特許7297897風力タービンのロータブレード用のブレードセグメントの構造構成要素を製造するための方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-16
(45)【発行日】2023-06-26
(54)【発明の名称】風力タービンのロータブレード用のブレードセグメントの構造構成要素を製造するための方法
(51)【国際特許分類】
F03D 1/06 20060101AFI20230619BHJP
B29C 70/30 20060101ALI20230619BHJP
【ＦＩ】
F03D1/06 A
B29C70/30
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2021532197
(86)(22)【出願日】2018-12-11
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-04-01
(86)【国際出願番号】 US2018064847
(87)【国際公開番号】W WO2020122867
(87)【国際公開日】2020-06-18
【審査請求日】2021-12-03
(73)【特許権者】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100105588
【弁理士】
【氏名又は名称】小倉 博
(74)【代理人】
【識別番号】100129779
【弁理士】
【氏名又は名称】黒川 俊久
(72)【発明者】
【氏名】ロッドウェル，アンドリュー・ミッチェル
(72)【発明者】
【氏名】チェン，シュ
(72)【発明者】
【氏名】シェパード，ジュリー・アン
(72)【発明者】
【氏名】シリッグ，スコット・イヴァーソン
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２００７／００７４８９２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１３／０８４３６１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１２－１３５９９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１６２０７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２１９０７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１３／００６８３８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１４７３７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２９Ｃ ７０／３０
Ｆ０３Ｄ １／０６
Ｆ０３Ｄ ８０／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
風力タービン（１０）のロータブレード（２８）のブレードセグメント（３０、３２）の構造構成要素の製造プロセスにおける製造欠陥を防止するための方法（１００、２００）であって、１つまたは複数の端部（１５８）を有する１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）を提供すること（２０２）と、
前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）の前記１つまたは複数の端部（１５８）をカバー材料（１６０）で被覆すること（２０４）と、
１つまたは複数の繊維層（１５４）に隣接させて前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）を載置すること（２０６）と、
前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）で前記構造構成要素を形成すること（２０８）と
を含み、
前記カバー材料（１６０）は、前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）全体を覆うことなく、前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）の周囲に配置される、方法（１００、２００）。
【請求項2】
風力タービン（１０）のロータブレード（２８）用のブレードセグメント（３０、３２）の構造構成要素を製造するための方法（１００、２００）であって、前記構造構成要素の金型（１５０）を提供すること（１０２）と、
前記金型（１５０）の上または中に１つまたは複数の繊維層（１５４）をレイアップすること（１０４）であって、前記１つまたは複数の繊維層（１５４）は、前記構造構成要素の表面を形成することと、
１つまたは複数の端部（１５８）を有する１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）を提供すること（１０６）と、
カバー材料（１６０）を前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）の前記１つまたは複数の端部（１５８）に提供すること（１０８）と、
前記１つまたは複数の繊維層（１５４）の上に１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）を載置すること（１１０）と、
前記１つまたは複数の繊維層（１５４）に張力をかけ、前記１つまたは複数の繊維層（１５４）を前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）に対して移動させる一方、前記カバー材料（１６０）は、前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）に対する前記１つまたは複数の繊維層（１５４）の引っ掛かりまたは引き裂きを防止すること、
前記構造構成要素を形成するように、樹脂材料（１６２）を介して前記１つまたは複数の繊維層（１５４）および前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）を共に注入すること（１１２）と
を含む、方法（１００、２００）。
【請求項3】
前記カバー材料（１６０）は、少なくとも複合布帛材料、プレハブ複合部品、接着剤、または樹脂を含む、請求項１乃至２のいずれか１項に記載の方法（１００、２００）。
【請求項4】
前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）は、少なくとも部分的に、銅で構築される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法（１００、２００）。
【請求項5】
前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）で前記構造構成要素を形成すること（２０８）は、前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）を前記構造構成要素の金型（１５０）内に載置することと、樹脂材料（１６２）を介して前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）を共に注入することとをさらに含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法（１００、２００）。
【請求項6】
風力タービン（１０）のロータブレード（２８）のブレードセグメント（３０、３２）の構造構成要素の製造プロセスにおける製造欠陥を防止するための方法（１００、２００）であって、１つまたは複数の端部（１５８）を有する１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）を提供すること（２０２）と、
前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）の前記１つまたは複数の端部（１５８）をカバー材料（１６０）で被覆すること（２０４）と、
１つまたは複数の繊維層（１５４）に隣接させて前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）を載置すること（２０６）と、
前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）で前記構造構成要素を形成すること（２０８）と
を含み、
前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）で前記構造構成要素を形成すること（２０８）は、前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）を前記構造構成要素の金型（１５０）内に載置することと、樹脂材料（１６２）を介して前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）を共に注入することとをさらに含み、
前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）で前記構造構成要素を形成すること（２０８）は、１つまたは複数の剪断ウェブ（１６４、１６６）を前記金型（１５０）内に載置することと、前記樹脂材料（１６２）を介して前記１つまたは複数の被覆端部（１５８）を有する前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）と共に前記１つまたは複数の剪断ウェブ（１６４、１６６）を注入することとをさらに含む、方法（１００、２００）。
【請求項7】
前記構造構成要素は、前記ブレードセグメント（３０、３２）のビーム構造（４０）または受容セクション（６０）の少なくとも１つを備える、請求項５または６に記載の方法（１００、２００）。
【請求項8】
前記樹脂材料（１６２）は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の少なくとも１つを含む、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の方法（１００、２００）。
【請求項9】
前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）は、前記風力タービン（１０）の動作中に前記構造構成要素への雷保護、または前記構造構成要素への構造的支持の少なくとも１つを提供するように構成される、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の方法（１００、２００）。
【請求項10】
１つまたは複数の構造的特徴を前記金型（１５０）内に載置することと、前記樹脂材料（１６２）を介して前記１つまたは複数の繊維層（１５４）および前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）と共に前記１つまたは複数の構造的特徴を注入することとをさらに含む、請求項５乃至９のいずれか１項に記載の方法（１００、２００）。
【請求項11】
風力タービン（１０）のロータブレード（２８）のブレードセグメント（３０、３２）用の構造構成要素であって、１つまたは複数の端部（１５８）を有する１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）と、
前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）の前記１つまたは複数の端部（１５８）を被覆するカバー材料（１６０）と、
前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）に隣接する１つまたは複数の繊維層（１５４）と、
前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）、前記カバー材料、および前記１つまたは複数の繊維層（１５４）を共に固定する樹脂材料（１６２）と
を備え、
み、
前記カバー材料（１６０）は、前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）全体を覆うことなく、前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）の周囲に配置される、構造構成要素。
【請求項12】
前記樹脂材料（１６２）内に固定された１つまたは複数の構造的特徴をさらに備える、請求項１１に記載の構造構成要素。
【請求項13】
前記１つまたは複数の構造的特徴は、引抜成形物（１６８、１７０）の１つまたは複数の層、１つまたは複数の剪断ウェブ（１６４、１６６）、またはコア材料（１７２）の少なくとも１つを含む、請求項１１乃至１２のいずれか１項に記載の構造構成要素。
【請求項14】
前記カバー材料（１６０）は、少なくとも複合布帛材料、プレハブ複合部品、接着剤、または樹脂を含み、前記１つまたは複数の金属メッシュ層（１５６）は、少なくとも部分的に、銅で構築され、前記構造構成要素は、前記ブレードセグメント（３０、３２）のビーム構造（４０）または受容セクション（６０）の少なくとも１つを備える、請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の構造構成要素。
【請求項15】
請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の構造構成要素のための金型（１５０）と、前記金型（１５０）内に配置された前記１つまたは複数の繊維層（１５４）に張力をかける手段と、
前記金型（１５０）に樹脂材料（１６２）を供給する樹脂材料の供給源と
を備える、製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、風力タービンに関し、より詳細には、風力タービンのロータブレード用のブレードセグメントの構造構成要素を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。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。
【0004】
加えて、風力タービンが大型化し続けるにつれて、ロータブレードのサイズも大きくなり続けている。したがって、最新のロータブレードは、１つまたは複数の接合部において互いに接合されるいくつかのセグメントで構築され得る。したがって、特定の接合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つまたは複数の翼長方向および翼弦方向に延び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容セクション内に受容されたビーム構造を有する第１のブレードセグメントを含む。さらに、ピンからの反作用が、１つまたは複数のブッシングを介して接合部の場所における様々な軸受ブロックに伝達される。
【0005】
ブレードセグメントの大きな構造構成要素を製造することは、複雑であり得る。例えば、特定の場合では、ビーム構造および／または受容セクションは、雷保護のためにその中に埋め込まれた金属メッシュを含むことができる。したがって、現在の製造プロセスでは、金属メッシュは、その１つまたは複数の布帛層に隣接させて構造構成要素の金型内に敷設されなければならない。加えて、布帛層は、圧密化されたレイアップを確実にするために、規則正しく張力をかける必要がある。金属メッシュは布帛層よりも曲げにくく剛性が高いため、張力をかけている間に金属メッシュの縁部が布帛層に絡まって引っ掛かりやすくなる。このため、レイアップ中および布帛に張力をかけている間に、構造構成要素に特定の品質問題（しわなど）が発生する可能性がある。
【0006】
したがって、本開示は、上述の問題に対処する風力タービンのロータブレード用のブレードセグメントの構造構成要素を製造するための方法を対象とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／２６８４７９号明細書
【発明の概要】
【0008】
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。
【0009】
一態様では、本開示は、風力タービンのロータブレードのブレードセグメントの構造構成要素の製造プロセスにおける製造欠陥を防止するための方法を対象とする。方法は、１つまたは複数の端部を有する１つまたは複数の金属メッシュ層を提供することを含む。方法はまた、金属メッシュ層の端部をカバー材料で被覆することを含む。さらに、方法は、１つまたは複数の繊維層に隣接させて被覆端部を有する金属メッシュ層を載置することを含む。また、方法は、被覆端部を有する金属メッシュ層および繊維層で構造構成要素を形成することを含む。
【0010】
一実施形態では、方法は、繊維層に隣接させて被覆端部を有する金属メッシュ層を載置した後、例えば金型内での膨張などによって繊維層に張力をかけることを含んでもよい。別の実施形態では、カバー材料は、例えば、複合布帛材料（チョップドストランドマット（ＣＳＭ）、二軸布帛、またはプリプレグ材料など）、プレハブ複合部品、接着剤、樹脂、および／または適切なカバーを金属メッシュ層の縁部に提供するように適用後に硬化する任意の他の適切な液体材料を含んでもよい。さらなる実施形態では、金属メッシュ層は、少なくとも部分的に、銅または任意の他の適切な金属材料で構築されてもよい。
【0011】
追加の実施形態では、被覆端部を有する金属メッシュ層および繊維層で構造構成要素を形成することは、被覆端部を有する金属メッシュ層および繊維層を構造構成要素の金型内に載置することと、樹脂材料を介して被覆端部を有する金属メッシュ層および繊維層を共に注入することとを含むことができる。別の実施形態では、被覆端部を有する金属メッシュ層および繊維層で構造構成要素を形成することは、１つまたは複数の構造的特徴を金型内に載置することと、樹脂材料を介して被覆端部を有する金属メッシュ層および繊維層と共に構造的特徴を注入することとを含むことができる。
【0012】
さらなる実施形態では、構造構成要素は、ブレードセグメントのビーム構造、ブレードセグメントの受容セクションなどを含んでもよい。特定の実施形態では、樹脂材料は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含んでもよい。
【0013】
いくつかの実施形態では、金属メッシュ層は、風力タービンの動作中に構造構成要素への雷保護、および／または構造構成要素への構造的支持を提供するように構成される。
【0014】
別の態様では、本開示は、風力タービンのロータブレード用のブレードセグメントの構造構成要素を製造するための方法を対象とする。方法は、構造構成要素の金型を提供することを含む。方法はまた、金型の中または上に１つまたは複数の繊維層をレイアップすることを含む。したがって、繊維層は、構造構成要素の表面を形成する。さらに、方法は、１つまたは複数の端部を有する１つまたは複数の金属メッシュ層を提供することを含む。また、方法は、カバー材料を金属メッシュ層の端部に提供することを含む。加えて、方法は、繊維層の上に被覆端部を有する金属メッシュ層を載置することを含む。したがって、方法は、構造構成要素を形成するように、樹脂材料を介して繊維層および金属メッシュ層を共に注入することを含む。方法は、本明細書に記載されるような追加のステップおよび／または特徴のいずれかをさらに含み得ることを理解されたい。
【0015】
さらに別の態様では、本開示は、風力タービンのロータブレードのブレードセグメント用の構造構成要素を対象とする。構造構成要素は、１つまたは複数の端部を有する１つまたは複数の金属メッシュ層と、金属メッシュ層の端部を被覆するカバー材料と、金属メッシュ層に隣接する１つまたは複数の繊維層と、金属メッシュ層、カバー材料、および繊維層を共に固定する樹脂材料とを含む。構造構成要素は、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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】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。
【図2】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。
【図3】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。
【図4】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。
【図5】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。
【図6】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の一実施形態の分解斜視図である。
【図7】本開示による、風力タービンのロータブレード用のブレードセグメントの構造構成要素を製造するための方法の一実施形態のフローチャートである。
【図8】本開示による、ロータブレードのブレードセグメントのビーム構造の金型の一実施形態の正面図であり、特に繊維層に隣接して金型内にレイアップされた金属メッシュ層を示し、金属メッシュ層は、その端部がカバー材料で被覆されている。
【図11】本開示による、ロータブレードのブレードセグメントのビーム構造の金型内にレイアップされた金属メッシュ層の一実施形態の斜視図である。
【図13】本開示による、風力タービンのロータブレードのブレードセグメントの構造構成要素の製造プロセスにおける製造欠陥を防止するための方法の一実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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、正圧側シェル部材および／または負圧側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、少なくとも、両方のブレードセグメント３０、３２内に延びる内部支持構造３６によって接続される。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が内部支持構造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接合されることを示している。加えて、図示のように、第２のブレードセグメントは、ロータブレード２８のブレード根元セクション３５（図７により詳細に示す）および第１のブレードセグメント３０のビーム構造４０（図５により詳細に示す）と接続するために縦方向に延びる複数のスパー構造６６（本明細書ではスパーキャップとも呼ばれる）を含む。
【0022】
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、内部支持構造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。さらに、図示のように、ビーム構造４０は、スパーセクション４２から突出する延長部を有する第１のブレードセグメント３０の一部を形成し、それによって延長スパーセクションを形成する。ビーム構造４０は、負圧側スパーキャップ４６および正圧側スパーキャップ４８と接続された剪断ウェブ４４を含む。
【0023】
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のピン接合部を含み得る。一実施形態では、ピン接合部は、ブッシング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、ピン接合部は、ビーム構造４０に位置する１つのピン管５２を含むことができる。したがって、図示のように、ピン管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に位置するピン接合スロット５０を含み得る。また、図示のように、ピン接合スロット５０は、翼弦方向に配向されてもよい。一例では、ピン管またはピン（図６にピン５３として示す）と緊密に締まり嵌めして配置されたピン接合スロット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のピン接合管５６、５８を含んでもよい。したがって、図示のように、第２のピン接合管５６、５８は、前縁ピン接合管５６と、後縁ピン接合管５８とを含むことができる。さらに、第２のピン接合管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のピン接合管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。
【0024】
ビーム構造４０の第１の端部に位置するピン管５２は、翼長方向に、複数の第２のピン接合管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を接続するピン接合部の各々は、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。
【0025】
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、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スパー構造６６を含む。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のピン管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ピン接合スロット６２、６４をさらに含むことができる。一例では、複数のピン接合スロット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。
【0026】
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、縦方向に延びる複数のスパー構造６６を含み、ビーム構造４０を支持する。受容セクション６０はまた、翼長方向にビーム構造４０のピン管５２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の間のピン接合接続を可能にする前縁ピン開口部７８および後縁ピン開口部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、前縁ピン開口部７８および後縁ピン開口部８０に位置するブッシングと緊密に締まり嵌めされたピン管５６および５８によって接続される。別の実施形態では、スパー構造６６、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、複数のピン管またはピン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。
【0027】
ここで図６を参照すると、ロータブレード２８の受容セクション６０に向かうアセンブリ７０の複数の支持構造の分解斜視図が示されている。図示のように、一対のスパー構造６６は、ビーム構造４０を受容するように構成され、ピン管またはピン５３を挿入することができるビーム構造４０のピン接合スロット５０と整列されたピン接合スロット８２、８４を含む。さらに、ピン５３は、スパー構造６６およびビーム構造４０が組み立て中に互いに接合されるように、整列するピン接合スロット８２、５０、８４内に緊密な締まり嵌めのままであるように構成される。さらに、図６はまた、ビーム構造４０のピン管５２を受容するように構成されたピン接合スロット８６を含む締結要素７２を示している。したがって、ピン管５２は、緊密な締まり嵌めのピン接合部を形成するように構成される。さらに、一対のスパー構造６６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一端８８で互いに接合することができる。
【0028】
ここで図７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用のブレードセグメントの構造構成要素を製造するための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６および図８～図１２に示すロータブレード２８のビーム構造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１００は、任意の他の適切な構成を有するロータブレード２８の任意の他の適切な構造構成要素（受容セクション６０など）で実施することができることを理解されたい。加えて、図７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。
【0029】
（１０２）に示すように、方法１００は、ビーム構造４０の金型１５０を提供することを含む。例えば、図８に示すように、金型１５０は、ビーム構造４０の外面を画定する外壁１５２を有することができる。代替的に、金型１５０は、ロータブレード構成要素の内面を画定する壁を有してもよい。（１０４）に示すように、方法１００は、金型１５０の中または上に１つまたは複数の繊維層１５４をレイアップすることを含む。例えば、図８に示すように、外側繊維層１５４が金型１５０内に示されている。したがって、図示する実施形態では、繊維層１５４は、完成したビーム構造４０の外面を形成する。
【0030】
（１０６）に示すように、方法１００は、１つまたは複数の端部１５８を有する１つまたは複数の金属メッシュ層１５６を提供することを含む。したがって、金属メッシュ層１５６は、風力タービン１０の動作中にビーム構造４０への雷保護、および／またはビーム構造４０への構造的支持を提供するように構成される。例えば、図１１～図１２に示すように、本開示によるビーム構造４０の金型１５０内の金属メッシュ層１５６の様々な図が示されている。より具体的には、図示のように、金属メッシュ層１５６は、少なくとも１つの端部１５８またはその周囲の縁部を画定する可撓性シート材料であってもよい。したがって、図示のように、金属メッシュ層１５６は、金型１５０内に容易にレイアップすることができ、金型１５０の形状に適合するように構成される。加えて、一実施形態では、金属メッシュ層１５６は、少なくとも部分的に、銅または任意の他の適切な金属材料で構築されてもよい。
【0031】
したがって、図７に戻って参照すると、（１０８）に示すように、方法１００は、カバー材料１６０を金属メッシュ層１５６の端部１５８に提供することを含む。より具体的には、特定の実施形態では、カバー材料１６０は、例えば、複合布帛材料（チョップドストランドマット（ＣＳＭ）、二軸布帛、またはプリプレグ材料など）、プレハブ複合部品、接着剤、樹脂、および／または適切なカバーを金属メッシュ層１５６の端部／縁部１５８に提供するように適用後に硬化する任意の他の適切な液体材料を含んでもよい。図１１～図１２は、金属メッシュ層１５６の端部１５８の上に配置されたカバー材料１６０の一実施形態をさらに示している。例えば、図１１に示すように、カバー材料１６０は、金型１５０内の１６５に示すように、隣接する金属メッシュ層１５６の重なり合う端部１５８に載置することができる。加えて、図１１および図１２に示すように、カバー材料１６０は、前縁および後縁金属メッシュ層１５６の外側端部１５８（すなわち、金型１５０の外側）に載置されてもよい。
【0032】
（１１０）に示すように、方法１００は、繊維層１５４の上に被覆端部１５８を有する金属メッシュ層１５６を載置することを含む。例えば、図８および図９に示すように、前縁および後縁金属メッシュ層１５６は、繊維層１５４の上で金型１５０内にレイアップされてもよい。より具体的には、図９に示すように、前縁金属メッシュ層１５６および後縁金属メッシュ層１５６は、それらのそれぞれの端部１５８が１６５に示すように重なり合うように、金型１５０内に載置することができる。
【0033】
一実施形態では、方法１００は、繊維層１５４に隣接させて被覆端部１５８を有する金属メッシュ層１５６を載置した後、繊維層１５４に張力をかけることを含んでもよい。そのような実施形態では、カバー材料１６０は、金属メッシュ層１５６に対する繊維層１５４の引っ掛かりまたは引き裂きを防止するように構成される。
【0034】
図７に戻って参照すると、（１１２）に示すように、方法１００は、ビーム構造４０を形成するように、樹脂材料１６２を介して繊維層１５４および金属メッシュ層１５６を共に注入することを含む。より具体的には、図１０に示すように、繊維層１５４の上に被覆端部１５８を有する金属メッシュ層１５６を載置した後、１つまたは複数の追加の構造的特徴を金型１５０内に載置することができ、すなわちビーム構造４０の形状を形成することができる。例えば、図示のように、１つまたは複数の剪断ウェブ１６４、１６６、引抜成形物（ｐｕｌｔｒｕｓｉｏｎｓ）１６８、１７０の１つまたは複数の層、および／またはコアもしくは発泡材料１７２を金型１５０内に載置することができる。そのような実施形態では、図示のように、様々な繊維層１５４および金属メッシュ層１５６の端部は、構造的特徴の周りに折り畳まれるかまたは巻き付けられ、ビーム構造形状を完成させることができる。したがって、カバー材料１６０により、金属メッシュ層１５６の外側端部１５８がビーム構造４０の内部構造的特徴の周りに折り畳まれるとき、端部１５８は、繊維層１５４の接触部分を引っ掛けない。そのような実施形態では、方法１００は、ビーム構造４０を形成するように、樹脂材料１６２を介して繊維層１５４、金属メッシュ層１５６、剪断ウェブ１６４、１６６、引抜成形物１６８、１７０、および／またはコア材料１７２を共に注入することを含むことができる。
【0035】
特定の実施形態では、樹脂材料１６２は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含んでもよい。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。
【0036】
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。
【0037】
加えて、本明細書に記載の繊維層は、例えば、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。
【0038】
ここで図１３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ブレードセグメントの構造構成要素の製造プロセスにおける製造欠陥を防止するための方法のフローチャート２００が示されている。一般に、方法２００は、図１～図６および図８～図１２に示すロータブレード２８のビーム構造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ロータブレード２８の任意の他の適切な構造構成要素（受容セクション６０など）で実施することができることを理解されたい。加えて、図１３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。
【0039】
（２０２）に示すように、方法２００は、１つまたは複数の端部１５８を有する１つまたは複数の金属メッシュ層１５６を提供することを含むことができる。（２０４）に示すように、方法２００は、金属メッシュ層１５６の端部１５８をカバー材料１６０で被覆することを含むことができる。（２０６）に示すように、方法２００は、１つまたは複数の繊維層１５４に隣接させて被覆端部１５８を有する金属メッシュ層１５６を載置することを含むことができる。（２０８）に示すように、方法２００は、被覆端部１５８を有する金属メッシュ層１５６および繊維層１５４でビーム構造４０を形成することを含むことができる。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【符号の説明】
【0043】
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 翼弦方向接合部
３５ ブレード根元セクション
３６ 内部支持構造
３８ 矢印
４０ ビーム構造
４２ スパーセクション
４４ 剪断ウェブ
４６ 負圧側スパーキャップ
４８ 正圧側スパーキャップ
５０ ピン接合スロット
５２ ピン管
５３ ピン
５４ 第１の端部
５５ フランジ
５６ 第２のピン接合管、前縁ピン接合管、ピン
５７ フランジ
５８ 第２のピン接合管、後縁ピン接合管、ピン
６０ 受容セクション
６１ フランジ
６２ ピン接合スロット
６３ フランジ
６４ ピン接合スロット
６６ スパー構造
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 前縁ピン開口部
８０ 後縁ピン開口部
８２ ピン接合スロット
８４ ピン接合スロット
８６ ピン接合スロット
８８ 一端
１００ フローチャート、方法
１５０ 金型
１５２ 外壁
１５４ 繊維層
１５６ 金属メッシュ層、前縁金属メッシュ層、後縁金属メッシュ層
１５８ 端部、縁部、被覆端部、外側端部
１６０ カバー材料
１６２ 樹脂材料
１６４ 剪断ウェブ
１６６ 剪断ウェブ
１６８ 引抜成形物
１７０ 引抜成形物
１７２ コア材料、発泡材料
２００ フローチャート、方法
Ｄ 最適距離
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 翼弦方向接合部
３５ ブレード根元セクション
３６ 内部支持構造
３８ 矢印
４０ ビーム構造
４２ スパーセクション
４４ 剪断ウェブ
４６ 負圧側スパーキャップ
４８ 正圧側スパーキャップ
５０ ピン接合スロット
５２ ピン管
５３ ピン
５４ 第１の端部
５５ フランジ
５６ 第２のピン接合管、前縁ピン接合管、ピン
５７ フランジ
５８ 第２のピン接合管、後縁ピン接合管、ピン
６０ 受容セクション
６１ フランジ
６２ ピン接合スロット
６３ フランジ
６４ ピン接合スロット
６６ スパー構造
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 前縁ピン開口部
８０ 後縁ピン開口部
８２ ピン接合スロット
８４ ピン接合スロット
８６ ピン接合スロット
８８ 一端
１００ フローチャート、方法
１５０ 金型
１５２ 外壁
１５４ 繊維層
１５６ 金属メッシュ層、前縁金属メッシュ層、後縁金属メッシュ層
１５８ 端部、縁部、被覆端部、外側端部
１６０ カバー材料
１６２ 樹脂材料
１６４ 剪断ウェブ
１６６ 剪断ウェブ
１６８ 引抜成形物
１７０ 引抜成形物
１７２ コア材料、発泡材料
２００ フローチャート、方法
Ｄ 最適距離
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】