▶ 東芝エネルギーシステムズ株式会社の特許一覧 ▶ 学校法人中部大学の特許一覧
(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】2024-03-05
(45)【発行日】2024-03-13
(54)【発明の名称】風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置
(51)【国際特許分類】
F03D 80/30 20160101AFI20240306BHJP
【ＦＩ】
F03D80/30
【請求項の数】
16
(21)【出願番号】P 2020120074
(22)【出願日】2020-07-13
(65)【公開番号】P2022017021
(43)【公開日】2022-01-25
【審査請求日】2023-02-01
(73)【特許権者】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】500433225
【氏名又は名称】学校法人中部大学
(74)【代理人】
【識別番号】100091487
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 行孝
(74)【代理人】
【識別番号】100105153
【弁理士】
【氏名又は名称】朝倉 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100107582
【弁理士】
【氏名又は名称】関根 毅
(74)【代理人】
【識別番号】100150717
【弁理士】
【氏名又は名称】山下 和也
(72)【発明者】
【氏名】塩田 和則
(72)【発明者】
【氏名】山本 和男
(72)【発明者】
【氏名】高橋 則雄
(72)【発明者】
【氏名】谷山 賀浩
(72)【発明者】
【氏名】大迫 俊樹
【審査官】高吉 統久
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－１００６５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００４－５１５７１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２０７００１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１７－５３８２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３４１７３８（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０３Ｄ ８０／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
受雷部と、前記受雷部を電気的に接地する金属導線と、前記受雷部よりも先端側に設けられた水抜き穴と、を含む、風力発電装置の風車ブレードに設置され、前記受雷部に落雷電流を誘導する風車ブレードの誘雷装置であって、前記風車ブレードの圧力面および負圧面のうちの少なくとも一方に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第１導電帯を備え、
前記第１導電帯は、前記受雷部の側から前記水抜き穴に向かって延び、
前記第１導電帯の先端は、前記水抜き穴よりも前記受雷部の側に位置しており、前記水抜き穴から離間している、風車ブレードの誘雷装置。
【請求項2】
前記第１導電帯は、前記第１導電帯の延びる方向に隙間を介して配列された複数の導電片を含む、請求項１に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項3】
前記風車ブレードの前記圧力面および前記負圧面のうちの前記第１導電帯が設けられた面に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第２導電帯および第３導電帯を更に備え、前記第２導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で前記風車ブレードの前縁に沿うように、前記受雷部の側から延び、
前記第３導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で前記風車ブレードの後縁に沿うように、前記受雷部の側から延びる、請求項１または２に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項4】
前記風車ブレードの中空部のうち前記風車ブレードの前記後縁の側の部分に充填部が設けられ、前記充填部は、前記風車ブレードの前記前縁の側に位置する充填部前縁を含み、
前記第３導電帯は、前記充填部前縁に沿うように位置する、請求項３に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項5】
前記風車ブレードは、互いに異なる構造材料で形成された２つの部分を区分けする異種材料境界を含み、前記第３導電帯は、前記異種材料境界に沿うように位置する、請求項３に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項6】
前記風車ブレードは、前記風車ブレードを構成する構造材料の厚みが変化する構造材料厚み境界を含み、前記第３導電帯は、前記構造材料厚み境界に沿うように位置する、請求項３に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項7】
受雷部と、前記受雷部を電気的に接地する金属導線と、前記受雷部よりも先端側に設けられた水抜き穴と、を含む、風力発電装置の風車ブレードに設置され、前記受雷部に落雷電流を誘導する風車ブレードの誘雷装置であって、
前記風車ブレードの圧力面および負圧面のうちの少なくとも一方に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第１導電帯と、
前記風車ブレードの前記圧力面および前記負圧面のうちの前記第１導電帯が設けられた面に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第２導電帯および第３導電帯と、を備え、
前記第１導電帯は、前記受雷部の側から前記水抜き穴に向かって延び、
前記第２導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で前記風車ブレードの前縁に沿うように、前記受雷部の側から延び、
前記第３導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で前記風車ブレードの後縁に沿うように、前記受雷部の側から延び、
前記風車ブレードの中空部のうち前記風車ブレードの前記後縁の側の部分に充填部が設けられ、
前記充填部は、前記風車ブレードの前記前縁の側に位置する充填部前縁を含み、
前記第３導電帯は、前記充填部前縁に沿うように位置する、風車ブレードの誘雷装置。
【請求項8】
受雷部と、前記受雷部を電気的に接地する金属導線と、前記受雷部よりも先端側に設けられた水抜き穴と、を含む、風力発電装置の風車ブレードに設置され、前記受雷部に落雷電流を誘導する風車ブレードの誘雷装置であって、
前記風車ブレードの圧力面および負圧面のうちの少なくとも一方に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第１導電帯と、
前記風車ブレードの前記圧力面および前記負圧面のうちの前記第１導電帯が設けられた面に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第２導電帯および第３導電帯と、を備え、
前記第１導電帯は、前記受雷部の側から前記水抜き穴に向かって延び、
前記第２導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で前記風車ブレードの前縁に沿うように、前記受雷部の側から延び、
前記第３導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で前記風車ブレードの後縁に沿うように、前記受雷部の側から延び、
前記風車ブレードは、互いに異なる構造材料で形成された２つの部分を区分けする異種材料境界を含み、
前記第３導電帯は、前記異種材料境界に沿うように位置する、風車ブレードの誘雷装置。
【請求項9】
受雷部と、前記受雷部を電気的に接地する金属導線と、前記受雷部よりも先端側に設けられた水抜き穴と、を含む、風力発電装置の風車ブレードに設置され、前記受雷部に落雷電流を誘導する風車ブレードの誘雷装置であって、
前記風車ブレードの圧力面および負圧面のうちの少なくとも一方に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第１導電帯と、
前記風車ブレードの前記圧力面および前記負圧面のうちの前記第１導電帯が設けられた面に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第２導電帯および第３導電帯と、を備え、
前記第１導電帯は、前記受雷部の側から前記水抜き穴に向かって延び、
前記第２導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で前記風車ブレードの前縁に沿うように、前記受雷部の側から延び、
前記第３導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で前記風車ブレードの後縁に沿うように、前記受雷部の側から延び、
前記風車ブレードは、前記風車ブレードを構成する構造材料の厚みが変化する構造材料厚み境界を含み、
前記第３導電帯は、前記構造材料厚み境界に沿うように位置する、風車ブレードの誘雷装置。
【請求項10】
前記風車ブレードの前記圧力面および前記負圧面のうちの前記第３導電帯が設けられた面に設けられ、前記落雷電流の誘導経路を形成する第４導電帯を更に備え、前記第４導電帯は、前記受雷部よりも前記風車ブレードの先端とは反対側で、前記風力発電装置の前方から見たときに前記金属導線と前記第３導電帯との間に位置する、請求項３～９のいずれか一項に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項11】
前記第２導電帯は、前記風力発電装置の前方から見たときに前記金属導線と前記風車ブレードの前記前縁との中間位置に位置する、請求項３～１０のいずれか一項に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項12】
前記第２導電帯から前記風車ブレードの前記後縁に向かって延びる第１補助導電帯を更に備え、前記第１補助導電帯の先端は、前記風力発電装置の前方から見たときに、前記金属導線よりも前記風車ブレードの前記前縁の側に位置する、請求項３～１１のいずれか一項に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項13】
前記第３導電帯から前記風車ブレードの前記前縁に向かって延びる第２補助導電帯を更に備え、前記第２補助導電帯の先端は、前記風力発電装置の前方から見たときに、前記金属導線よりも前記風車ブレードの前記後縁の側に位置する、請求項３～１２のいずれか一項に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項14】
前記第２導電帯から前記風車ブレードの前記前縁に向かって延びる第１補助導電帯を更に備えた、請求項３～１１のいずれか一項に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項15】
前記第３導電帯から前記風車ブレードの前記後縁に向かって延びる第２補助導電帯を更に備えた、請求項３～１１および１４のいずれか一項に記載の風車ブレードの誘雷装置。
【請求項16】
受雷部と、前記受雷部を電気的に接地する金属導線と、前記受雷部よりも先端側に設けられた水抜き穴と、を含む、複数の風車ブレードと、前記風車ブレードに設置された請求項１～１５のいずれか一項に記載の風車ブレードの誘雷装置であって、前記受雷部に落雷電流を誘導する風車ブレードの誘雷装置と、を備えた、風力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置に関する。
【背景技術】
【0002】
再生可能エネルギを利用した発電方式のうち風力発電は、比較的大きな発電容量を有しており、地球温暖化対策に貢献できる発電方式の一つとして注目されている。現在では、集合型風力発電所（ウィンドファーム）が建設されおり、大型の風力発電装置が主流となりつつある。例えば、風車ブレードの先端の地上高さが１８０ｍを超える風力発電装置も知られている。風車ブレードは、軽量化の観点から、ガラス繊維強化プラスチックなどの材料を用いて、中空構造を有するように形成されている。
【0003】
風車ブレードの破損原因としては、落雷を原因とした破損が最も多い。具体的には、風況が良好な地点では、落雷被害を受けやすい。このため、風力発電装置の大型化につれて風車ブレードが破損する被害が増加している。
【0004】
風車ブレードが雷撃を受けた場合、風力発電装置の発電を停止するだけでなく、風車ブレードの破損箇所の修理が必要な場合は長期の運転停止を余儀なくされる。このため、風車ブレードの耐雷性能の向上が問題となっている。雷撃により、送配電線若しくは通信線への直撃雷という被害、または落雷電流から生じる電磁波による誘導雷という被害が想定されるが、最も深刻な被害は、風車ブレードへの直撃雷による被害である。
【0005】
従来の風車ブレードの表面には、雷撃保護装置として、風車ブレードに金属製の受雷部が設けられている。受雷部は、金属導線を介して大地に電気的に接地されている。金属導線は、風車ブレードの中空部に位置しており、風車ブレードに固定されている。受雷部に落雷させることにより、風車ブレードに着雷させないようにしている。
【0006】
しかしながら、風車ブレードの軽量化のために、受雷部は、風車ブレードに多く設けることができない。このため、落雷を受雷部で受けることができない場合があり、落雷の捕捉率が低いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開２００７－１００６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレードの破損を抑制することができる風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置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】
【0009】
実施の形態による風車ブレードの誘雷装置は、風力発電装置の風車ブレードに設置される。風車ブレードは、受雷部と、受雷部を電気的に接地する金属導線と、受雷部よりも先端側に設けられた水抜き穴と、を含んでいる。風車ブレードの誘雷装置は、受雷部に落雷電流を誘導する。風車ブレードの誘雷装置は、風車ブレードの圧力面および負圧面のうちの少なくとも一方に設けられ、落雷電流の誘導経路を形成する第１導電帯を備えている。第１導電帯は、受雷部の側から水抜き穴に向かって延びている。
【0010】
また、実施の形態による風力発電装置は、複数の風車ブレードと、風車ブレードに設置された上述の風車ブレードの誘雷装置と、を備えている。風車ブレードは、受雷部と、受雷部を電気的に接地する金属導線と、受雷部よりも先端側に設けられた水抜き穴と、を含んでいる。風車ブレードの誘雷装置は、受雷部に落雷電流を誘導する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレードの破損を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態による風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。
【0014】
（第１の実施の形態）
図１～図７を用いて、本実施の形態における風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。ここではまず、図１および図２を用いて、本実施の形態における風力発電装置の一例について説明する。
図１～図７を用いて、本実施の形態における風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。ここではまず、図１および図２を用いて、本実施の形態における風力発電装置の一例について説明する。
【0015】
【0016】
風車用回転翼１０は、ナセル２の水平方向に延びる中心軸線を中心にして回転可能になっている。風車用回転翼１０は、風を受けると回転する。風車用回転翼１０は、図２に示すように、前方から見たときに時計回りの方向に回転するように構成されているが、風車用回転翼１０の回転方向はこれに限られることはない。
【0017】
ナセル２には、図示しない発電機が収納されており、風車用回転翼１０の回転によって発電を行う。また、図示しないが、ナセル２には、風車用回転翼１０の回転を停止させるブレーキと、風車用回転翼１０の回転角（または回転位置）を検出する回転センサが収納されている。
【0018】
図１に示すように、避雷針３は、ナセル２の上面に取り付けられている。避雷針３は、ナセル２およびナセル２内の発電機を落雷から保護することを意図しているが、風車用回転翼１０の後述する風車ブレード１２を落雷から保護することは意図していない。
【0019】
タワー４は、地面から起立してナセル２を支持している。ナセル２は、タワー４に対して、鉛直方向に延びる軸を中心に回転可能になっている。風車用回転翼１０は、ナセル２を介してタワー４に支持されている。
【0020】
図１および図２に示すように、風車用回転翼１０は、発電機に連結されたハブ１１と、ハブ１１に連結された３つの風車ブレード１２と、を含んでいる。ハブ１１と各風車ブレード１２は一体に回転するように形成されている。なお、風車ブレード１２の個数は３つに限られることはなく、任意である。
【0021】
【0022】
ブレード本体１３は翼型形状を有している。ブレード本体１３の一方の面は圧力面１３ａとして構成され、他方の面は負圧面１３ｂとして構成されている。図３においては、負圧面１３ｂが示されている。図４においては、圧力面１３ａが下側に示され、負圧面１３ｂが上側に示されている。
【0023】
図３に示すように、ブレード本体１３は、前縁１７と、後縁１８と、を含んでいる。前縁１７は、図２に示すように、風車用回転翼１０の回転方向の進行側に位置しており、後縁１８は、回転方向とは反対側に位置している。図４に示すように、ブレード本体１３は、中空部１９を有しており、ガラス繊維強化プラスチックなどの絶縁性を有する材料で形成されている。
【0024】
ブレード本体１３は、圧力面１３ａの側に位置する圧力面側ブレード部分１３ｃと、負圧面１３ｂの側に位置する負圧面側ブレード部分１３ｄとが突き合わされることにより形成されている。上述したブレード本体１３の前縁１７および後縁１８は、圧力面側ブレード部分１３ｃと負圧面側ブレード部分１３ｄとが突き合わされた箇所に相当している。圧力面側ブレード部分１３ｃと負圧面側ブレード部分１３ｄとは、接着剤で貼り合わされている。中空部１９には梁材１３ｅ（図８参照）が設けられており、梁材１３ｅが、圧力面側ブレード部分１３ｃと負圧面側ブレード部分１３ｄとに接続されている。
【0025】
受雷部１４は、ブレード本体１３のうち先端側領域に設けられている。図４に示すように、受雷部１４は、圧力面側ブレード部分１３ｃおよび負圧面側ブレード部分１３ｄにそれぞれ埋設されている。圧力面側ブレード部分１３ｃに埋設された受雷部１４は、圧力面１３ａから露出している。圧力面１３ａと受雷部１４の表面とは実質的に連続した面をなしている。同様に、負圧面側ブレード部分１３ｄに埋設された受雷部１４は、負圧面１３ｂから露出している。負圧面１３ｂと受雷部１４の表面とは実質的に連続した面をなしている。受雷部１４は、導電性を有する金属材料を用いて円板状に形成されている。受雷部１４は、レセプターと呼ばれることもある。
【0026】
ここで、受雷部の種類について説明する。一般に、受雷部には、複数のタイプがある。例えば、チップタイプとロッドタイプとディスクタイプとが挙げられる。チップタイプの受電部は、風車ブレード１２の先端部の表面なす中実状の金属材料で形成された部材として構成されている。チップタイプの受電部は、風車ブレード１２の先端を含む比較的広い領域で、金属材料を露出させている。ロッドタイプでは、後述する金属導線１５の先端に、金属材料で形成されたロッドのような部材が風車ブレード１２の先端まで延びており、この部材が風車ブレード１２の先端で外部に露出されている。本実施の形態における受雷部１４は、ディスクタイプのレセプターである。ディスクタイプでは、金属導線１５の先端に、後述する接続部材２０を介して円板状の受雷部１４が接続されており、受雷部１４が外部に露出されている。
【0027】
圧力面側ブレード部分１３ｃに設けられた受雷部１４と、負圧面側ブレード部分１３ｄに設けられた受雷部１４とは、接続部材２０で接続されている。接続部材２０は、導電性を有する金属材料を用いて形成されている。
【0028】
金属導線１５は、接続部材２０に接続されている。金属導線１５は、地面に電気的に接地されており、接続部材２０を介して受雷部１４を電気的に接地している。金属導線１５は、ブレード本体１３の中空部１９に位置している。図３に示すように、風力発電装置１の前方から見たときには、金属導線１５は、ブレード本体１３の前縁１７と後縁１８との中間位置に位置しており、梁材１３ｅ（図８参照）に固定されている。金属導線１５は、ダウンコンダクタと称する場合もある。
【0029】
水抜き穴１６は、ブレード本体１３のうち受雷部１４よりも先端１３ｔの側に設けられている。すなわち、水抜き穴１６は、ブレード本体１３の先端１３ｔの近傍に位置している。水抜き穴１６は、圧力面側ブレード部分１３ｃおよび負圧面側ブレード部分１３ｄにそれぞれ形成されている。水抜き穴１６から中空部１９内の水が外部に排出可能になっている。水抜き穴１６の平面形状は、円形であってもよい。
【0030】
次に、本実施の形態による風車ブレードの誘雷装置（以下、単に誘雷装置３０と記す）について、図３～図６を用いて説明する。誘雷装置３０は、風車ブレード１２に設置され、受雷部１４に落雷電流を誘導するための装置である。
【0031】
図３および図４に示すように、本実施の形態による誘雷装置３０は、第１導電帯３１と、第２導電帯３２と、第３導電帯３３と、を備えている。第１導電帯３１、第２導電帯３２および第３導電帯３３は、ブレード本体１３の圧力面１３ａおよび負圧面１３ｂのそれぞれに設けられている。各導電帯３１～３３は、受雷部１４への落雷電流の誘導経路を形成している。圧力面１３ａに設けられた各導電帯３１～３３と、負圧面１３ｂに設けられた各導電帯３１～３３は、実質的に同一に構成されている。ここでは代表的に、負圧面１３ｂに設けられた各導電帯３１～３３について説明し、圧力面１３ａに設けられた各導電帯３１～３３についての説明は省略する。
【0032】
図３に示すように、第１導電帯３１は、受雷部１４の側から水抜き穴１６に向かって延びている。第１導電帯３１は、水抜き穴１６の近傍から受雷部１４への落雷電流の誘導経路を形成している。本実施の形態においては、第１導電帯３１の先端は、水抜き穴１６よりも受雷部１４の側に位置している。すなわち、第１導電帯３１の先端は、水抜き穴１６の近傍に位置しており、第１導電帯３１の先端と水抜き穴１６とは離間している。
【0033】
第２導電帯３２は、受雷部１４よりもブレード本体１３の先端１３ｔとは反対側（または基端側）でブレード本体１３の前縁１７に沿うように、受雷部１４の側から延びている。本実施の形態では、第２導電帯３２は、前縁１７の近傍から受雷部１４への落雷電流の誘導経路を形成している。
【0034】
より具体的には、第２導電帯３２は、ブレード本体１３の前縁１７に沿うように位置する第２導電帯本体部３２ａと、第２導電帯本体部３２ａから受雷部１４に向かって延びる第２導電帯接続部３２ｂと、を含んでいる。第２導電帯本体部３２ａは、受雷部１４よりもハブ１１の側に位置している。本実施の形態による第２導電帯本体部３２ａは、前縁１７の近傍に位置している。第２導電帯本体部３２ａと第２導電帯接続部３２ｂは、後述する絶縁層４１が連続状に一体に形成されている。この絶縁層４１上に、後述する導電片４０が隙間を介して配列されている。第２導電帯接続部３２ｂは、湾曲状に形成されており、落雷電流の滑らかな誘導経路を形成している。
【0035】
第３導電帯３３は、受雷部１４よりもブレード本体１３の先端１３ｔとは反対側でブレード本体１３の後縁１８に沿うように、受雷部１４の側から延びている。本実施の形態では、第３導電帯３３は、後縁１８の近傍から受雷部１４への落雷電流の誘導経路を形成している。
【0036】
より具体的には、第３導電帯３３は、ブレード本体１３の後縁１８に沿うように位置する第３導電帯本体部３３ａと、第３導電帯本体部３３ａから受雷部１４に向かって延びる第３導電帯接続部３３ｂと、を含んでいる。第３導電帯本体部３３ａは、受雷部１４よりもハブ１１の側に位置している。本実施の形態による第３導電帯本体部３３ａは、後縁１８の近傍に位置している。第３導電帯本体部３３ａと第３導電帯接続部３３ｂは、後述する絶縁層４１が連続状に一体に形成されている。この絶縁層４１上に、後述する導電片４０が隙間を介して配列されている。第３導電帯接続部３３ｂは、湾曲状に形成されており、落雷電流の滑らかな誘導経路を形成している。
【0037】
図５および図６に示すように、第１導電帯３１、第２導電帯３２および第３導電帯３３はそれぞれ、複数の導電片４０と、絶縁層４１と、を含んでいる。絶縁層４１上に、複数の導電片４０が固定されている。導電片４０は、高融点の金属材料で形成されていてもよい。導電片４０は、板状に形成されていてもよい。導電片４０の平面形状は、図５に示すように矩形状であってもよいが、これに限られることはなく、任意である。導電片４０は、例えば接着剤を用いて絶縁層４１に接着されていてもよい。複数の導電片４０は、対応する導電帯３１～３３の延びる方向に隙間ｇ１を介して配列されている。絶縁層４１上に、複数の導電片４０が配列されて固定されていることにより、各導電帯３１～３３が構成されている。各導電帯３１～３３の絶縁層４１は、例えば接着剤を用いてブレード本体１３に接着されていてもよい。絶縁層４１上に複数の導電片４０を予め接着しておき、その後に絶縁層４１をブレード本体１３に接着してもよい。隙間ｇ１は、互いに隣り合う導電片４０の間でアーク放電しやすくするために、小さいことが好ましい。一方、導電片４０同士がアーク放電によって溶着することを避けるために、ある程度大きいことが好ましい。例えば、隙間ｇ１は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以上３ｍｍ以下であることがより好ましい。
【0038】
図５に示すように、第１導電帯３１の複数の導電片４０のうち最も受雷部１４の側に位置する導電片４０は、受雷部１４に対して所定の隙間ｇ２を介して配置されている。この隙間ｇ２は、例えば、上述した隙間ｇ１と等しくてもよい。第２導電帯３２および第３導電帯３３についても同様である。
【0039】
第１導電帯３１を構成する絶縁層４１のうち受雷部１４の側に位置する基端は、受雷部１４と接していてもよく、あるいは離間していてもよい。第２導電帯３２および第３導電帯３３についても同様である。
【0040】
第１導電帯３１を構成する複数の導電片４０のうち最も水抜き穴１６の側に位置する導電片４０は、水抜き穴１６に対して所定の隙間ｇ３を介して配置されている。隙間ｇ３は、上述した隙間ｇ１より大きくてもよい。隙間ｇ３は、落雷の捕捉率を高めるために、小さいことが好ましい。一方、水抜き穴１６から排出される水によって腐食することを防止するためには、ある程度大きいことが好ましい。例えば、隙間ｇ３は、１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることがより好ましい。また、第１導電帯３１を構成する絶縁層４１のうち水抜き穴１６の側に位置する端は、水抜き穴１６に対して所定の隙間ｇ４を介して配置されている。隙間ｇ４は、隙間ｇ３よりも小さくてもよい。
【0041】
次に、このような構成からなる本実施の形態による誘雷装置３０が設置された風車ブレード１２に落雷が発生した場合について説明する。
【0042】
一般的に、雷雲から風車ブレード１２に向かって落雷ストリーマは、ブレード本体１３の先端側領域に着雷しやすい。この先端側領域は曲率が大きく、先端側領域で電気力線が集中しやすくなっているためである。本実施の形態では、ブレード本体１３の先端側領域に位置する受雷部１４の周辺に、誘雷装置３０を構成する第１導電帯３１、第２導電帯３２および第３導電帯３３が設けられている。ブレード本体１３の先端側領域に向かって落雷ストリーマが進展すると、導電帯３１～３３のいずれかが落雷を捕捉し得る。
【0043】
例えば、図７に示すように、第１導電帯３１に落雷ストリーマＳが着雷すると、第１導電帯３１内で落雷電流Ｉ０が受雷部１４に向かって誘導される。この場合、落雷電流Ｉ０は、互いに隣り合う導電片４０の間に形成された隙間ｇ１でアーク放電する。このことにより、落雷電流Ｉ０は、エネルギを減衰させながら受雷部１４に向かって誘導される。また、最も受雷部１４の側に位置する導電片４０と受雷部１４との間の隙間ｇ２（図５参照）でも落雷電流Ｉ０はアーク放電する。落雷電流Ｉ０は、受雷部１４から接続部材２０および金属導線１５を通って地面に流れる（後述する図１３参照）。第２導電帯３２および第３導電帯３３についても同様である。
【0044】
ここで、従来では、ブレード本体１３の先端側領域のうち先端１３ｔに落雷ストリーマが着雷しやすいと考えられていた。今般、発明者らは、ブレード本体１３の先端側領域のうちブレード本体１３の先端１３ｔの近傍に位置する水抜き穴１６も着雷しやすく、落雷が受雷部１４では捕捉されずに水抜き穴１６に着雷する事象が多いことを実験によって明らかにした。本実施の形態による第１導電帯３１は、水抜き穴１６に向かって延びており、第１導電帯３１の先端は、水抜き穴１６の近傍に位置している。このことにより、水抜き穴１６に到達する落雷は、第１導電帯３１で捕捉され得る。捕捉された落雷は、第１導電帯３１によって受雷部１４に誘導される。
【0045】
また、ブレード本体１３の先端側領域のうち、前縁１７および後縁１８も着雷しやすい。本実施の形態による第２導電帯３２は、前縁１７に沿う位置まで受雷部１４の側から延びている。このことにより、前縁１７に到達する落雷は、第２導電帯３２で捕捉され得る。落雷電流は、第２導電帯３２によって受雷部１４に誘導される。また、本実施の形態による第３導電帯３３は、後縁１８に沿う位置まで受雷部１４の側から延びている。このことにより、後縁１８に到達する落雷は、第３導電帯３３で捕捉され得る。落雷電流は、第３導電帯３３によって受雷部１４に誘導される。
【0046】
このように本実施の形態によれば、誘雷装置３０の第１導電帯３１は、受雷部１４の側から水抜き穴１６に向かって延びている。このことにより、着雷しやすい風車ブレード１２の水抜き穴１６に向かって落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第１導電帯３１で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第１導電帯３１から受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損（例えば、水抜き穴１６の破損）を抑制することができる。
【0047】
また、本実施の形態によれば、第１導電帯３１の先端は、水抜き穴１６よりも受雷部１４の側に位置している。このことにより、第１導電帯３１の先端と水抜き穴１６との間に隙間を形成することができる。この場合、水抜き穴１６から排出される水によって、第１導電帯３１が腐食することを抑制することができる。
【0048】
また、本実施の形態によれば、第１導電帯３１は、隙間を介して配列された複数の導電片４０を含んでいる。このことにより、落雷電流が第１導電帯３１で誘導されている間に、隙間でアーク放電することができる。このため、落雷電流のエネルギを減衰させることができ、落雷電流を安全に地面に流すことができる。すなわち、落雷電流が受雷部１４へ誘導されずにブレード本体１３を透過した場合、落雷電流は、中空部１９内でアーク放電して金属導線１５に到達する。この場合、中空部１９内の空気圧がアーク放電の熱によって上昇し、ブレード本体１３が破損し得る。しかしながら、本実施の形態によれば、導電片４０間の隙間でアーク放電を発生させることにより、落雷電流のエネルギを減衰させることができる。このため、中空部１９内でアーク放電が発生することを抑制でき、ブレード本体１３が破損することを抑制できる。
【0049】
また、本実施の形態によれば、第２導電帯３２が、受雷部１４よりもブレード本体１３の先端１３ｔとは反対側で、風車ブレード１２の前縁１７に沿うように、受雷部１４の側から延びている。このことにより、風車ブレード１２の前縁１７に向かって落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第２導電帯３２で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第２導電帯３２から受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0050】
また、本実施の形態によれば、第３導電帯３３が、受雷部１４よりもブレード本体１３の先端１３ｔとは反対側で、風車ブレード１２の後縁１８に沿うように、受雷部１４の側から延びている。このことにより、風車ブレード１２の後縁１８に向かって落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第３導電帯３３で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第３導電帯３３から受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0051】
なお、上述した本実施の形態においては、第１導電帯３１、第２導電帯３２および第３導電帯３３が、ブレード本体１３の圧力面１３ａおよび負圧面１３ｂのそれぞれに設けられている例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、各導電帯３１～３３は、ブレード本体１３の圧力面１３ａおよび負圧面１３ｂのいずれか一方に設けられて、他方に設けられていなくてもよい。この場合、第２導電帯３２および第３導電帯３３は、ブレード本体１３の圧力面１３ａおよび負圧面１３ｂのうちの第１導電帯３１が設けられた面に設けられるようにしてもよい。すなわち、第２導電帯３２および第３導電帯３３は、第１導電帯３１が設けられた面と同じ面に設けられる。
【0052】
また、上述した本実施の形態においては、各導電帯３１～３３が、隙間を介して複数の導電片４０を含んでいる例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、想定される落雷のエネルギによっては、導電帯３１～３３は、１つの導電片４０で連続状に形成されていてもよい。
【0053】
また、上述した本実施の形態においては、第１導電帯３１の先端は、水抜き穴１６よりも受雷部１４の側に位置している例について説明した。しかしながら、このことに限られることはなく、第１導電帯３１の先端は、水抜き穴１６に接していてもよい。あるいは、第１導電帯３１は、水抜き穴１６を越えて延びて、第１導電帯３１の先端が、水抜き穴１６よりもブレード本体１３の先端１３ｔの側に位置していてもよい。
【0054】
（第２の実施の形態）
次に、図８を用いて、第２の実施の形態による風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。
次に、図８を用いて、第２の実施の形態による風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。
【0055】
図８に示す第２の実施の形態においては、第３導電帯が、風車ブレードの中空部に設けられた充填部の前縁に沿うように位置している点が主に異なり、他の構成は、図１～図７に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図８において、図１～図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0056】
図８に示すように、本実施の形態においては、ブレード本体１３の中空部１９に充填部５０が設けられている。充填部５０は、中空部１９のうちブレード本体１３の後縁１８の側の部分に位置している。充填部５０は、ブレード本体１３の長手方向に延びている。ブレード本体１３の長手方向は、図８の紙面に垂直な方向に相当しており、風車用回転翼１０の半径方向に相当している。充填部５０は、圧力面側ブレード部分１３ｃと負圧面側ブレード部分１３ｄとを貼り合わせるために用いた接着剤が、中空部１９内にはみ出すことにより形成されている。充填部５０は、ブレード本体１３の前縁１７の側に位置する充填部前縁５１を含んでいる。充填部前縁５１も、ブレード本体１３の長手方向に延びている。
【0057】
本実施の形態による第３導電帯３３は、充填部前縁５１に沿うように位置している。言い換えると、ブレード本体１３の圧力面１３ａおよび負圧面１３ｂから見て充填部５０と中空部１９で示す空間との境界に沿うように位置している。例えば、圧力面側ブレード部分１３ｃに設けられた第３導電帯３３は、風力発電装置１の前方から見たときに、充填部前縁５１に重なっていてもよい。また、負圧面側ブレード部分１３ｄに設けられた第３導電帯３３は、風力発電装置１の前方から見たときに、充填部前縁５１に重なっていてもよい。
【0058】
上述したように、ブレード本体１３の前縁１７および後縁１８も着雷しやすい傾向にあるが、前縁１７よりも後縁１８においてブレード本体１３の曲率が大きくなっている。このため、後縁１８で、前縁１７よりも電気力線が集中しやすく、落雷しやすくなっている。そして、中空部１９のうち後縁１８の側の部分には、上述した充填部５０が設けられているため、充填部前縁５１では、落雷しやすい傾向にある。
【0059】
本実施の形態による第３導電帯３３は、充填部前縁５１に沿うように位置している。このことにより、充填部前縁５１に到達する落雷は、第３導電帯３３で捕捉され得る。落雷電流は、第３導電帯３３によって受雷部１４に誘導される。第３導電帯３３が、充填部前縁５１に重なっている場合には、充填部前縁５１に到達する落雷の捕捉率を向上させることができる。
【0060】
このように本実施の形態によれば、第３導電帯３３は、充填部前縁５１に沿うように位置している。このことにより、充填部前縁５１に向かって落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第３導電帯３３で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第３導電帯３３から受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0061】
【0062】
図９および図１０に示す第３の実施の形態においては、互いに異なる構造材料で形成された２つの部分を区分けする異種材料境界に沿うように第３導電帯が位置している点が主に異なり、他の構成は、図８に示す第２の実施の形態と略同一である。なお、図９および図１０において、図８に示す第２の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0063】
図９に示すように、本実施の形態においては、ブレード本体１３は、互いに異なる構造材料で形成された２つの部分を区分けする異種材料境界６０を含んでいる。例えば、ブレード本体１３のうち機械的強度が必要な部位に、高強度材料が用いられ、それ以外の部位に、軽量化を優先するための構造材料が用いられる場合がある。このため、ブレード本体１３が、互いに異なる構造材料で形成される場合がある。
【0064】
より具体的には、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すように、負圧面側ブレード部分１３ｄは、第１の構造材料で形成された第１材料部分６１と、第１の構造材料とは異なる第２の構造材料で形成された第２材料部分６２と、を含んでいる。第１材料部分６１と第２材料部分６２との境界が、異種材料境界６０に相当している。図１０（ａ）には、一例として、後縁１８の側に位置する第１材料部分６１と、前縁１７の側に位置する第２材料部分６２とが突き合わされている例が示されている。その付き合わせ面が異種材料境界６０を構成しており、異種材料境界６０で電気力線が集中しやすくなっている。図１０（ｂ）には、他の例として、第１材料部分６１内に、第２材料部分６２が埋設されている例が示されている。第２材料部分６２の後縁１８の側の縁が異種材料境界６０を構成しており、異種材料境界６０で電気力線が集中しやすくなっている。図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、負圧面側ブレード部分１３ｄに設けられた異種材料境界６０の例を示しているが、圧力面側ブレード部分１３ｃにも、同様な異種材料境界６０が形成される。異種材料境界６０は、ブレード本体１３の長手方向に延びている。
【0065】
本実施の形態による第３導電帯３３は、異種材料境界６０に沿うように位置している。例えば、圧力面側ブレード部分１３ｃに設けられた第３導電帯３３は、風力発電装置１の前方から見たときに、圧力面側ブレード部分１３ｃに設けられた異種材料境界６０に重なっていてもよい。また、負圧面側ブレード部分１３ｄに設けられた第３導電帯３３は、風力発電装置１の前方から見たときに、負圧面側ブレード部分１３ｄに設けられた異種材料境界６０に重なっていてもよい。
【0066】
上述したように、異種材料境界６０で電気力線が集中しやすく、落雷しやすい傾向にある。
【0067】
本実施の形態による第３導電帯３３は、異種材料境界６０に沿うように位置している。このことにより、異種材料境界６０に到達する落雷は、第３導電帯３３で捕捉され得る。落雷電流は、第３導電帯３３によって受雷部１４に誘導される。第３導電帯３３が、異種材料境界６０に重なっている場合には、異種材料境界６０に到達する落雷の捕捉率を向上させることができる。このように第３導電帯３３で落雷を捕捉することにより、落雷電流が、ブレード本体１３からアーク放電して金属導線１５に到達することを抑制できる。このため、中空部１９内の空気圧の上昇によってブレード本体１３が破損することを抑制できる。
【0068】
このように本実施の形態によれば、第３導電帯３３は、異種材料境界６０に沿うように位置している。このことにより、異種材料境界６０に向かって落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第３導電帯３３で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第３導電帯３３から受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0069】
なお、上述した本実施の形態においては、互いに異なる構造材料で形成された２つの部分を区分けする異種材料境界６０に沿うように第３導電帯３３が位置している例について説明した。しかしながら、このことに限られることはない。例えば、軽量化のために、上述した第２材料部分６２に代えて、ブレード中空部６３がブレード本体１３に形成される場合が考えられる。この場合、異種材料境界６０に代えて、ブレード本体１３を構成する構造材料の厚みが変化する境界（構造材料厚み境界６４）が、ブレード本体１３に形成される。負圧面側ブレード部分１３ｄのうちブレード中空部６３が形成された部分では、中空になっているために、ブレード中空部６３が形成されていない部分よりも構造材料の厚みが小さくなる。第３導電帯３３は、この構造材料厚み境界６４に沿うように位置していてもよい。構造材料厚み境界６４に向かって落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第３導電帯３３で捕捉することができる。
【0070】
【0071】
図１１～図１５に示す第４の実施の形態においては、風力発電装置の前方から見たときに金属導線と第３導電帯との間に第４導電帯が設けられている点が主に異なり、他の構成は、図１～図７に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１１～図１５において、図１～図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0072】
図１１に示すように、本実施の形態における誘雷装置３０は、第４導電帯７０を更に備えている。第４導電帯７０は、ブレード本体１３の圧力面１３ａおよび負圧面１３ｂのうちの第３導電帯３３が設けられた面に設けられている。本実施の形態では、第４導電帯７０は、ブレード本体１３の圧力面１３ａおよび負圧面１３ｂのそれぞれに設けられている。第４導電帯７０は、受雷部１４への落雷電流の誘導経路を形成している。第４導電帯７０は、落雷電流を受雷部１４に誘導するように形成されている。第４導電帯７０は、第１～第３導電帯３３と同様に、絶縁層４１と、隙間ｇ１を介して配列された複数の導電片４０と、を含んでいる。なお、図１１では、第４導電帯７０は、ブレード本体１３の長手方向において、第２導電帯３２および第３導電帯３３と概ね同等の長さで図示している。しかしながら、第４導電帯７０は、第２導電帯３２および第３導電帯３３よりも短くてもよい。
【0073】
第４導電帯７０は、受雷部１４よりもブレード本体１３の先端とは反対側に位置するとともに、風力発電装置１の前方から見たときに金属導線１５と第３導電帯３３との間に位置している。
【0074】
より具体的には、第４導電帯７０は、金属導線１５に沿うように位置する第４導電帯本体部７０ａと、第４導電帯本体部７０ａから受雷部１４に向かって延びる第４導電帯接続部７０ｂと、を含んでいる。第４導電帯本体部７０ａは、風力発電装置１の前方から見たときに第３導電帯３３と金属導線１５との間に位置している。第４導電帯本体部７０ａと第４導電帯接続部７０ｂは、絶縁層４１が連続状に一体に形成されている。この絶縁層４１上に、導電片４０が隙間を介して配列されている。第４導電帯接続部７０ｂは、湾曲状に形成されており、落雷電流の滑らかな誘導経路を形成している。
【0075】
ここで、図１２（ａ）に示すように、ブレード本体１３の負圧面１３ｂに、上述した第４導電帯７０が設けられていない場合、ブレード本体１３のうち前縁１７と後縁１８との間に位置する中央領域に向かって進展した落雷ストリーマＳが、ブレード本体１３の中央領域に着雷する。この場合、落雷電流は、ブレード本体１３の負圧面側ブレード部分１３ｄを透過してアーク放電し、中空部１９内に位置する金属導線１５に到達し得る。
【0076】
より具体的には、図１３に示すように、落雷ストリーマＳが点Ｅに着雷した場合、落雷電流Ｉ１は、負圧面１３ｂ側ブレード部分を透過して、中空部１９に侵入する。そして、落雷電流Ｉ１は、中空部１９内でアーク放電して金属導線１５に到達する。この際、このアーク放電の熱により中空部１９内の空気圧が上昇する。これにより、ブレード本体１３が破損し得る。
【0077】
これに対して本実施の形態では、図１２（ｂ）に示すように、負圧面１３ｂに第４導電帯７０が設けられている場合、ブレード本体１３の中央領域に到達する落雷ストリーマＳは、第４導電帯７０に着雷する。落雷電流Ｉ２は、図１３に示すように、第４導電帯７０によって受雷部１４に誘導される。そして、落雷電流Ｉ２は、受雷部１４から接続部材２０を通って金属導線１５に到達し、地面に向かって流れる。
【0078】
図１４は、落雷電流の電流値の時間波形の一例を示すグラフである。電流値Ｉは、時間ｔの関数として式（１）のように表される。通常の電流値Ｉの立ち上がり時間は、数マイクロ秒から数十マイクロ秒であり、比較的短い。一方、最大電流値Ｉｍを越えた後の電流値Ｉは、比較的ゆるやかに下降していく。
【数1】
【0079】
図１５は、図１３の通電経路に対応する等価回路図である。第４導電帯７０の電気抵抗をＲ１、受雷部１４から点Ｆまでの金属導線１５の電気抵抗をＲ２、回路インダクタンスをＬ１とすると、点Ｅと点Ｆとの間に発生する電圧ＶＥＦは、以下の式(２)によって与えられる。Ｒ３は、点Ｆから地面までの金属導線１５の電気抵抗を示している。
【数2】
【0080】
図１４に示したように、電流値Ｉの立ち上がり時では、落雷電流の時間変化が特に急激になっている。この場合、回路インダクタンスＬ１の影響を受けて、式（２）の右辺の第１項の値が大きくなる。このため、図１５に示すように、第４導電帯７０、受雷部１４、接続部材２０および金属導線１５によって構成される通電経路Ｐ１を流れにくくなる。そして、式（２）の左辺に示すＶＥＦが、中空部１９内の絶縁破壊電圧を超える場合には、通電経路Ｐ１を落雷電流は流れず、中空部１９内でアーク放電して金属導線１５に到達する。例えば、第４導電帯７０と金属導線１５との位置関係、および落雷ストリーマに含まれる落雷電流の時間特性によっては、落雷電流は、意図した通電経路Ｐ１を流れずに、通電経路Ｐ２を流れる。
【0081】
落雷電流を点Ｅから受雷部１４に誘導するためには、式（２）で示すＶＥＦが、想定される落雷電流で、中空部１９内の絶縁破壊電圧を超えないように等価回路を設計すればよい。このことを満たすかどうかは、第４導電帯７０と金属導線１５との距離が大きく影響し得る。すなわち、式（２）で示すＶＥＦが、中空部１９内の絶縁破壊電圧を超えないように、第４導電帯７０と金属導線１５との距離を設定すればよい。このことにより、落雷電流を第４導電帯７０で受雷部１４に誘導することができ、中空部１９内でアーク放電が発生することを抑制できる。
【0082】
なお、ブレード本体１３の材料には、軽量化の観点から、ガラス繊維強化プラスチック（以下、ＧＦＲＰと記す）を用いることが多い。軽量化だけでなく高強度化を図るために、炭素繊維強化プラスチック（以下、ＣＦＲＰと記す）を、梁材１３ｅ（図８参照）の材料に用いる場合がある。ＧＦＲＰは電気絶縁性を有しているが、ＣＦＲＰは導電性を有している。このため、第４導電帯７０の配置は、金属導線１５との距離だけでなく、ＣＦＲＰで形成された梁材１３ｅとの距離を考慮してもよい。
【0083】
このように本実施の形態によれば、第４導電帯７０は、風力発電装置１の前方から見たときに金属導線１５と第３導電帯３３との間に位置している。このことにより、風車ブレード１２の前縁１７と後縁１８との間の中央領域に落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第４導電帯７０で捕捉することができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0084】
また、本実施の形態によれば、第４導電帯７０を金属導線１５から遠ざけることができる。このため、第４導電帯７０に落雷した場合であっても、落雷電流が、ブレード本体１３からアーク放電して金属導線１５に到達することを抑制できる。この結果、中空部１９内の空気圧の上昇によってブレード本体１３が破損することを抑制できる。
【0085】
（第５の実施の形態）
次に、図１６を用いて、第５の実施の形態による風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。
次に、図１６を用いて、第５の実施の形態による風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。
【0086】
図１６に示す第５の実施の形態においては、第２導電帯が、風力発電装置の前方から見たときに金属導線と前縁との中間位置に位置している点が主に異なり、他の構成は、図１～図７に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１６において、図１～図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0087】
図１６に示すように、本実施の形態による第２導電帯３２は、風力発電装置１の前方から見たときに金属導線１５と前縁１７との中間位置に位置している。この場合、第２導電帯３２と前縁１７との距離ｒ１が、第２導電帯３２と金属導線１５との距離ｒ２と等しくてもよい。
【0088】
このように本実施の形態によれば、第２導電帯３２が、風力発電装置１の前方から見たときに金属導線１５と前縁１７との中間位置に位置している。このことにより、風車ブレード１２の前縁１７だけでなく、前縁１７と後縁１８との間の中央領域に落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第２導電帯３２で捕捉することができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0089】
また、本実施の形態によれば、第２導電帯３２が金属導線１５に近づくことを抑制できる。このため、第２導電帯３２に落雷した場合であっても、落雷電流が、ブレード本体１３からアーク放電して金属導線１５に到達することを抑制できる。この結果、中空部１９内の空気圧の上昇によってブレード本体１３が破損することを抑制できる。
【0090】
（第６の実施の形態）
次に、図１７を用いて、第６の実施の形態による風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。
次に、図１７を用いて、第６の実施の形態による風車ブレードの誘雷装置および風力発電装置について説明する。
【0091】
図１７に示す第６の実施の形態においては、第２導電帯から風車ブレードの後縁に向かって第１補助導電帯が延びているとともに、第３導電帯から風車ブレードの前縁に向かって第２補助導電帯が延びている点が主に異なり、他の構成は、図１～図７に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１７において、図１～図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0092】
図１７に示すように、本実施の形態による誘雷装置３０は、第１補助導電帯８１と、第２補助導電帯８２と、を更に備えている。
【0093】
第１補助導電帯８１は、第２導電帯３２から風車ブレード１２の後縁１８に向かって延びている。本実施の形態においては、第２導電帯３２から複数の第１補助導電帯８１が延びている。複数の第１補助導電帯８１は、ブレード本体１３の長手方向に配列されており、互いに隣り合う第１補助導電帯８１同士は離間している。
【0094】
第１補助導電帯８１の先端は、風力発電装置１の前方から見たときに、金属導線１５よりも前縁１７の側に位置している。すなわち、第１補助導電帯８１の先端と金属導線１５とは離間している。第１補助導電帯８１は、第２導電帯３２と同様にして、所定の隙間ｇ１を介して配列された複数の導電片４０と、絶縁層４１と、を含んでいる。
【0095】
第２補助導電帯８２は、第３導電帯３３から風車ブレード１２の前縁１７に向かって延びている。本実施の形態においては、第３導電帯３３から複数の第２補助導電帯８２が延びている。複数の第２補助導電帯８２は、ブレード本体１３の長手方向に配列されており、互いに隣り合う第２補助導電帯８２同士は離間している。
【0096】
第２補助導電帯８２の先端は、風力発電装置１の前方から見たときに、金属導線１５よりも後縁１８の側に位置している。すなわち、第２補助導電帯８２の先端と金属導線１５とは離間している。第２補助導電帯８２は、第３導電帯３３と同様にして、所定の隙間ｇ１を介して配列された複数の導電片４０と、絶縁層４１と、を含んでいる。
【0097】
このように本実施の形態によれば、第２導電帯３２から風車ブレード１２の後縁１８に向かって第１補助導電帯８１が延びている。このことにより、風車ブレード１２の前縁１７だけでなく、前縁１７と後縁１８との間に位置する中央領域に落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第１補助導電帯８１で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第１補助導電帯８１から第２導電帯３２を通って受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0098】
また、本実施の形態によれば、第１補助導電帯８１の先端は、風力発電装置１の前方から見たときに、金属導線１５よりも前縁１７の側に位置している。このことにより、第１補助導電帯８１の先端を金属導線１５から遠ざけることができる。このため、第１補助導電帯８１の先端に落雷した場合であっても、落雷電流が、ブレード本体１３からアーク放電して金属導線１５に到達することを抑制できる。この結果、中空部１９内の空気圧の上昇によってブレード本体１３が破損することを抑制できる。
【0099】
また、本実施の形態によれば、第３導電帯３３から風車ブレード１２の前縁１７に向かって第２補助導電帯８２が延びている。このことにより、風車ブレード１２の後縁１８だけでなく、前縁１７と後縁１８との間に位置する中央領域に落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第２補助導電帯８２で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第２補助導電帯８２から第３導電帯３３を通って受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0100】
また、本実施の形態によれば、第２補助導電帯８２の先端は、風力発電装置１の前方から見たときに、金属導線１５よりも後縁１８の側に位置している。このことにより、第２補助導電帯８２の先端を金属導線１５から遠ざけることができる。このため、第２補助導電帯８２の先端に落雷した場合であっても、落雷電流が、ブレード本体１３からアーク放電して金属導線１５に到達することを抑制できる。この結果、中空部１９内の空気圧の上昇によってブレード本体１３が破損することを抑制できる。
【0101】
【0102】
図１８および図１９に示す第７の実施の形態においては、第２導電帯から風車ブレードの前縁に向かって第１補助導電帯が延びているとともに、第３導電帯から風車ブレードの後縁に向かって第２補助導電帯が延びている点が主に異なり、他の構成は、図１～図７に示す第１の実施の形態と略同一である。なお、図１８および図１９において、図１～図７に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【0103】
図１８に示すように、本実施の形態による誘雷装置３０は、第１補助導電帯９１と、第２補助導電帯９２と、を更に備えている。
【0104】
第１補助導電帯９１は、第２導電帯３２から風車ブレード１２の前縁１７に向かって延びている。本実施の形態においては、第２導電帯３２から複数の第１補助導電帯９１が延びている。複数の第１補助導電帯９１は、ブレード本体１３の長手方向に配列されており、互いに隣り合う第１補助導電帯９１同士は離間している。
【0105】
第１補助導電帯９１の先端は、前縁１７に達していてもよい。第１補助導電帯９１は、第２導電帯３２と同様にして、所定の隙間ｇ１を介して配列された複数の導電片４０と、絶縁層４１と、を含んでいる。
【0106】
第２補助導電帯９２は、第３導電帯３３から風車ブレード１２の後縁１８に向かって延びている。本実施の形態においては、第３導電帯３３から複数の第２補助導電帯９２が延びている。複数の第２補助導電帯９２は、ブレード本体１３の長手方向に配列されており、互いに隣り合う第２補助導電帯９２同士は離間している。
【0107】
第２補助導電帯９２の先端は、後縁１８に達していてもよい。第２補助導電帯９２は、第３導電帯３３と同様にして、所定の隙間ｇ１を介して配列された複数の導電片４０と、絶縁層４１と、を含んでいる。
【0108】
風車ブレード１２への雷撃を回避するためには、落雷ストリーマを導電帯に着雷させることが好ましい。一般に、雷雲は負電荷を蓄積している。このため、雷雲から風車ブレード１２に向かって進展する落雷ストリーマは、負に帯電している。しかしながら、風車ブレード１２に大きな雷害をもたらす雷雲は正電荷を蓄積している。この落雷から風車ブレード１２に向かって進展する落雷ストリーマは、正に帯電している。正の落雷ストリーマがブレード本体１３に着雷すると、落雷電流は、ブレード本体１３を透過して、アーク放電して金属導線１５に到達しやすい。
【0109】
図１９（ａ）には、第１補助導電帯９１および第２補助導電帯９２が設けられていない場合における落雷の様子を示している。この場合、正に帯電した落雷ストリーマＳ１が、ブレード本体１３の後縁１８に進展すると、後縁１８から電子が電界放出され、負に帯電した前駆放電Ｓ２が形成される。前駆放電Ｓ２は、導電帯などの金属部材だけでなく絶縁部材からも発生し得る。そして、後縁１８などのブレード本体１３の曲率が大きい部位から発生しやすい。
【0110】
正に帯電した落雷ストリーマＳ１と、負に帯電した前駆放電Ｓ２は、大気中で結合する。このことにより、雷雲と風車ブレード１２とが通電し、雷雲から風車ブレード１２に大量の電荷とエネルギが送り込まれる。このようにして、風車ブレード１２が雷撃を受けて、破損し得る。
【0111】
図１９（ｂ）には、第１補助導電帯９１および第２補助導電帯９２が設けられている場合における落雷の様子を示している。この場合、第２補助導電帯９２から電子が電界放出されて前駆放電Ｓ２が形成される。このため、正に帯電した落雷ストリーマＳ１と、負に帯電した前駆放電Ｓ２が結合し、雷雲と第２補助導電帯９２とが通電する。このため、ブレード本体１３が雷撃を受けることを抑制できる。
【0112】
ブレード本体１３の前縁１７においても、正に帯電した落雷ストリーマに対して負に帯電した前駆放電が形成され得る。この場合においても、第１補助導電帯９１が設けられていることにより、雷雲と第１補助導電帯９１とが通電し、ブレード本体１３が雷撃を受けることを抑制できる。
【0113】
このように本実施の形態によれば、第２導電帯３２から風車ブレード１２の前縁１７に向かって第１補助導電帯９１が延びている。このことにより、風車ブレード１２の前縁１７に向かって落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第１補助導電帯９１で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第１補助導電帯９１から第２導電帯３２を通って受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。とりわけ、正に帯電した落雷ストリーマが前縁１７に進展した場合であっても、第１補助導電帯９１に着雷させることができ、風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0114】
また、本実施の形態によれば、第３導電帯３３から風車ブレード１２の後縁１８に向かって第２補助導電帯９２が延びている。このことにより、風車ブレード１２の後縁１８に向かって落雷ストリーマが進展した場合においても、落雷を第２補助導電帯９２で捕捉することができる。この場合、落雷電流を第２補助導電帯９２から第３導電帯３３を通って受雷部１４に誘導することができ、安全に地面に流すことができる。このため、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレード１２の破損を抑制することができる。とりわけ、正に帯電した落雷ストリーマが後縁１８に進展した場合であっても、第２補助導電帯９２に着雷させることができ、風車ブレード１２の破損を抑制することができる。
【0115】
以上述べた実施の形態によれば、落雷の捕捉率を向上させることができ、雷撃による風車ブレードの破損を抑制することができる。
【0116】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、当然のことながら、本発明の要旨の範囲内で、これらの実施の形態を、適宜組み合わせることも可能である。
【符号の説明】
【0117】
１：風力発電装置、１２：風車ブレード、１３ａ：圧力面、１３ｂ：負圧面、１３ｔ：先端、１４：受雷部、１５：金属導線、１６：水抜き穴、１７：前縁、１８：後縁、１９：中空部、３０：誘雷装置、３１：第１導電帯、３２：第２導電帯、３３：第３導電帯、４０：導電片、５０：充填部、５１：充填部前縁、６０：異種材料境界、６１：第１材料部分、６２：第２材料部分、６４：構造材料厚み境界、７０：第４導電帯、８１：第１補助導電帯、８２：第２補助導電帯、９１：第１補助導電帯、９２：第２補助導電帯
【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】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
