特許 6768983 風力発電機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6768983

(24)【登録日】2020年9月25日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】風力発電機

(51)【国際特許分類】

   F03D 17/00 20160101AFI20201005BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20201005BHJP

【ＦＩ】

   F03D17/00

   F03D1/06 A

【請求項の数】4

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2020-52788(P2020-52788)

(22)【出願日】2020年3月24日

【審査請求日】2020年3月24日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000217686

【氏名又は名称】電源開発株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】特許業務法人 志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】笹川 剛

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 欧州特許出願公開第０２８２４３２６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５０４３４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００２１７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｄ １７／００

Ｆ０３Ｄ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タワーと、前記タワーの上部に前記タワーの中心軸周りに回動可能に設けられたナセルと、前記ナセルの前方に前記中心軸に直交する軸周りに回転可能に設けられたハブと、前記ハブに設けられた少なくとも１本のブレードと、を備え、
前記タワーの外側壁に少なくとも１個の点検用開口部が設けられており、
前記タワーの外側壁の鉛直方向において、先端が最下端の位置にある状態の前記ブレードに設けられたレセプターと同じ高さとなる位置に、開閉可能な窓が設けられた前記点検用開口部が設けられ、
前記タワー内に前記点検用開口部を通じて前記ブレードの状態を監視する監視カメラが設けられている、風力発電機。

【請求項2】

前記タワーが洋上に立設されており、前記監視カメラが前記ブレードの状態の遠隔監視用である、請求項１に記載の風力発電機。

【請求項3】

前記タワーの外側壁に、複数の前記点検用開口部が鉛直方向に間隔をあけて設けられている、請求項１又は２に記載の風力発電機。

【請求項4】

前記タワーの外側壁に、複数の前記点検用開口部が前記タワーの中心軸周りに間隔をあけて設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の風力発電機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風力発電機に関する。

【背景技術】

【0002】

再生可能エネルギーの主力電源化に向けて太陽光発電や風力発電の開発が促進されている。なかでも風力発電は、陸上から洋上へと開発エリアがシフトし、開発が加速されることが予想される。洋上での風力発電は、過酷な自然環境のなかでの運用であり、アクセスも困難であるため、合理的かつ効率的に風力発電機を運用及び保守することが求められる。

【0003】

一般に、風力発電機のＦＲＰ（繊維強化プラスチック）製のブレードには、落雷による損傷を抑制するため、先端部にレセプター（避雷器）が設けられ、内部にアース線が設けられている。しかし、レセプターからアースまでの導通に不具合がある場合や、ブレードのレセプター以外の部分に雷が落ちる場合、ブレードを貫通して内部のアース線へと地絡電流が流れブレードを損傷させることがある。運転中のブレードには振動等による繰り返し応力が掛かるため、これら損傷部はブレードの折損や破損の起点になるおそれがある。

【0004】

そこで、風力発電機においては、レセプターからアースまでの導通や、ブレード表面の損傷の有無を確認するため、ブレードの点検が重要である。ブレードの点検方法としては、ナセルからロープワークでブレードへとアクセスした作業員によって導通確認やブレード表面の目視確認を行う方法、ドローンに搭載したカメラによってブレード表面を確認する方法等が知られている（例えば、特許文献１、２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１６−４２０８７号公報

【特許文献2】特開２０１７−１５１０１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、作業員のロープワークやドローンによるブレードの点検は、特に洋上風力において強風時の確認が困難である。

【0007】

本発明は、ブレードに設けたレセプターの導通確認やブレード表面の損傷の有無の確認が簡便に行える風力発電機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、以下の態様を有する。
［１］タワーと、前記タワーの上部に前記タワーの中心軸周りに回動可能に設けられたナセルと、前記ナセルの前方に前記中心軸に直交する軸周りに回転可能に設けられたハブと、前記ハブに設けられた少なくとも１本のブレードと、を備え、
前記タワーの外側壁に少なくとも１個の点検用開口部が設けられている、風力発電機。
［２］鉛直方向において、前記点検用開口部が、先端が最下端の位置にある状態の前記ブレードに設けられたレセプターと同じ高さとなるように設けられている、［１］に記載の風力発電機。
［３］前記点検用開口部に、開閉可能な窓が設けられている、［２］に記載の風力発電機。
［４］前記タワー内に、前記点検用開口部を通じて前記タワーの外部を監視する監視カメラが設けられている、［１］〜［３］のいずれかに記載の風力発電機。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ブレードに設けたレセプターの導通確認やブレード表面の損傷の有無の確認が簡便に行える風力発電機を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の風力発電機の一例を示した断面図である。

【図2】本発明の風力発電機の他の例のタワーを中心軸に垂直な方向に切断した断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の風力発電機の一例について図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において例示される図の寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

【0012】

図１に示すように、本実施形態の風力発電機１００は、タワー１１０と、ナセル１２０と、ハブ１３０と、少なくとも１本のブレード１４０と、を備えている。
タワー１１０は、陸上又は洋上に立設される。ナセル１２０は、タワー１１０の上部にタワー１１０の中心軸Ｏ１周りに回動可能に設けられている。ハブ１３０は、ナセル１２０の前方に、中心軸Ｏ１に直交する軸周りに回転可能に設けられている。ハブ１３０には少なくとも１本のブレード１４０が設けられている。タワー１１０の中心軸Ｏ１は、鉛直方向と一致している。

【0013】

ナセル１２０の態様は、タワー１１０の上部で回動させることができる範囲であれば特に限定されない。ハブ１３０の態様は、ナセル１２０の前方で回転させることができる範囲であれば特に限定されない。

【0014】

風力発電機１００は、ハブ１３０及びナセル１２０の内部に、ブレード１４０及びハブ１３０の回転エネルギーを用いて発電を行うように構成された発電機（不図示）を備えている。発電機は、特に限定されず、公知のものを採用できる。発電機には、油圧トランスミッションを用いてもよく、ギヤ式の増速機を用いてもよい。

【0015】

風力発電機１００では、タワー１１０の上部でナセル１２０を回動させることで、ブレード１４０が設けられた前方のハブ１３０を風上に向けることができる。ブレード１４０が風を受けると、ブレード１４０とともにハブ１３０が回転し、その回転エネルギーによって発電機で発電される。

【0016】

ハブ１３０に取り付けられるブレード１４０の数は、特に限定されず、例えば、３本とすることができる。ハブ１３０に複数のブレード１４０が取り付けられる場合、それら複数のブレード１４０は、ハブ１３０を正面視したときに等角度間隔で放射状に取り付けられることが好ましい。

【0017】

この例では、各々のブレード１４０の先端部に、落雷による損傷を抑制するためのレセプター（避雷器）１４１が設けられている。レセプター１４１は、ブレード１４０の内部に設けられたアース線１４２によってナセル１２０及びタワー１１０を通じてアース棒１４３まで繋がっている。
ブレード１４０の形状及び寸法は、特に限定されず、適宜設定できる。

【0018】

風力発電機１００では、タワー１１０の外側壁１１１に点検用開口部１１２が設けられている。図１に示すように、点検用開口部１１２は、鉛直方向において、先端が最下端の位置にある状態のブレード１４０に設けられたレセプター１４１と同じ高さとなるように設けられている。これにより、作業員がナセルからロープワークによってブレードへとアクセスしなくても、点検用開口部１１２を通じてタワー１１０の内部からレセプター１４１の導通確認や、ブレード１４０の表面の目視確認を行うことができる。例えば、アース棒１４３に第１リード線２０１を繋いだテスター２００を持った作業員がタワー１１０内に入り、点検用開口部１１２を通じて第２リード線２０２の端子をレセプター１４１に接触させて閉回路を形成することで、レセプター１４１の導通を確認できる。
このように、風力発電機１００は、風が強い場所でもレセプター１４１の導通確認やブレード１４０の表面の確認が簡便に行えるため、特に洋上での風力発電において有利である。

【0019】

点検用開口部１１２には、開閉可能な窓が設けられていることが好ましい。これにより、検査時のみ点検用開口部１１２を開いてレセプター１４１の導通確認やブレード１４０の表面の確認を行うことができる。
なお、点検用開口部１１２に設けられる窓は、開閉可能なものには限定されない。例えば、点検用開口部１１２の目的がブレード１４０を目視確認だけの場合には、点検用開口部１１２に設けられる窓は開閉できないものであってもよい。

【0020】

点検用開口部１１２の正面視したときの形状は、特に限定されず、例えば、円形、矩形を例示できる。
点検用開口部１１２の寸法は、特に限定されず、タワー１１０の強度及び点検目的に応じて適宜設定することができる。

【0021】

風の影響を受けやすいタワー１１０外での作業を避ける配慮から、作業員が点検用開口部１１２から身を乗り出せないことが望ましく、例えば点検用開口部１１２が円形の場合、点検用開口部１１２の直径は５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下とすることができる。
点検用開口部１１２を通じてブレード１４０を目視確認することが目的であれば、例えば点検用開口部１１２が円形の場合、点検用開口部１１２の直径は１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下とすることができる。

【0022】

点検用開口部１１２は、タワー１１０の外側壁１１１に少なくとも１個設けられていればよい。点検用開口部１１２の数は、１個には限定されず、２個以上であってもよい。
例えば、タワー１１０の中心軸Ｏ１周りに複数の点検用開口部１１２が間隔をあけて設けられることで、ナセル１２０を回動させてハブ１３０及びブレード１４０を風上に向けた状態で、レセプター１４１の導通確認やブレード１４０の表面の確認を行うことが容易になる。この場合、タワー１１０の中心軸Ｏ１周りに設けられる複数の点検用開口部１１２の間隔は、特に限定されず、例えば、等角度間隔に設けることができる。
タワー１１０の中心軸Ｏ１周りに設けられる点検用開口部１１２の数は、例えば、４個以上１６個以下とすることができる。

【0023】

タワー１１０の中心軸Ｏ１方向、すなわち鉛直方向に複数の点検用開口部１１２が間隔をあけて設けられることで、先端が最下端の位置にある状態のブレード１４０の表面を長さ方向に全体的に確認することが容易になる。この場合、タワー１１０の中心軸Ｏ１方向に設けられる複数の点検用開口部１１２の間隔は、特に限定されず、例えば、等間隔に設けることができる。
タワー１１０の中心軸Ｏ１方向に設けられる点検用開口部１１２の数は、特に限定されず、例えば、４５度毎に１個とすることができる。

【0024】

複数の点検用開口部１１２を設ける場合、レセプター１４１の導通確認を行うための点検用開口部１１２と、ブレード１４０を確認するための点検用開口部１１２とを別々に設けてもよい。

【0025】

点検用開口部１１２を通じてブレード１４０を確認する場合、タワー１１０内に、点検用開口部１１２を通じてタワー１１０の外部を監視する監視カメラを設けてもよい。これにより、洋上の風力発電機１００であってもブレード１４０の状態を遠隔から常時監視できるため、点検をより合理化でき、設備稼働率を向上させることができる。

【0026】

以上説明したように、本発明の風力発電機においては、タワーの外側壁に少なくとも１個の点検用開口部が設けられている。これにより、作業員がナセルからロープワークによってブレードへとアクセスしたり、ドローンを飛ばしたりしなくても、点検用開口部を通じてタワーの内部からレセプターの導通確認や、ブレード表面の目視確認を行うことができる。このように、本発明の風力発電機は、風が強い場所でもレセプターの導通確認やブレード表面の確認が風の影響をあまり受けずに簡便に行えるため、特に洋上での風力発電において有利である。

【0027】

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図２に示すように、タワー１１０の外側壁１１１に、中心軸Ｏ１周りに４つの点検用開口部１１２Ａが等角度間隔に設けられ、４つの点検用開口部１１２Ｂが等角度間隔に設けられている風力発電機１００Ａであってもよい。４つの点検用開口部１１２Ａと４つの点検用開口部１１２Ｂは交互に中心軸Ｏ１周りに等角度間隔に設けられている。

【0028】

点検用開口部１１２Ａは、図１に示すブレード１４０のレセプター１４１の導通を確認するための点検用開口部である。点検用開口部１１２Ｂは、ブレード１４０の表面を確認するための点検用開口部である。風力発電機１００Ａでは、タワー１１０内に各々の点検用開口部１１２Ｂを通じてブレード１４０を確認できる監視カメラ１５０が設けられている。

【0029】

本発明の風力発電機は、レセプターがブレードの先端部以外の部分に設けられていてもよい。また、レセプターの導通確認やブレード表面の確認が可能な範囲であれば、鉛直方向において、先端が最下端の位置にある状態のブレードに設けられたレセプターと点検用開口部が異なる高さになっていてもよい。
本発明の風力発電機には監視カメラが設けられていなくてもよい。

【0030】

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0031】

１００，１００Ａ…風力発電機、１１０…タワー、１１１…外側壁、１１２…点検用開口部、１２０…ナセル、１３０…ハブ、１４０…ブレード、１５０…監視カメラ、Ｏ１…中心軸。

【要約】

【課題】本発明は、ブレードに設けたレセプターの導通確認やブレード表面の損傷の有無の確認が簡便に行える風力発電機を提供することを目的とする。
【解決手段】タワー１１０と、タワー１１０の上部にタワー１１０の中心軸Ｏ１周りに回動可能に設けられたナセル１２０と、ナセル１２０の前方に中心軸Ｏ１に直交する軸周りに回転可能に設けられたハブ１３０と、ハブ１３０に設けられた少なくとも１本のブレード１４０と、を備え、タワー１１０の外側壁１１１に少なくとも１個の点検用開口部１１２が設けられている、風力発電機１００。
【選択図】図１

【図1】

【図2】