切な半結晶性熱可塑性材料を含んでもよい。

さらに、本明細書に記載の熱硬化性材料は、一般に、本質的に非可逆性のプラスチック材料またはポリマーを包含し得る。例えば、熱硬化性材料は、一旦硬化すると、容易に再成形することも、液体状態に戻すこともできない。したがって、初期形成後、熱硬化性材料は、一般に、熱、腐食、および／またはクリープに耐性がある。例示的な熱硬化性材料は、一般に、限定はしないが、いくつかのポリエステル、いくつかのポリウレタン、エステル、エポキシ、または任意の他の適切な熱硬化性材料を含んでもよい。

加えて、簡単に上述したように、ブロック１１４および／またはプライ１１２、１１６、１１８は、１つまたは複数の繊維材料で強化することができる。そのような実施形態では、繊維材料は、ガラス繊維、炭素繊維、ポリマー繊維、木材繊維、竹繊維、セラミック繊維、ナノ繊維、金属繊維、またはそれらの組み合わせを含んでもよい。加えて、繊維の方向または配向は、疑似等方性、多軸、一方向、二軸、三軸、もしくは任意の他の適切な方向および／またはそれらの組み合わせを含んでもよい。

ここで図９を参照すると、本開示によるロータブレード用のスパーアセンブリのビーム構造を形成する方法のフローチャート２００が図示されている。一般に、方法２００は、図２～図８に示すスパーアセンブリ３６およびビーム構造４０を参照して本明細書で説明される。しかし、開示された方法２００は、任意の他の適切な構成を有するスパーアセンブリ３６で実施することができることを理解されたい。加えて、図９は、例示および説明の目的のために特定の順序で実施されるステップを図示しているが、本明細書で論じられる方法は、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本開示を使用して、本明細書に開示される方法の様々なステップが、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／または適合することができることを理解するであろう。

（２０２）に示すように、方法２００は、第２の端部９０から翼長方向に延びるビーム構造４０の接触部分８２を形成することを含むことができる。接触部分８２は、正圧側シェル部材３１または負圧側シェル部材３３の内面の少なくとも１つに向けて配向された１つまたは複数の外形面８６を含むように形成することができる。さらに、外形面８６は、正圧側シェル部材３１または負圧側シェル部材３３の一方の外形に沿うように構成されてもよい。方法２００は、（２０４）において、ビーム構造４０の閉じた第１の端部５４から接触部分８２に向かって翼長方向に延びるビーム構造４０の接合部分８４を形成することをさらに含むことができる。加えて、接合部分８４は、外形面８６と同じ方向に配向された１つまたは複数の直線面８８を含むように形成されてもよい。（２０６）に図示されるように、方法２００は、接触部分８２と接合部分８４との間に、外形面８６を直線面８８に移行させる移行領域９４を形成することをさらに含むことができる。方法２００の１つのステップ（２０８）は、接合部分８４の第１の端部５４の周りに接合部分８４の直線面８８から１つまたは複数の複合プライ１１６、１１８を巻き付け、ビーム構造４０の閉じた端部を形成することを含むことができる。

方法２００の一実施形態では、接触部分８２および／または移行領域９４を形成することは、ハードツール内に接触部分８２および／または移行領域９４をレイアップすることを含むことができる。例えば、ハードツールは、正圧側および／または負圧側スパーキャップ４６、４８の外面９２を画定する金型として機能することができる。そのような実施形態では、ハードツールは、外形面８６、移行領域９４、またはその両方を画定してもよい。したがって、スパーキャップ４６、４８は、外面９２から内側に形成されてもよい。接合部分８４はまた、ハードツール内にレイアップされてもよいことも理解されたい。さらに、ハードツールは、ビーム構造４０全体の正圧側および／または負圧側のための金型として機能することができる。特定の実施形態では、ハードツールは、オートクレーブであってもよい。

別の実施形態では、接触部分８２および／または移行領域９４を形成することは、内部ツーリングマンドレルの周りに接触部分８２および／または移行領域９４をレイアップすることを含むことができる。例えば、ツーリングマンドレルは、内面から外面９２に正圧側および／または負圧側スパーキャップ４６、４８の１つまたは複数の層をレイアップする金型として機能することができる。したがって、ツーリングマンドレルは、外形面８６、移行領域９４、またはその両方を画定するように構成されてもよい。より具体的には、スパーキャップ４６、４８の各連続層は、前の層および／またはツーリングマンドレルによって提供される形状でレイアップされてもよい。したがって、スパーキャップ４６、４８の外面９２は、ツーリングマンドレルによって画定された外形面８６および／または移行領域９４を含むことができる。接合部分８４は、ツーリングマンドレルの周りにレイアップされてもよいことも理解されたい。さらに、ツーリングマンドレルは、ビーム構造４０全体の正圧側および／または負圧側のための金型として機能することができる。

（２１０）に示すように、方法２００は、ビーム構造４０を処理することをさらに含むことができる。一実施形態では、ビーム構造４０を処理することは、複合プライ１１２、１１６、１１８の１つまたは複数を処理することを含むことができる。例えば、ビーム構造４０を処理することは、複合プライ１１２、１１６、１１８を圧縮することを含んでもよい。方法２００の別の実施形態では、複合プライ１１２、１１６、１１８を処理することは、複合プライ１１２、１１６、１１８をオートクレーブ処理することを含むことができる。方法２００のまたさらなる実施形態では、複合プライ１１２、１１６、１１８を処理することは、複合プライ１１２、１１６、１１８の圧縮とオートクレーブ処理の両方を含むことができる。例えば、複合プライ１１２、１１６、１１８を圧縮し、次いでオートクレーブ内で処理することができる。圧縮は、大気、すなわち、室温および室圧で実施することができる。オートクレーブサイクルは、複合構成要素の完全な乾燥および／または硬化によって剛性を最終プライおよび／またはレイアップアセンブリに付与し、プライおよび／またはサブアセンブリの完全な圧密化によって最終寸法のビーム構造４０を生成することができる。

当業者は、異なる実施形態からの様々な特徴の互換性を認識するであろう。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、具現化または実施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、最良の態様を含む本発明を開示するため、およびどのような当業者も、任意のデバイスまたはシステムの作製および使用ならびに任意の組み込まれた方法の実施を含む本発明の実践を可能にするために、実施例を使用している。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、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。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。

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
１８ 発電機
１９ ブレード根元
２０ ギアボックス
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のロータブレードセグメント
３１ 正圧側シェル部材
３２ 第２のブレードセグメント
３３ 負圧側シェル部材
３４ 翼弦方向接合部
３５ ブレード根元セクション
３６ 内部スパーアセンブリ
３８ 矢印
４０ 内部ビーム構造、非直交ビーム構造
４２ 内部セクション
４４ 剪断ウェブ
４６ 正圧側スパーキャップ
４８ 負圧側スパーキャップ
５０ ボルト接合スロット
５２ ボルト管
５４ 第１の端部
５５ フランジ
５６ 第２のボルト接合管、前縁ボルト接合管、ピン
５７ フランジ
５８ 第２のボルト接合管、後縁ボルト接合管、ピン
６０ 受容セクション
６１ フランジ
６２ ボルト接合スロット
６３ フランジ
６４ ボルト接合スロット
７０ アセンブリ
７２ 長方形の締結要素
７３ 軽量化レセプタケーブル
７４ 翼弦方向部材
７６ 翼弦方向部材
７８ 前縁ボルト開口部
８０ 後縁ボルト開口部
８２ 接触部分
８４ 接合部分
８６ 外形面、接触面
８８ 直線面
９０ 第２の端部
９２ 外面
９４ 移行領域
９６ 第１の曲率半径
９８ 第２の曲率半径
１００ 第３の曲率半径
１０２ 第１の外形面
１０４ 第２の外形面
１０６ 第１の直線面
１０８ 第２の直線面
１１０ 充填材料
１１２ 引抜成形炭素複合プライ、プレート
１１４ 内部ブロック
１１６ 内部プライ、複合プライ
１１８ 外部プライ、複合プライ
１２０ 空洞
２００ フローチャート、方法
Ｄ 最適距離、接合長さ

Claims (14)

1. 風力タービン（１０）のロータブレード（２８）用のスパーアセンブリ（３６）であって、
   閉じた第１の端部（５４）と第２の端部（９０）との間に延びるビーム構造（４０）であって、前記ビーム構造（４０）は、前記ロータブレード（２８）のシェル（３１、３３）内に結合するように構成され、
   前記第２の端部（９０）から翼長方向に延び、前記ロータブレード（２８）の正圧側または負圧側の内面の少なくとも１つに向けて配向された少なくとも１つの外形面（８６）を備える接触部分（８２）であって、前記外形面（８６）は、前記ロータブレード（２８）の前記正圧側または前記負圧側の一方の外形に沿うように構成される接触部分（８２）と、
   前記第１の端部（５４）から前記接触部分（８２）に向かって前記翼長方向に延びる接合部分（８４）であって、前記外形面（８６）と同じ方向に配向された少なくとも１つの直線面（８８）を備える接合部分（８４）と、
   前記接触部分（８２）と前記接合部分（８４）との間に、前記外形面（８６）を前記直線面（８８）に移行させる移行領域（９４）と
   １つまたは複数の内部プライ（１１６）、１つまたは複数の外部プライ（１１８）、またはそれらの組み合わせと、
   を備えるビーム構造（４０）
   を備え、前記少なくとも１つの内部プライ（１１６）、または前記１つまたは複数の外部プライ（１１８）は、前記ビーム構造（４０）と共に予め形成または予め作製されてレイアップされ、
   前記１つまたは複数の外部プライ（１１８）は、少なくとも１つの複合プライを含み、
   前記閉じた第１の端部（５４）は、前記閉じた第１の端部（５４）を画定するために、前記接合部分（８４）の前記少なくとも１つの直線面（８８）から前記接合部分（８４）の前記閉じた第１の端部（５４）の周りまでの前記少なくとも１つの複合プライの巻き付けを含む、スパーアセンブリ（３６）。
2. 風力タービン（１０）のロータブレード（２８）用のスパーアセンブリ（３６）であって、
   閉じた第１の端部（５４）と第２の端部（９０）との間に延びるビーム構造（４０）であって、前記ビーム構造（４０）は、前記ロータブレード（２８）のシェル（３１、３３）内に結合するように構成され、
   前記第２の端部（９０）から翼長方向に延び、前記ロータブレード（２８）の正圧側または負圧側の内面の少なくとも１つに向けて配向された少なくとも１つの外形面（８６）を備える接触部分（８２）であって、前記外形面（８６）は、前記ロータブレード（２８）の前記正圧側または前記負圧側の一方の外形に沿うように構成される接触部分（８２）と、
   前記第１の端部（５４）から前記接触部分（８２）に向かって前記翼長方向に延びる接合部分（８４）であって、前記外形面（８６）と同じ方向に配向された少なくとも１つの直線面（８８）を備える接合部分（８４）と、
   前記接触部分（８２）と前記接合部分（８４）との間に、前記外形面（８６）を前記直線面（８８）に移行させる移行領域（９４）と
   を備えるビーム構造（４０）
   を備え、
   前記ビーム構造（４０）の前記閉じた端部は、前記接合部分（８４）の前記第１の端部（５４）の周りに前記接合部分（８４）の前記少なくとも１つの直線面（８８）から１つまたは複数の複合プライを巻き付けることにより形成される、スパーアセンブリ（３６）。
3. 前記移行領域（９４）は、前記ビーム構造（４０）の長さの約３０％から約４０％まで延びる、請求項１または２に記載のスパーアセンブリ（３６）。
4. 前記外形面（８６）は、第１の曲率半径（９６）を備え、前記移行領域（９４）は、前記第１の曲率半径（９６）よりも大きい第２の曲率半径（９８）を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のスパーアセンブリ（３６）。
5. 前記移行領域（９４）は、前記接触部分（８２）と前記接合部分（８４）との間に配置された複数の曲率半径を備え、前記複数の曲率半径の各曲率半径は、前記接触部分（８２）と前記接合部分（８４）との間で増加する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のスパーアセンブリ（３６）。
6. 前記ビーム構造（４０）の前記接触部分（８２）は、複数の外形面（８６）をさらに備え、前記複数の外形面（８６）は、前記ロータブレード（２８）の前記負圧側の前記内面に向けて配向された第１の外形面（１０２）と、前記ロータブレード（２８）の前記正圧側の前記内面に向けて配向された第２の外形面（１０４）とを備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスパーアセンブリ（３６）。
7. 前記ビーム構造（４０）の前記接合部分（８４）は、複数の直線面（８８）をさらに備え、前記複数の直線面（８８）は、前記ロータブレード（２８）の前記負圧側の前記内面に向けて配向された第１の直線面（１０６）と、前記ロータブレード（２８）の前記正圧側の前記内面に向けて配向された第２の直線面（１０８）とを備える、請求項６に記載のスパーアセンブリ（３６）。
8. 前記移行領域（９４）は、前記第１および第２の外形面（１０２、１０４）を前記第１および第２の直線面（１０６、１０８）に移行させる、請求項７に記載のスパーアセンブリ（３６）。
9. 前記第１および第２の外形面（１０２、１０４）は、それぞれ負圧側スパーキャップ（４８）および正圧側スパーキャップ（４６）の一部を形成し、前記ビーム構造（４０）は、前記負圧側スパーキャップ（４８）と前記正圧側スパーキャップ（４６）との間に延びる少なくとも１つの剪断ウェブ（４４）をさらに備える、請求項６乃至８のいずれか１項に記載のスパーアセンブリ（３６）。
10. 前記少なくとも１つの外形面（８６）は、前記ビーム構造（４０）と一体的に形成されるか、または前記ビーム構造（４０）に別々に取り付けられる、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のスパーアセンブリ（３６）。
11. 前記ビーム構造（４０）は、
    １つまたは複数の内部ブロック（１１４）、内部プライ（１１６）、外部プライ（１１８）、またはそれらの組み合わせをさらに備え、少なくとも１つの内部ブロック（１１４）、内部プライ（１１６）、または外部プライ（１１８）は、前記ビーム構造（４０）と共に予め形成または予め作製されてレイアップされる、
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のスパーアセンブリ（３６）。
12. ロータブレード（２８）用のスパーアセンブリ（３６）のビーム構造（４０）を形成する方法（２００）であって、前記ロータブレード（２８）は、正圧側シェル部材（３１）および負圧側シェル部材（３３）を含み、
    前記ビーム構造（４０）の第２の端部（９０）から翼長方向に延びる前記ビーム構造（４０）の接触部分（８２）を形成すること（２０２）であって、前記接触部分（８２）は、前記正圧側シェル部材（３１）または前記負圧側シェル部材（３３）の内面の少なくとも１つに向けて配向された少なくとも１つの外形面（８６）を含むように形成され、前記少なくとも１つの外形面（８６）は、前記正圧側シェル部材（３１）または前記負圧側シェル部材（３３）の一方の外形に沿うように構成されることと、
    前記ビーム構造（４０）の閉じた第１の端部（５４）から前記接触部分（８２）に向かって前記翼長方向に延びる前記ビーム構造（４０）の接合部分（８４）を形成すること（２０４）であって、前記接合部分（８４）は、前記外形面（８６）と同じ方向に配向された少なくとも１つの直線面（８８）を含むように形成されることと、
    前記接触部分（８２）と前記接合部分（８４）との間に、前記外形面（８６）を前記直線面（８８）に移行させる移行領域（９４）を形成すること（２０６）と、
    前記接合部分（８４）の前記第１の端部（５４）の周りに前記接合部分（８４）の前記少なくとも１つの直線面（８８）から１つまたは複数の複合プライを巻き付け、前記ビーム構造（４０）の前記閉じた端部を形成すること（２０８）と、
    前記ビーム構造（４０）を処理すること（２１０）と
    を含む、方法（２００）。
13. 前記接触部分（８２）または前記移行領域（９４）の少なくとも１つを形成することは、ハードツール内に前記接触部分（８２）または前記移行領域（９４）の少なくとも１つをレイアップすることを含み、前記ハードツールは、前記少なくとも１つの外形面（８６）、前記移行領域（９４）、またはその両方を画定する、請求項１２に記載の方法（２００）。
14. 前記接触部分（８２）または前記移行領域（９４）の少なくとも１つを形成することは、内部ツーリングマンドレルの周りに前記接触部分（８２）または前記移行領域（９４）の少なくとも１つをレイアップすることを含み、前記ツーリングマンドレルは、前記少なくとも１つの外形面（８６）、前記移行領域（９４）、またはその両方を画定するように構成される、請求項１２に記載の方法（２００）。

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