特許 7427656 ジョイント風力タービンロータブレード用のスパー構成

(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】2024-01-26

(45)【発行日】2024-02-05

(54)【発明の名称】ジョイント風力タービンロータブレード用のスパー構成

(51)【国際特許分類】

   F03D 13/10 20160101AFI20240129BHJP

   F03D 1/06 20060101ALI20240129BHJP

【ＦＩ】

F03D13/10

F03D1/06 A

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021510005

(86)(22)【出願日】2019-08-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-12-16

(86)【国際出願番号】 US2019048567

(87)【国際公開番号】W WO2020047092

(87)【国際公開日】2020-03-05

【審査請求日】2022-08-22

(31)【優先権主張番号】16/114,341

(32)【優先日】2018-08-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513131419

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック レノバブレス エスパーニャ， エセ．エレ．

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(72)【発明者】

【氏名】メルツハウザー，トマス

(72)【発明者】

【氏名】オーブリオン，マシルド

(72)【発明者】

【氏名】クマール，リシュイケシュ

(72)【発明者】

【氏名】ステファンセン，ソーレン

【審査官】所村 陽一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１５５０８４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ １３／１０

Ｆ０３Ｄ １／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延びる第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、前記ブレードセグメント（３０、３２）の各々は、正圧側シェル部材（３１）および負圧側シェル部材（３３）を有する第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）と、
前記第１のブレードセグメント（３０）から翼幅方向に延びるビーム構造（４０）と、
前記ビーム構造（４０）を受け入れるために前記第２のブレードセグメント（３２）に形成された受容セクション（６０）であって、対向するスパーキャップ（６８、７０）および対向する相互接続ウェブ（７２）を備える受容セクション（６０）と
を備え、
前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記受容セクション（６０）に沿って一定の厚さ（７４）を備え、前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記ビーム構造（４０）と重なり合い、前記受容セクション（６０）に沿って前記スパーキャップ（６８、７０）の所望の剛性をもたらし、
前記相互接続ウェブ（７２）は、炭素材料（８２）から形成され、前記翼弦方向ジョイント（３４）からの定義された距離と比較して、前記翼弦方向ジョイント（３４）において量が低減された前記炭素材料を含む、
風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項2】

翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延びる第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、前記ブレードセグメント（３０、３２）の各々は、正圧側シェル部材（３１）および負圧側シェル部材（３３）を有する第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）と、
前記第１のブレードセグメント（３０）から翼幅方向に延びるビーム構造（４０）と、
前記ビーム構造（４０）を受け入れるために前記第２のブレードセグメント（３２）に形成された受容セクション（６０）であって、対向するスパーキャップ（６８、７０）および対向する相互接続ウェブ（７２）を備える受容セクション（６０）と
を備え、
前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記受容セクション（６０）に沿って一定の厚さ（７４）を備え、前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記ビーム構造（４０）と重なり合い、前記受容セクション（６０）に沿って前記スパーキャップ（６８、７０）の所望の剛性をもたらし、
前記相互接続ウェブ（７２）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）に接近する先細の厚さ（９０）を備える、風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項3】

翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延びる第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、前記ブレードセグメント（３０、３２）の各々は、正圧側シェル部材（３１）および負圧側シェル部材（３３）を有する第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）と、
前記第１のブレードセグメント（３０）から翼幅方向に延びるビーム構造（４０）と、
前記ビーム構造（４０）を受け入れるために前記第２のブレードセグメント（３２）に形成された受容セクション（６０）であって、対向するスパーキャップ（６８、７０）および対向する相互接続ウェブ（７２）を備える受容セクション（６０）と
を備え、
前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記受容セクション（６０）に沿って一定の厚さ（７４）を備え、前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記ビーム構造（４０）と重なり合い、前記受容セクション（６０）に沿って前記スパーキャップ（６８、７０）の所望の剛性をもたらし、
前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）においてその終端（８０）に非導電性材料（７８）を含み、
前記翼弦方向ジョイント（３４）での前記スパーキャップ（６８、７０）の前記一定の厚さ（７４）の全体は、前記非導電性材料（７８）によって定義され、前記非導電性材料（７８）は、定義された長さ（７６）にわたって前記翼弦方向ジョイント（３４）から翼幅方向に離れて延びる、風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項4】

翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延びる第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、前記ブレードセグメント（３０、３２）の各々は、正圧側シェル部材（３１）および負圧側シェル部材（３３）を有する第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）と、
前記第１のブレードセグメント（３０）から翼幅方向に延びるビーム構造（４０）と、
前記ビーム構造（４０）を受け入れるために前記第２のブレードセグメント（３２）に形成された受容セクション（６０）であって、対向するスパーキャップ（６８、７０）および対向する相互接続ウェブ（７２）を備える受容セクション（６０）と
を備え、
前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記受容セクション（６０）に沿って一定の厚さ（７４）を備え、前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記ビーム構造（４０）と重なり合い、前記受容セクション（６０）に沿って前記スパーキャップ（６８、７０）の所望の剛性をもたらし、
前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）においてその終端（８０）に非導電性材料（７８）を含み、
前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記受容セクション（６０）に沿って異なる材料（８２）から前記非導電性材料（７８）への、前記受容セクション（６０）に沿って前記一定の厚さ（７４）を維持する遷移部（８４）を備える、風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項5】

前記異なる材料（８２）は、炭素材料（８２）であり、前記遷移部（８４）は、前記炭素材料（８２）および前記非導電性材料（７８）の先細セクション（９０）および重なりセクション（８６）を備える、請求項４に記載の風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項6】

翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延びる第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、前記ブレードセグメント（３０、３２）の各々は、正圧側シェル部材（３１）および負圧側シェル部材（３３）を有する第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）と、
前記第１のブレードセグメント（３０）から翼幅方向に延びるビーム構造（４０）と、
前記ビーム構造（４０）を受け入れるために前記第２のブレードセグメント（３２）に形成された受容セクション（６０）であって、対向するスパーキャップ（６８、７０）および対向する相互接続ウェブ（７２）を備える受容セクション（６０）と
を備え、
前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）においてその終端（８０）に非導電性材料（７８）を含み、
前記翼弦方向ジョイント（３４）での前記スパーキャップ（６８、７０）の全体は、前記非導電性材料（７８）によって定義され、前記非導電性材料（７８）は、定義された長さ（７６）にわたって前記翼弦方向ジョイント（３４）から翼幅方向に離れて延び、前記スパーキャップ（６８、７０）は、前記受容セクション（６０）に沿って炭素材料（８２）から前記非導電性材料（７８）への遷移部（８４）を備える、風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項7】

翼弦方向ジョイント（３４）から反対方向に延びる第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、前記ブレードセグメント（３０、３２）の各々は、正圧側シェル部材（３１）および負圧側シェル部材（３３）を有する第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）と、
前記第１のブレードセグメント（３０）から翼幅方向に延びるビーム構造（４０）と、
前記ビーム構造（４０）を受け入れるために前記第２のブレードセグメント（３２）に形成された受容セクション（６０）であって、対向するスパーキャップ（６８、７０）および対向する相互接続ウェブ（７２）を備える受容セクション（６０）と
を備え、
前記相互接続ウェブ（７２）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）からの定義された距離と比較して、前記翼弦方向ジョイント（３４）において量が低減された炭素材料（８２）を含む、
風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項8】

前記相互接続ウェブ（７２）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）に隣接する切り欠き領域（８８）を備える、請求項１乃至７のいずれかに記載の風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項9】

前記切り欠き領域（６８）は、湾曲したまたは半円形の切り欠きを備える、請求項８に記載の風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項10】

前記相互接続ウェブ（７２）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）から距離を置いて前記炭素材料（８２）から非導電性材料（７８）への遷移部（８４）を備える、請求項８または９に記載の風力タービンロータブレード（２８）。

【請求項11】

前記相互接続ウェブ（７２）は、前記翼弦方向ジョイント（３４）に接近する前記炭素材料（８２）の先細の厚さ（９０）を備える、請求項１乃至１０のいずれかに記載の風力タービンロータブレード（２８）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本主題は、一般に、風力タービンロータブレードに関し、より具体的には、ジョイントブレードのセグメント間のスパー構成に関する。

【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。最新の風力タービンは、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含む。ロータブレードは、既知のフォイル原理を使用して風から運動エネルギーを取り出し、回転エネルギーを介して運動エネルギーを伝達し、ロータブレードをギアボックスに結合する（ギアボックスを使用しない場合、発電機に直接結合する）シャフトを回転させる。次いで、発電機は、機械的エネルギーを、ユーティリティグリッドに供給することができる電気エネルギーに変換する。

【0003】

風力タービンロータブレードは、一般に、複合ラミネート材料の２つのシェル半体によって形成されたボディシェルを含む。シェル半体は、一般に成形プロセスを使用して製造され、次にロータブレードの対応する端に沿って互いに結合される。一般に、ボディ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性質（例えば、剛性、座屈抵抗、および強度）を有する。

【0004】

近年、風力発電用の風力タービンは、発電効率の改善の達成、および発電量の増加のために大型化している。風力発電用の風力タービンのサイズの増加に伴い、風力タービンロータブレードも大幅に大型化しており（例えば、最大５５メートルの長さ）、一体型の製造、ならびに現場へのブレードの運搬と輸送が困難になっている。

【0005】

これに関して、業界は、個別のブレードセグメントが製造され、完全なブレード（「ジョイント」ブレード）に組み立てるために現場に輸送される組み立て式風力タービンロータブレードを開発している。ある特定の構造では、ブレードセグメントは、一方のブレードセグメントから他方のブレードセグメントの受容セクションまで翼幅方向に延びるビーム構造によって互いに接合される。例えば、米国特許出願公開第２０１５／０３６９２１１号を参照すると、受容セクションで第２のブレードセグメントと構造的に接続する縦方向に延びるビーム構造を有する第１のブレードセグメントが記載されている。ビーム構造は、ブレードに対する内部支持構造の一部を形成し、負圧側スパーキャップおよび正圧側スパーキャップと接続された剪断ウェブを含む。第２のブレードセグメントの受容端と接続するために複数のボルトジョイントがビーム構造上にあり、また、複数のボルトジョイントがブレードセグメント間の翼弦方向ジョイントに位置する。

【0006】

同様に、米国特許出願公開第２０１１／００９１３２６号は、第１のブレード部分および第２のブレード部分がジョイントから反対方向に延びるジョイントブレードを記載している。各ブレード部分は、ブレードの構造部材を形成し、縦方向に貫通するスパーセクションを含み、第１のブレード部分および第２のブレード部分は、スパーセクションを接合するスパーブリッジによって構造的に接続される。スパーブリッジは、他のブレード部分の受容スパーセクションで受け取られるスパーセクションの１つの延長部であり得る。延長スパーセクションは受容スパーセクションで受け取られ得るので、延長スパーキャップおよび受容スパーキャップは、延長スパーセクションの長さの少なくとも一部に沿って互いに重なり合うことができる。重なり合うスパーキャップの材料の厚さを限定するために、参考文献は、受容スパーキャップの厚さがジョイントに向かって、すなわち、受容スパーセクションの長さの少なくとも一部に沿って先細になり得ることを記載している。

【0007】

そのようなジョイントブレードにおける重要な構造上の考慮事項は、特にブレードセグメント間のジョイントラインの露出エリアにおいて、ジョイント要素／受容構造をブレードシェルに強く接続または結合した状態に保つ方法であることが見出された。この場所での応力は、シェルの剛性と併せてウェブ補強材の剛性によって発揮される。加えて、露出ジョイントラインでジョイント要素に使用されている導電性炭素材料は、落雷の影響を受けやすくなっている。

【0008】

したがって、指摘された問題に対処する、ジョイントブレードのブレードセグメント間の改善されたジョイント構造は、当技術分野における有利な進歩となるであろう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０５１６７２号明細書

【発明の概要】

【0010】

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。

【0011】

一態様では、本開示は、翼弦方向ジョイント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、ジョイント風力タービンロータブレードを対象とする。ブレードセグメントの各々は、正圧側シェル部材および負圧側シェル部材を有する。内部スパー構造が、ブレードセグメントを通って翼幅方向に貫通し、第１のブレードセグメントから翼幅方向に延びるビーム構造を含む。このビーム構造は、第１のブレードセグメント内のスパー構造の一体的な延長部であり得るか、または第１のブレードセグメント内のスパー構造に固定された別個の構造であり得る。受容セクションが、ビーム構造を受け入れるために第２のブレードセグメントに形成され、対向するスパーキャップおよび対向する相互接続ウェブを含む。一実施形態では、この受容セクションは、ビーム構造がスライドする第２のブレードセグメント内のボックスビーム構造として形成され、これは、第２のブレードセグメント内に形成された内部スパー構造のセクションであり得る。

【0012】

特定の実施形態では、受容セクション内のスパーキャップは、受容セクションに沿って一定の厚さを有し、スパーキャップは、ビーム構造と重なり合い、受容セクションに沿ってスパーキャップの所望の剛性をもたらす。スパーキャップは、受容セクションに沿った材料または材料の組み合わせから形成され、これは、所望の剛性特性にさらに寄与することができる。

【0013】

ある特定の実施形態では、受容セクションのスパーキャップは、受容セクションに沿った単一の材料から形成することができ、これは、炭素繊維材料などの高強度導電性材料、またはガラス繊維材料などの非導電性材料であり得る。

【0014】

代替の実施形態では、受容セクションのスパーキャップは、受容セクションに沿った材料の組み合わせから形成することができ、翼弦方向ジョイントにおいてその終端に非導電性材料を含む。例えば、翼弦方向ジョイントでのスパーキャップの一定の厚さの全体は、非導電性材料によって定義されてもよく、そのような非導電性材料は、定義された長さにわたって翼弦方向ジョイントから翼幅方向に離れて延びる。遷移部が、受容セクションに沿って非導電性材料と高強度導電性材料（例えば、炭素材料）などの異なる材料との間に定義され、受容セクションに沿って一定の厚さを維持し得る。例えば、遷移部は、炭素導電性材料および非導電性材料の先細の重なりセクションを含んでもよい。

【0015】

一定の厚さを有するスパーキャップに加えて、受容セクションに沿ったウェブ（例えば、剪断ウェブ）は、炭素繊維材料などの高強度導電性材料で完全に形成され得るが、翼弦方向ジョイントラインからの定義された距離と比較して、翼弦方向ジョイントラインにおいて量が低減されたそのような材料を含む。この構成は、ジョイントラインでの潜在的な落雷に曝される導電性材料の量を減少するのに役立つ。例えば、一実施形態では、ウェブは、翼弦方向ジョイントラインに隣接する切り欠き領域を含んでもよい。この切り欠き領域は、例えば、ジョイントラインに隣接するウェブから導電性材料の少なくとも一部を除去する、湾曲した、半円形の、または真っ直ぐな側面（例えば、三角形）の領域であり得る。

【0016】

ジョイントラインでの導電性材料の量を低減する代替の実施形態では、相互接続ウェブは、翼弦方向ジョイントラインに接近する炭素材料の先細の厚さを有し得る。相互接続ウェブはまた、材料の構成に関係なく、翼弦方向ジョイントラインに向かって先細になり得る。

【0017】

さらに別の実施形態では、相互接続ウェブは、非導電性材料がジョイントラインにあるように、翼弦方向ジョイントラインから距離を置いて炭素材料から非導電性材料への遷移部を含んでもよい。

【0018】

他の態様では、本開示は、翼弦方向ジョイント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、ジョイント風力タービンロータブレードに向けられている。ブレードセグメントの各々は、正圧側シェル部材および負圧側シェル部材を有する。内部スパー構造が、ブレードセグメントを通って翼幅方向に貫通し、第１のブレードセグメントから翼幅方向に延びるビーム構造を含む。このビーム構造は、第１のブレードセグメント内のスパー構造の一体的な延長部であり得るか、または第１のブレードセグメント内のスパー構造に固定された別個の構造であり得る。受容セクションが、ビーム構造を受け入れるために第２のブレードセグメントに形成され、対向するスパーキャップおよび対向する相互接続ウェブを含む。一実施形態では、この受容セクションは、ビーム構造がスライドする第２のブレードセグメント内のボックスビーム構造として形成され、これは、第２のブレードセグメント内に形成された内部スパー構造のセクションであり得る。受容セクション内のスパーキャップは、翼弦方向ジョイントにおいてその終端に非導電性材料で形成され、非導電性材料は、ジョイントラインでのスパーキャップへの落雷のリスクを低減する。この実施形態では、翼弦方向ジョイントでのスパーキャップの全体は、非導電性材料によって定義されてもよく、非導電性材料は、定義された長さにわたって翼弦方向ジョイントから翼幅方向に離れて延びる。遷移部は、受容セクションに沿った非導電性材料と高強度導電性材料（例えば、炭素繊維材料）との間に定義され得る。この遷移部は、導電性材料および非導電性材料の重なりセクションを先細にし得る。

【0019】

さらに別の態様では、本開示は、翼弦方向ジョイント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、ジョイント風力タービンロータブレードに向けられている。ブレードセグメントの各々は、正圧側シェル部材および負圧側シェル部材を有する。内部スパー構造が、ブレードセグメントを通って翼幅方向に貫通し、第１のブレードセグメントから翼幅方向に延びるビーム構造を含む。このビーム構造は、第１のブレードセグメント内のスパー構造の一体的な延長部であり得るか、または第１のブレードセグメント内のスパー構造に固定された別個の構造であり得る。受容セクションが、ビーム構造を受け入れるために第２のブレードセグメントに形成され、対向するスパーキャップおよび対向する相互接続ウェブを含む。一実施形態では、この受容セクションは、ビーム構造がスライドする第２のブレードセグメント内のボックスビーム構造として形成され、これは、第２のブレードセグメント内に形成された内部スパー構造のセクションであり得る。相互接続ウェブは、高強度導電性材料（例えば、炭素繊維材料）から少なくとも部分的に形成されるが、翼弦方向ジョイントラインからの定義された距離と比較して、翼弦方向ジョイントラインにおいて量が低減されたそのような導電性材料を有する。例えば、相互接続ウェブは、翼弦方向ジョイントラインに隣接する切り欠き領域、または翼弦方向ジョイントラインに接近する導電性材料の先細の厚さを含み得る。

【0020】

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。

【0021】

本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、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】

【0022】

【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を示す図である。

【図3】第１のブレードセグメントの一実施形態の斜視図である。

【図4】第２のブレードセグメントの一実施形態の斜視図である。

【図5】第２のブレードセグメント内の受容セクションの一実施形態の部分斜視図である。

【図6】第２のブレードセグメント内の受容セクションの代替の実施形態の部分斜視図である。

【図7】特にスパーキャップを形成する異なる材料の重なり合う部分を図示する、受容セクションの一実施形態の側面断面図である。

【図8】ジョイントラインでの相互接続ウェブの切り欠きを図示する、第２のブレードセグメント内の受容セクションの代替の実施形態の部分斜視図である。

【図9】特にジョイントラインでの相互接続ウェブの切り欠きセクションを図示する、受容セクションの一実施形態の側面断面図である。

【図10】特に相互接続ウェブを形成する異なる材料を図示する、受容セクションの一実施形態の側面断面図である。

【図11】特にジョイントラインに向かう相互接続ウェブの先細の側面を図示する、第２のブレードセグメント内の受容セクションの一実施形態の部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

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。

【0024】

一般に、本主題は、特に応力が一般にシェルの剛性と併せてウェブ補強材の剛性によって決定されるブレードセグメント間のジョイントラインの露出エリアにおいて、ジョイント要素／受容構造をブレードシェルに強く接続または結合した状態に保つのに役立つ改善されたジョイント構成を有するジョイント風力タービンロータブレードを対象とする。加えて、ある特定の実施形態では、ジョイント構成は、露出ジョイントラインでの導電性炭素材料の使用を低減し、ジョイントにおけるブレードへの落雷を最小限に抑える。

【0025】

ここで図面を参照すると、図１は、本発明の一実施形態による、例示的な風力タービン１０の側面図である。この実施形態では、風力タービン１０は、水平軸風力タービンである。あるいは、風力タービン１０は、垂直軸風力タービンであり得る。本実施形態では、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に取り付けられたナセル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を含む。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。示すように、ロータブレード２８は、ブレード先端１７からブレード根元１９までを含む。

【0026】

図２は、本技術の態様による、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を有するジョイントロータブレード２８の平面図である。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、翼弦方向ジョイント３４から反対方向に延びる。ブレードセグメント３０、３２の各々は、正圧側シェル部材３１および負圧側シェル部材３３を含む。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す。

【0027】

図３は、本技術による、第１のブレードセグメント３０のセクションの一例の斜視図である。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（例えば、翼幅方向）に延びるビーム構造４０を含む。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として第１のブレードセグメント３０と一体的に形成され得、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と接続された少なくとも１つの相互接続ウェブ４４（例えば、剪断ウェブ）を含む。図示の実施形態では、ビーム構造は、対向する相互接続ウェブ４４を有するボックスタイプ構造として形成される。

【0028】

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のボルトジョイントを含み得る。例えば、ボルトチューブ５２が、ビーム構造４０の端部５４上に位置し、翼幅方向に配向され得る。第１のブレードセグメント３０はまた、翼弦方向ジョイント３４に近接し、翼弦方向に配向されたビーム構造４０上に位置するボルトジョイントスロット５０を含むことができる。第２のブレードセグメント３２を第１のブレードセグメント３０に接続するために使用されるボルトチューブまたはピンと緊密に締まりばめして配置されたボルトジョイントスロット５０内には、ブッシングが存在し得る。ボルトチューブ５２およびボルトスロット５０の任意の組み合わせは、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を相互接続する目的で、ビーム構造４０と受容セクション６０（図４）との間に構成され得ることを理解されたい。

【0029】

図４は、本技術の一例による、翼弦方向ジョイント３４における第２のブレードセグメント３２のセクションの斜視図である。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（翼幅方向）に延びる受容セクション６０を有する。受容セクション６０は、受容セクション６０の長さ７６（図５）に沿って第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複数のスパー構造６６を含む。図４には図示されていないが、受容セクション６０は、ビーム構造４０のボルトおよびボルトスロットと相互接続するためのボルトスロットまたはボルトの任意の組み合わせを含むことが容易に理解される。例えば、ボルトスロットは、ビーム構造４０の端部５４上に設けられたボルト５２を受け入れるために、受容セクション６０の（翼弦方向ジョイント３４から離れた）遠位端に構成される。

【0030】

図５は、ボックスビーム構成において、対向するスパーキャップ６８（負圧側）、７０（正圧側）および相互接続ウェブ７２（例えば、剪断ウェブ）によって形成された受容セクション６０の一実施形態を図示する。この特定の実施形態では、スパーキャップ６８、７０は、スパーキャップ６８、７０がビーム構造４０のスパーキャップ４６、４８と重なり合う受容セクション６０の長さ７６に少なくとも沿って（および翼弦方向の側面を横切って）一定の厚さ７４を有する。長さ７６に沿ったスパーキャップ６８、７０の材料（または異なる材料の組み合わせ）および厚さ７４は、受容セクションに沿ったスパーキャップの所望の剛性をもたらすように選択され、ブレード２８の正圧側および負圧側シェル構成要素が、ブレードセグメント３０、３２の内部スパー構造４２、６６に固定されたままであるようにする。

【0031】

図５に図示される実施形態では、スパーキャップ６８、７０は、単一の材料で形成され、これは、導電性でもある比較的高強度の炭素材料（例えば、炭素繊維材料）であり得る。代替の実施形態では、材料は、ガラス繊維材料などの（炭素材料と比較して）より強度の低い材料であり得る。この実施形態では、非導電性材料は、翼弦方向ジョイント３４に隣接するスパーキャップ６８、７０の終端８０に提供される。

【0032】

図６は、受容セクション６０の代替の実施形態を図示しており、ジョイントライン３４に隣接するスパーキャップ６８、７０のセクションは、第１の材料７８から形成され、その長さ７６に沿って翼幅方向に延びるスパーキャップ６８、７０の第２のセクションは、異なる材料８２から形成される。例えば、第１の材料７８は、非導電性ガラス材料（例えば、ガラス繊維材料）であってもよく、第２の材料８２は、高強度炭素材料８２であってもよい。この実施形態では、翼弦方向ジョイント３４でのスパーキャップ６８、７０の一定の厚さ７４の全体は、非導電性材料によって定義され、これは、定義された長さにわたって翼弦方向ジョイント３４から翼幅方向に離れて延びる。遷移部８４が、異なる材料７８、８２の間に定義され、受容セクション６０に沿って一定の厚さ７４を維持する。例えば、図７は、炭素材料８２および非導電性材料７８の先細の長さの重なりセクション８６として遷移部８４を図示しており、重なりセクション８６は、スパーキャップ６８、７０の全体的に一定の厚さ７４を維持する。

【0033】

加えて、一定の厚さ７４を備えたスパーキャップ６８、７０を有する上述の受容セクション６０の実施形態は、ジョイントライン３４に提供される導電性材料の量を最小化する相互接続ウェブ７２の構成を含み得る。強度を考慮するために、ウェブ７２は、典型的には、高強度炭素繊維材料（導電性である）から形成される。本開示の固有のウェブ４４は、翼弦方向ジョイント３４から定義された距離にあるウェブ４４内の炭素材料の量と比較して、翼弦方向ジョイント３４において量が低減された炭素材料で構成することができる。例えば、相互接続ウェブは、翼弦方向ジョイントラインに隣接する切り欠き領域８８を備える。図８では、この切り欠き領域８８は、三角形の切り欠き領域８８などの真っ直ぐな側面の領域である。図９では、切り欠き領域８８は、半円形の領域などの湾曲した領域として図示されている。「切り欠き領域」はまた、ジョイント３４に隣接するウェブ７２内の１つまたは複数の穴を包含することを理解されたい。

【0034】

図１０に図示されるジョイント３４に隣接するウェブ７２内の導電性材料の量を低減する代替の実施形態では、相互接続ウェブ７２は、翼弦方向ジョイント３４から距離を置いて導電性材料８２から非導電性材料７８（ガラス繊維材料など）への遷移部を含む。

【0035】

図１１を参照すると、ジョイント３４に隣接するウェブ７２内の導電性材料の量を低減する別の実施形態は、ジョイント３４に隣接するウェブ７２の先細セクション９０を含み、先細により、ウェブ７２の厚さが低減される（および対応する材料が低減される）。

【0036】

本発明はまた、風力タービンロータブレード２８の実施形態を包含し、受容セクション６０内のスパーキャップ６８、７０は、スパーキャップ６８、７０が受容セクション６０の長さ７６に沿って一定のまたは非一定の厚さを有するかどうかに関係なく、翼弦方向ジョイント３４においてその終端８０に非導電性材料７８で形成される（例えば、図９参照）。そのような実施形態は、ジョイント３４に隣接する量が低減された導電性材料を有する相互接続ウェブ７２など、上述の追加の特徴のいずれか１つまたは組み合わせを含むことができる。

【0037】

図８～図１１を参照すると、スパーキャップ６８、７０の構成に関係なく、本発明はまた、風力タービンロータブレード２８の実施形態を包含し、受容セクション６０のスパー構造内の相互接続ウェブ７２は、ジョイント３４から定義された距離にある導電性材料の量と比較して、ジョイント３４に隣接する量が低減された導電性材料を有する。そのような実施形態は、上述のスパーキャップ６８、７０の構成など、上述の追加の特徴のいずれか１つまたは組み合わせを含むことができる。

【0038】

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】

【0039】

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 ジョイント風力タービンロータブレード
３０ 第１の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 翼弦方向ジョイント／ジョイントライン
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／内部スパー構造
４４ 相互接続ウェブ
４６ 負圧側スパーキャップ
４８ 正圧側スパーキャップ
５０ ボルトジョイントスロット
５２ ボルトチューブ
５４ 第１の端部
６０ 受容セクション
６６ 内部スパー構造
６８ スパーキャップ
７０ スパーキャップ
７２ 相互接続ウェブ
７４ 一定の厚さ
７６ 長さ
７８ 第１の材料／非導電性材料
８０ 終端
８２ 第２の材料／高強度炭素材料／導電性材料
８４ 遷移部
８６ 重なりセクション
８８ 切り欠き領域
９０ 先細セクション／先細の厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】