特許 7433134 風車翼、風車、及び、風車翼の製造方法

(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】2024-02-08

(45)【発行日】2024-02-19

(54)【発明の名称】風車翼、風車、及び、風車翼の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F03D 1/06 20060101AFI20240209BHJP

   F03D 80/30 20160101ALI20240209BHJP

【ＦＩ】

F03D1/06 A

F03D80/30

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020089416

(22)【出願日】2020-05-22

(65)【公開番号】P2021183827

(43)【公開日】2021-12-02

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】藤田 健

(72)【発明者】

【氏名】新藤 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】竹内 博晃

(72)【発明者】

【氏名】平野 敏行

(72)【発明者】

【氏名】湯下 篤

【審査官】北村 一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１５６３２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５５７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２１９５２４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｄ １／００－８０／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空空間を囲み、繊維強化プラスチックで構成された外皮を有する翼本体と、
前記翼本体の前縁部に設けられた前縁プロテクタと、
前記外皮の内表面に固定され、前記前縁プロテクタに対して前記中空空間側から接触するように配置された第１固定部材と、
前記中空空間の内側から前記第１固定部材とともに前記前縁プロテクタを固定する第２固定部材と、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定される、風車翼。

【請求項2】

前記第２固定部材は、
前記第１固定部材を貫通し、一端が前記前縁プロテクタに固定されるボルト部材と、
前記中空空間側から前記ボルト部材の他端に係合されるナット部材と、
を含む、請求項１に記載の風車翼。

【請求項3】

前記第１固定部材は、
前記前縁プロテクタに接触する本体部と、
前記本体部に接続され、前記外皮の内表面に沿って延在する延在部と、
を備える、請求項１又は２に記載の風車翼。

【請求項4】

前記第１固定部材は、前記外皮のうち互いに対向する一対の内表面の間に固定され、
前記一対の内表面の間隔は、前記前縁部に向けて減少するように構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の風車翼。

【請求項5】

前記前縁プロテクタは、前記翼本体の翼長方向に沿って配列された複数のプロテクタ部材を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の風車翼。

【請求項6】

前記複数のプロテクタ部材は、前記翼長方向に沿って延在する支持ワイヤによって互いに連結される、請求項５に記載の風車翼。

【請求項7】

前記複数のプロテクタ部材の一部が前記外皮に固定される、請求項５又は６に記載の風車翼。

【請求項8】

前記前縁プロテクタは導電性材料からなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の風車翼。

【請求項9】

前記前縁プロテクタは、前記外皮の外表面に沿って設けられた導電メッシュ部材に電気的に接続される、請求項８に記載の風車翼。

【請求項10】

前記前縁プロテクタは、前記中空空間に配置されたダウンコンダクタに電気的に接続される、請求項８又は９に記載の風車翼。

【請求項11】

前記前縁プロテクタはセラミックスからなる、請求項１から７のいずれか一項に記載の風車翼。

【請求項12】

請求項１から１１のいずれか一項に記載の風車翼を備える、風車。

【請求項13】

中空空間を囲む外皮を有する翼本体と、
前記翼本体の前縁部に設けられた前縁プロテクタと、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定され、
前記前縁プロテクタは、前記翼本体の翼長方向に沿って配列された複数のプロテクタ部材を含み、
前記複数のプロテクタ部材は、前記翼長方向に沿って延在する支持ワイヤによって互いに連結される、風車翼。

【請求項14】

中空空間を囲む外皮を有する翼本体と、
前記翼本体の前縁部に設けられた前縁プロテクタと、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定され、
前記前縁プロテクタは導電性材料からなり、
前記前縁プロテクタは、前記外皮の外表面に沿って設けられた導電メッシュ部材に電気的に接続される、風車翼。

【請求項15】

中空空間を囲む外皮を有する翼本体と、
前記翼本体の前縁部に設けられた前縁プロテクタと、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定され、
前記前縁プロテクタはセラミックスからなる、風車翼。

【請求項16】

中空空間を囲み、繊維強化プラスチックで構成された外皮を有する翼本体と、
前記翼本体の前縁部に設けられた前縁プロテクタと、
前記外皮の内表面に固定され、前記前縁プロテクタに対して前記中空空間側から接触するように配置された第１固定部材と、
前記中空空間の内側から前記第１固定部材とともに前記前縁プロテクタを固定する第２固定部材と、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定される、風車翼の製造方法であって、
成型用の型材に、後縁側面にボルト部材の一端が取り付けられた前縁プロテクタを配置するステップと、
前記ボルト部材が露出するように、前記前縁プロテクタ上に前記外皮の構成材料を積層するステップと、
成型物を前記型材から取り出し、前記ボルト部材の他端にナットを係合するステップと、
を備える、風車翼の製造方法。

【請求項17】

前記構成材料を積層するステップでは、前記ボルト部材の前記他端に、先端が鋭利な補助部材が脱着可能に取り付けられる、請求項１６に記載の風車翼の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、風車翼、風車、及び、風車翼の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば風力発電装置等に利用される風車では、回転する風車翼の前縁部に対して、雨滴や砂塵等が繰り返し衝突することによってエロージョン損傷が生じる。近年、風車の大型化に伴って風車翼の翼先端部における周速が増加しており、風車の寿命に対するエロージョン損傷の影響が大きくなっている。

【0003】

このようなエロージョン損傷を抑制することを目的として、エロージョン損傷が発生しやすい風車翼の前縁部に対して前縁プロテクタ（ＬＥＰ：Ｌｅａｄｉｎｇ Ｅｄｇｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｏｒ）が配置されることがある。例えば特許文献１では、風車翼の周速が大きくなる翼先端側において、風車翼の前縁部をシールド部材で覆うことにより、エロージョン損傷を抑制する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１８／２１９５２４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１のシールド部材のような前縁プロテクタは、従来、風車翼の表面に薄いテープ状の形態が用いられていたが、より優れた耐エロージョン性能を有する風車翼が求められている。また風車翼に設けられる前縁プロテクタが、このような薄い形態であったとしても、翼表面との間に少なからず凹凸が生じる。このような凹凸は、エロージョン損傷が進展する起点となる可能性があり、また風車翼の空力性能を低下させるおそれがある。

【0006】

本開示の少なくとも一態様は上述の事情を鑑みなされたものであり、空力性能を維持しながら、良好な耐エロージョン性能を獲得可能な風車翼、風車、及び、風車翼の製造方法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】

【0007】

本開示の少なくとも一態様に係る風車翼は、上記課題を解決するために、
中空空間を囲む外皮を有する翼本体と、
前記翼本体の前縁部に設けられた前縁プロテクタと、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定される。

【0008】

本開示の少なくとも一態様に係る風車は、上記課題を解決するために、
少なくとも一態様に係る風車翼を備える。

【0009】

本開示の少なくとも一態様に係る風車翼の製造方法は、上記課題を解決するために、
中空空間を囲む外皮を有する翼本体と、
前記翼本体の前縁部に設けられた前縁プロテクタと、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定される、風車翼の製造方法であって、
成型用の型材に、後縁側面にボルト部材の一端が取り付けられた前縁プロテクタを配置するステップと、
前記ボルト部材が露出するように、前記前縁プロテクタ上に前記外皮の構成材料を積層するステップと、
成型物を前記型から取り出し、前記ボルト部材の他端にナットを係合するステップと、
を備える。

【発明の効果】

【0010】

本開示の少なくとも一態様によれば、空力性能を維持しながら、良好な耐エロージョン性能を獲得可能な風車翼、風車、及び、風車翼の製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】一実施形態に係る風車を概略的に示す全体構成図である。

【図2】一実施形態に係る風車翼の翼先端部側を示す模式図である。

【図3】一実施形態に係る図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】図３の風車翼の製造方法を工程毎に示すフローチャートである。

【図5A】図４に対応する説明断面図である。

【図5B】図４に対応する説明断面図である。

【図5C】図４に対応する説明断面図である。

【図6】図３の他の実施形態を示す断面図である。

【図7】図６のＢ視図である。

【図8】図６及び図７の風車翼の製造方法を工程毎に示すフローチャートである。

【図9A】図８に対応する説明図である。

【図9B】図８に対応する説明図である。

【図9C】図８に対応する説明図である。

【図10】図８のステップＳ２００の詳細工程の一例を示すサブフローチャートである。

【図11】前縁プロテクタを構成する複数のプロテクタ部材の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0013】

まず本開示の少なくとも一実施形態に係る風車１の構成について説明する。図１は一実施形態に係る風車１を概略的に示す全体構成図である。

【0014】

風車１は、少なくとも１枚の風車翼２を備える。風車翼２は、ハブ４に対して取り付けられることによって、回転軸の周りに回転可能な風車ロータ６をハブ４とともに構成する。図１に示す風車１の風車ロータ６では、ハブ４に対して回転軸の周りに等間隔で３枚の風車翼２が取り付けられている。各風車翼２は、ハブ４に連結される翼根部１２と、翼長方向において翼根部１２と反対側にある翼先端部１４と、を有する。風車ロータ６は、タワー１０上に旋回可能に設けられたナセル８に対して、回転可能に取り付けられる。このような構成を有する風車１は、風が風車翼２に当たると、風車翼２及びハブ４を含む風車ロータ６が、回転軸の周りで回転する。

【0015】

尚、風車１は例えば風力発電装置として構成されてもよい。この場合、ナセル８には、発電機と、風車ロータ６の回転を発電機に伝達するための動力伝達機構とが収容される。風車１では、風車ロータ６から動力伝達機構により発電機に伝達された回転エネルギーが、発電機によって電気エネルギーに変換される。
図２は一実施形態に係る風車翼２の翼先端部１４側を示す模式図であり、図３は一実施形態に係る図２のＡ－Ａ線断面図である。

【0016】

風車翼２は、翼本体１８を有する。翼本体１８は、翼長方向に沿って翼根部１２（図１を参照）から翼先端部１４に向けて延在し、翼コード方向の前方側に設けられた前縁部２０と、翼コード方向の後方側に設けられた後縁部２２と、を有する。

【0017】

翼本体１８は、繊維強化プラスチックを含む外皮を有する。外皮を構成する繊維強化プラスチックは、例えば、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ：Ｇｒａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）やカーボン繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を用いることができる。

【0018】

本実施形態では、翼本体１８は、互いに対向するように配置された背側外皮２４及び腹側外皮２６を含む。背側外皮２４及び腹側外皮２６は、翼本体１８の前縁部２０及び後縁部２２において、互いに接続されることで、翼本体１８の内部に、外皮によって囲まれる中空空間１６が形成されている。

【0019】

尚、前縁部２０及び後縁部２２において、背側外皮２４及び腹側外皮２６は、例えば接着剤等によって接着されることで互いに固定される。

【0020】

中空空間１６には、ダウンコンダクタ１５が配置される。ダウンコンダクタ１５は、導電性材料を含んで構成されており、風車１が落雷を受けた際に、風車翼２に生じる雷電流が流れる電路の少なくとも一部を構成する。ダウンコンダクタ１５は、翼先端部１４に設けられたチップレセプタ１７から、中空空間１６の内部を翼長方向に沿って延在し、翼根部１２側に設けられた不図示のアース線に電気的に接続される。

【0021】

風車翼２は、前縁プロテクタ３０を備える。前縁プロテクタ３０は、前縁部２０を覆うように設けられることで、風車１の運用時に、前縁部２０を雨滴や砂塵等から保護することで、翼本体１８をエロージョン損傷から保護する。

【0022】

前縁プロテクタ３０は、図３に示すように、中空空間１６の内側から背側外皮２４及び腹側外皮２６に対して固定される。本実施形態では、このような前縁プロテクタ３０の外皮に対する固定は、第１固定部材３２及び第２固定部材３４によって行われる。

【0023】

第１固定部材３２は、背側外皮２４及び腹側外皮２６の内表面２４ａ、２６ａに固定されるとともに、前縁プロテクタ３０に対して中空空間１６側から接触するように配置される。より具体的には、第１固定部材３２は、前縁プロテクタ３０に接触する本体部３２ａと、本体部３２ａに接続されるとともに外皮の内表面２４ａ、２６ａに沿って延在する延在部３２ｂとを有する。延在部３２ｂは、背側外皮２４及び腹側外皮２６に対応するように、本体部３２ａから両側に２つ設けられている。これらの延在部３２ｂは、接着剤が固化されてなる接着層３３を介して、それぞれ背側外皮２４及び腹側外皮２６の内表面２４ａ、２６ａに固定されており、内表面２４ａ、２６ａに沿った形状を有することで外皮に対する接触面積を増やす。これにより、第１固定部材３２は、背側外皮２４及び腹側外皮２６に対してより強固に固定される。

【0024】

第２固定部材３４は、中空空間１６の内側から第１固定部材３２とともに前縁プロテクタ３０を固定する。より具体的には、第２固定部材３４は、ボルト部材３４ａとナット部材３４ｂとを備える。ボルト部材３４ａは、第１固定部材３２の本体部３２ａを貫通し、その一端が前縁プロテクタ３０に固定される。ナット部材３４ｂは、中空空間１６側からボルト部材３４ａの他端に係合される。ボルト部材３４ａ及びナット部材３４ｂからなる第２固定部材３４によって、外皮の内表面に固定された第１固定部材３２とともに前縁プロテクタ３０を外皮に対して、効率的なレイアウトで固定できる。

【0025】

このように前縁プロテクタ３０が中空空間１６の内側から翼本体１８を構成する外皮に固定されることにより、前縁プロテクタ３０を外皮に固定するための各種部材が翼本体１８の外部に露出しない。そのため、風車翼２の空力性能を低下することなく、風車翼２のエロージョン損傷を効果的に抑制できる。

【0026】

また第１固定部材３２は、翼本体１８を構成する背側外皮２４及び腹側外皮２６のうち互いに対向する一対の内表面２４ａ、２６ａの間に固定される。一対の内表面２４ａ、２６ａの間隔は前縁部２０に向けて減少するように構成されており、それらの間に挟持される第１固定部材３２が外部（図３において左方向）に抜け出ることが構造的に防止される。これにより、前縁プロテクタ３０の翼本体１８からの脱落リスクをより低減できる。

【0027】

前縁プロテクタ３０は、導電性材料から構成されていてもよい。この場合、導電性材料として、例えばステンレス、アルミニウム、銅等の金属材料を用いることができる。これにより、風車翼２が落雷を受けた際に、導電性材料からなる前縁プロテクタ３０が雷電流の伝達経路の少なくとも一部を形成することで、良好な耐雷性能が得られる。

【0028】

本実施形態では、前縁プロテクタ３０に加えて、前述の第１固定部材３２及び第２固定部材３４もまた導電性材料から構成されている。そして、前縁プロテクタ３０、第１固定部材３２及び第２固定部材３４は互いに接触するように組み立てられた状態で、ダウンコンダクタ１５に対して電気的に接続される。これにより、前縁プロテクタ３０に生じた雷電流は、第１固定部材３２及び第２固定部材３４を介してダウンコンダクタ１５に導かれることで、風車翼２は良好な耐雷性能が得られる。

【0029】

また背側外皮２４及び腹側外皮２６の外表面近傍には、翼コード方向に沿って導電メッシュ部材４０ａ、４０ｂが設けられている。導電メッシュ部材４０ａ、４０ｂは、外皮の厚さ方向に沿って複数の穴部が形成されたメッシュ状の導電部材であって、外皮内に埋め込まれるように構成されている。導電メッシュ部材４０ａ、４０ｂは、前縁側において、それぞれ前縁プロテクタ３０に電気的に接続される。これにより、前縁プロテクタ３０に生じた雷電流は、導電メッシュ部材４０ａ、４０ｂに導かれることで、風車翼２は良好な耐雷性能が得られる。
尚、導電メッシュ部材４０ａ、４０ｂはダウンコンダクタ１５に電気的に接続されていてもよい。

【0030】

尚、前縁プロテクタ３０は、非導電性材料から構成されてもよい。この場合、非導電性材料として、例えば硬質なセラミックスを用いることで、耐エロージョン性能を確保しながらも、風車翼の軽量化を図ることができる。

【0031】

尚、前縁プロテクタ３０は、図３に示すように、隣接する背側外皮２４及び腹側外皮２６の前縁側との間で外表面が連続するように（滑らかに）構成される。これにより、前縁プロテクタ３０と背側外皮２４及び腹側外皮２６との境界部に凹凸が生じないため（または、境界部に凹凸が生じたとしてもその大きさを小さく抑えることができるため）、境界部を起点としてエロージョン損傷が進展することを効果的に防止できる。また前縁プロテクタ３０の設置による風車翼２の空力性能への影響も抑えることができる。

【0032】

続いて図３の構成を有する風車翼２の製造方法について説明する。図４は図３の風車翼２の製造方法を工程毎に示すフローチャートであり、図５Ａ～図５Ｃは、図４に対応する説明断面図である。

【0033】

まず風車翼２の翼本体１８を構成する背側外皮２４及び腹側外皮２６をそれぞれ成形する（ステップＳ１００）。背側外皮２４及び腹側外皮２６の成形は、例えば、外皮形状に対応する型材に対して繊維材（ＧＦＲＰの場合にはガラス繊維材、ＣＦＲＰの場合にはカーボン繊維材）を積層し、液状樹脂を注入・含浸させ、硬化させることにより行われる（例えば、真空含浸成形（ＶａＴＲＭ工法）を用いることができる）。

【0034】

続いて前縁プロテクタ３０に対して第１固定部材３２及び第２固定部材３４を取り付けることにより、前縁構造体３５を用意する（ステップＳ１０１）。前縁構造体３５は、図５Ａに示すように、前縁プロテクタ３０に対して第１固定部材３２及び第２固定部材３４を取り付けることで用意される。尚、前縁プロテクタ３０、第１固定部材３２及び第２固定部材３４の各々は、例えば三次元造形や削り出し等の一般的なプロセスで製作可能である。

【0035】

続いてステップＳ１０１で用意された前縁構造体３５を、ステップＳ１００で成形された腹側外皮２６に対して固定する（ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の固定作業は、図５Ｂに示すように、前縁構造体３５のうち第１固定部材３２の延在部３２ｂと腹側外皮２６の内表面２６ａとの間に接着層３３を形成することにより行われる。

【0036】

続いて、図５Ｃに示すように、腹側外皮２６に固定された前縁構造体３５に対して中空空間１６に配置されたダウンコンダクタ１５を電気的に接続する（ステップＳ１０３）。より具体的には、前縁構造体３５のうち第１固定部材３２の延在部３２ｂに対してダウンコンダクタ１５が電気的に接続される。このとき、製造中の風車翼２では背側外皮２４が設けられていないため、作業者は、中空空間１６に容易にアクセスして作業可能である。

【0037】

続いて前縁構造体３５に対して背側外皮２４を固定する（ステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の固定作業は、風車翼２のうち前縁構造体３５がある範囲では、図５Ｃに示すように、前縁構造体３５のうち第１固定部材３２の延在部３２ｂと背側外皮２４の内表面２４ａとの間に接着層３３を形成することにより行われ、風車翼２のうち前縁構造体３５がない範囲では、背側外皮２４は腹側外皮２６に対して直接固定される。これにより、腹側外皮２６及び背側外皮２４の間に中空空間１６が形成され、風車翼２が完成する。

【0038】

次に他の実施形態に係る風車翼２について説明する。図６は図３の他の実施形態を示す断面図であり、図７は図６のＢ視図である。

【0039】

翼本体１８を構成する外皮は、前縁プロテクタ３０と中空空間１６との間に介在するように延在する第１外皮延在部２９を有する。本実施形態では、腹側外皮２６の前縁側には、背側外皮２４に向けて延びることで、前縁プロテクタ３０と中空空間１６との間に介在するように、第１外皮延在部２９が設けられている。

【0040】

前縁プロテクタ３０は、第１外皮延在部２９に対して固定される。より具体的には、第１外皮延在部２９を貫通するように設けられたボルト部材３４ａの一端が前縁プロテクタ３０に固定されており、ボルト部材３４ａの他端側にはナット部材３４ｂが係合されることにより、第１外皮延在部２９に対して前縁プロテクタ３０が固定されている。このように前縁プロテクタ３０を外皮の一部である第１外皮延在部２９に対して、接着層３３の接着力に頼ることなく、直接固定することができる。このような固定構造を用いることで、前縁プロテクタ３０を外皮に固定するための各種部材が翼本体の外部に露出することなく、より信頼性の高い固定構造で翼本体１８に対して前縁プロテクタ３０を設けることができる。

【0041】

また第１外皮延在部２９を有する腹側外皮２６に対向する背側外皮２４には、第２外皮延在部４２が設けられる。第２外皮延在部４２は、背側外皮２４の前縁側から腹側外皮２６に向けて、第１外皮延在部２９に対向するように延在する。そして、第１外皮延在部２９及び第２外皮延在部４２は、互いに接着層３３を介して接着されている。第１外皮延在部２９及び第２外皮延在部４２は互いに対向するように配置されるため、接着層３３を介した広い接着面積が得られ、前縁プロテクタ３０を外皮に対して良好な強度で固定しながら、背側外皮２４及び腹側外皮２６同士も良好な強度で固定し、より信頼性の高い構造を有する風車翼２を実現できる。

【0042】

また腹側外皮２６に設けられる導電メッシュ部材４０ｂは、第１外皮延在部２９に至るまで延びている。そして第１外皮延在部２９において、導電メッシュ部材４０ｂは、第１外皮延在部２９を貫通するボルト部材３４ａに接続されることにより、前縁プロテクタ３０に電気的に接続される。これにより、前縁プロテクタ３０と導電メッシュ部材４０ｂとの間の電気抵抗値を低減することができ、風車翼２の耐雷性能を向上できる。

【0043】

また背側外皮２４に設けられる導電メッシュ部材４０ａは、第２外皮延在部４２に至るまで延びている。

【0044】

また図７に示すように、翼長方向において前縁プロテクタ３０を固定するためのボルト部材３４ａ及びナット部材３４ｂが存在しない範囲Ｃにおける第２外皮延在部４２の翼長方向に対して垂直方向における寸法Ｌ１が、ボルト部材３４ａ及びナット部材３４ｂが存在する範囲Ｄにおける寸法Ｌ２に比べて大きくなるように構成される。これにより、第１外皮延在部２９及び第２外皮延在部４２間の接合面積を広く確保でき、背側外皮２４及び腹側外皮２６をより強固に接合することができる。

【0045】

続いて図６及び図７の構成を有する風車翼２の製造方法について説明する。図８は図６及び図７の風車翼２の製造方法を工程毎に示すフローチャートであり、図９Ａ～図９Ｃは図８に対応する説明図である。

【0046】

まず前縁プロテクタ３０を腹側外皮２６と一体成形する（ステップＳ２００）。図１０は図８のステップＳ２００の詳細工程の一例を示すサブフローチャートである。ステップＳ２００では、まず、成型用の型材に、図９Ａに示すように、後縁側面４３にボルト部材３４ａの一端が取り付けられた前縁プロテクタ３０を配置する（ステップＳ２００－１）。そして型材に配置された前縁プロテクタ３０上に、ボルト部材３４ａが露出するように、外皮の構成材料（ＧＦＲＰの場合にはガラス繊維材、ＣＦＲＰの場合にはカーボン繊維材）を積層する（ステップＳ２００－２）。そして、外皮の構成材料が十分固化した後、成型物を型材から取り出すことで、腹側外皮２６と前縁プロテクタ３０との一体成形物が完成する（ステップＳ２００－３）。

【0047】

またステップＳ２００－２において外皮の構成材料を積層する際に、図９Ａに示すように、ボルト部材３４ａの他端に、先端が鋭利な補助部材３７が脱着可能に取り付けられてもよい。これによりボルト部材３４ａに対して、例えばシート形状を有する繊維材料を貫通させ、ステップＳ２００－２において、ボルト部材３４ａを露出させながらの構成材料の積層作業を容易化できる。
尚、補助部材３７は、ステップＳ２００－２における積層作業が完了した後、取り外される。

【0048】

図８に戻って、続いて、ステップＳ２００で作製された一体成形物に対して、図９Ｂに示すように、ボルト部材３４ａの他端にナット部材３４ｂを係合し（ステップＳ２０１）、中空空間１６に配置されたダウンコンダクタ１５をボルト部材３４ａに対して電気的に接続する（ステップＳ２０２）。

【0049】

尚、ダウンコンダクタ１５はボルト部材３４ａに代えてナット部材３４ｂに電気的に接続されてもよい。この場合、ステップＳ２０１でナット部材３４ｂをボルト部材３４ａの他端に係合する前に、予めナット部材３４ｂに対してダウンコンダクタ１５を電気的に接続してもよい。

【0050】

続いて上記作業が行われた腹側外皮２６に対して、背側外皮２４を固定する（ステップＳ２０３）。ステップＳ２０３では、腹側外皮２６及び背側外皮２４が接着層３３を介して接続されることにより、腹側外皮２６及び背側外皮２４で囲まれる中空空間１６が形成される。より具体的には、第１外皮延在部２９及び第２外皮延在部４２の間を接着剤を用いて接合することにより、接着層３３が形成される。

【0051】

尚、前述の各実施形態における前縁プロテクタ３０は、翼本体１８の翼長方向に沿って配列された複数のプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・・を含んで構成されてもよい。図１１は、前縁プロテクタ３０を構成する複数のプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・・の斜視図である。このように前縁プロテクタ３０を複数のプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・・から構成することにより、風車１の運用時に前縁プロテクタ３０に生じるひずみを効果的に軽減することができる。また、翼本体１８の翼長方向に沿ったサイズが大きい風車翼２においても、広範囲にわたって前縁部２０をエロージョン損傷から保護することができる。

【0052】

また複数のプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・・は、図１１に示すように、翼長方向に沿って延在する支持ワイヤ４４によって互いに連結されてもよい。複数のプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・・は、それぞれ翼長方向に沿って同軸に設けられた穴部４９を有しており、当該穴部４９に支持ワイヤ４４が挿入されることによって互いに連結される。このように前縁プロテクタ３０を構成する複数のプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・・を支持ワイヤ４４によって連結することで、各プロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・・の脱落を防止できる。

【0053】

尚、支持ワイヤ４４が挿入された穴部４９には、接着剤が充填されていてもよい。これにより、穴部４９の内部において支持ワイヤ４４が固定されるため、支持ワイヤ４４が摩擦等によって切断されるリスクを低減できる。

【0054】

このような構成を有する前縁プロテクタ３０では、複数のプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・・の一部が翼本体１８を構成する外皮に固定されてもよい。この場合、全てのプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・をそれぞれ外皮に固定する場合に比べて、簡易的な構成で前縁プロテクタ３０の固定が可能となる。

【0055】

以上説明したように、上記各実施形態によれば、空力性能を維持しながら、良好な耐エロージョン性能を獲得可能な風車翼２が得られる。そして、このような風車翼２を備える風車１では、前縁プロテクタ３０によって風車翼２のエロージョン損傷を防止することで寿命が延びるとともに、前縁プロテクタ３０の設置による空力性能の低下を抑えた、効率的な運転が可能となる。

【0056】

その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した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、上記した実施形態を適宜組み合わせてもよい。

【0057】

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。

【0058】

（１）一態様に係る風車翼は、
中空空間（例えば上記実施形態の中空空間１６）を囲む外皮（例えば上記実施形態の背側外皮２４又は腹側外皮２６）を有する翼本体（例えば上記実施形態の翼本体１８）と、
前記翼本体の前縁部（例えば上記実施形態の前縁部２０）に設けられた前縁プロテクタ（例えば上記実施形態の前縁プロテクタ３０）と、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定される。

【0059】

上記（１）の態様によれば、風車翼の前縁側に設けられる前縁プロテクタが、翼本体に設けられる中空空間の内側から、翼本体を構成する外皮に固定される。前縁プロテクタを外皮に固定するための各種部材が翼本体の外部に露出しないため、風車翼の空力的性能を低下することなく、風車翼のエロージョン損傷を効果的に抑制できる。

【0060】

（２）他の態様では、上記（１）の態様において、
前記外皮の内表面に固定され、前記前縁プロテクタに対して前記中空空間側から接触するように配置された第１固定部材（例えば上記実施形態の第１固定部材３２）と、
前記中空空間の内側から前記第１固定部材とともに前記前縁プロテクタを固定する第２固定部材（例えば上記実施形態の第２固定部材３４）と、
を備える。

【0061】

上記（２）の態様によれば、外皮の内表面に固定された第１固定部材とともに前縁プロテクタが第２固定部材によって固定される。これにより、前縁プロテクタを外皮に固定するための各種部材が翼本体の外部に露出しない前縁プロテクタの固定構造を効率的なレイアウトで構成できる。

【0062】

（３）他の態様では、上記（２）の態様において、
前記第２固定部材は、
前記第１固定部材を貫通し、一端が前記前縁プロテクタに固定されるボルト部材（例えば上記実施形態のボルト部材３４ａ）と、
前記中空空間側から前記ボルト部材の他端に係合されるナット部材（例えば上記実施形態のナット部材３４ｂ）と、
を含む。

【0063】

上記（３）の態様によれば、第２固定部材をボルト部材及びナット部材によって構成することで、外皮の内表面に固定された第１固定部材とともに前縁プロテクタを外皮に対して、効率的なレイアウトで固定できる。

【0064】

（４）他の態様では、上記（２）又は（３）の態様において、
前記第１固定部材は、
前記前縁プロテクタに接触する本体部（例えば上記実施形態の本体部３２ａ）と、
前記本体部に接続され、前記外皮の内表面に沿って延在する延在部（例えば上記実施形態の延在部３２ｂ）と、
を備える。

【0065】

上記（４）の態様によれば、外皮の内表面に固定される第１固定部材は、前縁プロテクタに接触する本体部に対して、延在部が設けられた構成を有する。延在部は、外皮の内表面に沿って延在することで、第１固定部材の外皮に対する接触面積を増やす。これにより、第１固定部材を外皮に対してより強固に固定でき、前縁プロテクタの翼本体からの脱落リスクがより少なく、信頼性の高い構成を実現できる。

【0066】

（５）他の態様では、上記（２）から（４）のいずれか一態様において、
前記第１固定部材は、前記外皮のうち互いに対向する一対の内表面の間に固定され、
前記一対の内表面の間隔は、前記前縁部に向けて減少するように構成される。

【0067】

上記（５）の態様によれば、外皮のうち互いに対向する一対の内表面の間に、第１固定部材が固定される。一対の内表面は、前縁部に向けて減少するように構成されることで、それら間に挟持される第１固定部材が外部に抜け出ることが構造的に防止される。これにより、前縁プロテクタの翼本体からの脱落リスクをより低減できる。

【0068】

（６）他の態様では、上記（１）の態様において、
前記外皮は、前記前縁プロテクタと前記中空空間との間に介在するように延在する第１外皮延在部（例えば上記実施形態の第１外皮延在部２９）を有し、
前記前縁プロテクタは、前記第１外皮延在部に対して固定される。

【0069】

上記（６）の態様によれば、翼本体を構成する外皮の一部が、前縁プロテクタと中空空間との間に介在するように延在した第１外皮延在部が設けられる。前縁プロテクタは、このような第１外皮延在部に対して固定されることで、前縁プロテクタを外皮に固定するための各種部材が翼本体の外部に露出しない前縁プロテクタの固定構造を効率的なレイアウトで構成できる。

【0070】

（７）他の態様では、上記（６）の態様において、
前記第１外皮延在部を貫通し、一端が前記前縁プロテクタに固定されるボルト部材（例えば上記実施形態のボルト部材３４ａ）と、
前記中空空間側から前記ボルト部材の他端に係合されるナット部材（例えば上記実施形態のナット部材３４ｂ）と、
を更に備える。

【0071】

上記（７）の態様によれば、第１外皮延在部を貫通するボルト部材をナット部材で固定することにより第１外皮延在部に対して前縁プロテクタが固定される。このように前縁プロテクタを外皮の一部に対して直接固定することで、前縁プロテクタを外皮に対してより強固に固定できる。

【0072】

（８）他の態様では、上記（６）又は（７）の態様において、
前記外皮は、互いに対向する背側外皮（例えば上記実施形態の背側外皮２４）及び腹側外皮（例えば上記実施形態の腹側外皮２６）を含み、
前記第１外皮延在部は、前記背側外皮又は前記腹側外皮の一方に設けられ、
前記背側外皮又は前記腹側外皮の他方は、前記第１外皮延在部に対向するように延在する第２外皮延在部（例えば上記実施形態の第２外皮延在部４２）を有し、
前記第１外皮延在部及び前記第２外皮延在部は互いに接着されている。

【0073】

上記（８）の態様によれば、前縁プロテクタが固定される外皮は、互いに対向する背側外皮及び腹側外皮によって構成される。背側外皮又は腹側外皮の一方には、前述の第１外皮延在部が設けられており、他方の外皮には第２外皮延在部が設けられる。第１外皮延在部及び第２外皮延在部は互いに接着されることで、前縁プロテクタは、第１外皮延在部及び第２外皮延在部の両方を介して翼本体に固定される。これにより、前縁プロテクタを外皮に対してより強固に固定でき、より信頼性の高い風車翼を構成できる。

【0074】

（９）他の態様では、上記（１）から（８）のいずれか一態様において、
前記前縁プロテクタは、前記翼本体の翼長方向に沿って配列された複数のプロテクタ部材（例えば上記実施形態の複数のプロテクタ部材３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、・・・、・・
・）を含む。

【0075】

上記（９）の態様によれば、
前縁プロテクタが、翼長方向に沿って配置される複数のプロテクタ部材から構成される。これにより、風車の運用時に前縁プロテクタに生じるひずみを効果的に軽減することができる。また、翼本体の翼長方向に沿ったサイズが大きい風車翼においても、広範囲にわたって前縁部をエロージョン損傷から保護することができる。

【0076】

（１０）他の態様では、上記（９）の態様において、
前記複数のプロテクタ部材は、前記翼長方向に沿って延在する支持ワイヤ（例えば上記実施形態の支持ワイヤ４４）によって互いに連結される。

【0077】

上記（１０）の態様によれば、前縁プロテクタを構成する複数のプロテクタ部材を支持ワイヤによって連結することで、各プロテクタ部材の脱落を防止できる。

【0078】

（１１）他の態様では、上記（９）又は（１０）の態様において、
前記複数のプロテクタ部材の一部が前記外皮に固定される。

【0079】

上記（１１）の態様によれば、前縁プロテクタを構成する複数のプロテクタ部材の一部が外皮に対して固定される。これにより、全てのプロテクタ部材をそれぞれ外皮に固定する場合に比べて、簡易的な構成で済む。

【0080】

（１２）他の態様では、上記（１）から（１１）の一態様において、
前記前縁プロテクタは導電性材料からなる。

【0081】

上記（１２）の態様によれば、風車翼が落雷を受けた際に、導電性材料からなる前縁プロテクタが雷電流の伝達経路の少なくとも一部を形成することで、良好な耐雷性能が得られる。

【0082】

（１３）他の態様では、上記（１２）の態様において、
前記前縁プロテクタは、前記外皮の外表面に沿って設けられた導電メッシュ部材（例えば上記実施形態の導電メッシュ部材４０ａ、４０ｂ）に電気的に接続される。

【0083】

上記（１３）の態様によれば、導電性材料からなる前縁プロテクタが、風車翼を構成する外皮の外表面に沿って設けられた導電メッシュ部材に電気的に接続される。これにより、風車翼が落雷を受けた際に雷電流の伝達経路における電気抵抗値をより低減し、良好な耐雷性能が得られる。

【0084】

（１４）他の態様では、上記（１２）又は（１３）の態様において、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間に配置されたダウンコンダクタに電気的に接続される。

【0085】

上記（１４）の態様によれば、導電性材料からなる前縁プロテクタが、中空空間に配置されたダウンコンダクタに電気的に接続される。これにより、風車翼が落雷を受けた際に雷電流の伝達経路における電気抵抗値をより低減し、良好な耐雷性能が得られる。

【0086】

（１５）他の態様では、上記（１）から（１１）のいずれか一態様において、
前記前縁プロテクタはセラミックスからなる。

【0087】

上記（１５）の態様によれば、前縁プロテクタを硬質なセラミックスから構成することで、耐エロージョン性能を確保しながらも、風車翼の軽量化を図ることができる。

【0088】

（１６）一態様に係る風車は、
上記（１）から（１５）のいずれか一態様の風車翼を備える。

【0089】

上記（１６）の態様によれば、上記各態様の風車翼を備えることで、前縁プロテクタによる風車翼のエロージョン損傷を防止しながらも、前縁プロテクタの設置による空力性能の低下を抑えることができる。

【0090】

（１７）一態様に係る風車翼の製造方法は、
中空空間を囲む外皮を有する翼本体と、
前記翼本体の前縁部に設けられた前縁プロテクタと、
を備え、
前記前縁プロテクタは、前記中空空間の内側から前記外皮に対して固定される、風車翼の製造方法であって、
成型用の型材に、後縁側面にボルト部材の一端が取り付けられた前縁プロテクタを配置するステップ（例えば上記実施形態のステップＳ２００－１）と、
前記ボルト部材が露出するように、前記前縁プロテクタ上に前記外皮の構成材料を積層するステップ（例えば上記実施形態のステップＳ２００－２）と、
成型物を前記型から取り出し、前記ボルト部材の他端にナットを係合するステップ（例えば上記実施形態のステップＳ２００－３）と、
を備える。

【0091】

上記（１７）の態様によれば、翼本体を構成する外皮に対して前縁プロテクタが中空空間の内側から固定された風車翼を効率的に製造できる。
尚、後縁側面は、風車翼の完成品において前縁プロテクタのうち後縁側に対向する面である。

【0092】

（１８）他の態様では、上記（１７）の態様において、
前記構成材料を積層するステップでは、前記ボルト部材の前記他端に、先端が鋭利な補助部材（例えば上記実施形態の補助部材３７）が脱着可能に取り付けられる。

【0093】

上記（１８）の態様によれば、構成材料の積層を行う際に、ボルト部材に先端が鋭利な補助部材を取り付けることで、ボルト部材に対して構成部材を貫通させ、ボルト部材を露出させながらの構成材料の積層作業を容易化できる。

【符号の説明】

【0094】

１ 風車
２ 風車翼
４ ハブ
６ 風車ロータ
８ ナセル
１０ タワー
１２ 翼根部
１４ 翼先端部
１５ ダウンコンダクタ
１６ 中空空間
１７ チップレセプタ
１８ 翼本体
２０ 前縁部
２２ 後縁部
２４ 背側外皮
２６ 腹側外皮
２９ 第１外皮延在部
３０ 前縁プロテクタ
３２ 第１固定部材
３２ａ 本体部
３２ｂ 延在部
３３ 接着層
３４ 第２固定部材
３４ａ ボルト部材
３４ｂ ナット部材
３５ 前縁構造体
３７ 補助部材
４０ａ，４０ｂ 導電メッシュ部材
４２ 第２外皮延在部
４３ 後縁側面
４４ 支持ワイヤ
４９ 穴部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図9C】

【図10】

【図11】