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公開番号2025124994
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-27
出願番号2024020787
出願日2024-02-15
発明の名称風車ブレード
出願人東レ株式会社
代理人
主分類F03D 1/06 20060101AFI20250820BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】
風車ブレードにおいて座屈に対する耐久性を向上させる。
【解決手段】
風車ブレードの幅方向および高さ方向に配列された複数本の略長尺板状のコンポジット材から本質的になるスパーキャップを備えた風車ブレードであって、
前記スパーキャップの長手方向に垂直な断面において、互いに幅方向で隣接する少なくとも一組のコンポジット材が、一方のコンポジット材の幅方向端部に形成された嵌合凸部が他方のコンポジット材の幅方向端部に形成された嵌合凸部と嵌合するよう構成された嵌合構造を介して隣接している風車ブレード。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
風車ブレードの幅方向および高さ方向に配列された複数本の略長尺板状のコンポジット材から本質的になるスパーキャップを備えた風車ブレードであって、
前記スパーキャップの長手方向に垂直な断面において、互いに幅方向で隣接する少なくとも一組のコンポジット材が、一方のコンポジット材の幅方向端部に形成された嵌合凸部が他方のコンポジット材の幅方向端部に形成された嵌合凸部と嵌合するよう構成された嵌合構造を介して隣接している風車ブレード。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記一組のコンポジット材は、幅方向の一方の端部に嵌合凸部が形成され、幅方向の他方の端部に嵌合凹部が形成されたコンポジット材２本からなる、請求項１に記載の風車ブレード。
【請求項３】
前記スパーキャップを構成する全てのコンポジット材が前記嵌合構造を介して隣接している、請求項１または２に記載の風車ブレード。
【請求項４】
前記嵌合凸部が、先端に向かってその高さが減少する形状を有するとともに、前記嵌合凹部が、該嵌合凸部と対応して奥に向かってその高さが減少する形状を有する、請求項１または２に記載の風車ブレード。
【請求項５】
前記嵌合凸部は、前記先端に向かってその高さが一定の傾斜角で減少する形状を有するとともに、前記嵌合凹部が、該嵌合凸部と対応して奥に向かってその高さが一定の傾斜角で減少する形状を有する、請求項４に記載の風車ブレード。
【請求項６】
前記傾斜角が０°より大きく５°以下である、請求項５に記載の風車ブレード。
【請求項７】
長手方向に垂直な断面において、前記コンポジット材の前記嵌合凸部および前記嵌合凹部がいずれも略矩形状である、請求項１または２に記載の風車ブレード。
【請求項８】
長手方向に垂直な断面において、前記コンポジット材の前記嵌合凸部および前記嵌合凹部がいずれも略三角形状である、請求項１または２に記載の風車ブレード。
【請求項９】
前記スパーキャップにおいて、コンポジット材が前記断面における中心線を基準として対称に配列されている、請求項１または２に記載の風車ブレード。
【請求項１０】
コンポジット材が炭素繊維強化樹脂の引抜成形品である、請求項１または２に記載の風車ブレード。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、風力発電用風車などに使用される風車ブレードに関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラルの観点から、発電時に温室効果ガスを排出しない風力発電が注目されている。風力発電は、一般的に、風車ブレードを長大化すればするほど、より多くの発電量を得ることができる。しかし、風車ブレードを長大化すると、風を受ける面積が大きくなるため、風車ブレードに生じる曲げ変形が大きくなる。曲げ変形が大きくなると、風車ブレードの根元に生じる応力が大きくなるため、より高い耐久性が求められる。
【０００３】
この課題に対して、非特許文献１では、１１７ｍのブレードに対して、力学特性に優れる炭素繊維強化樹脂を用いることで風車ブレードの耐久性を高める検討がなされている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
ＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅＩＥＡＷｉｎｄ１５ＭＷＯｆｆｓｈｏｒｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅ（２０２０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１で開示されているスパーキャップでは、炭素繊維強化樹脂を用いることで風車ブレードの曲げ変形による圧縮力や引張り力に対して高い耐久性を得られる可能性がある。しかしながら、風車ブレード内部のスパーキャップなどにクラックが生じ、進展することで座屈を誘発する問題に対しての対策はなされていなかった。
【０００６】
本発明は、風車ブレードにおいて座屈に対する耐久性を向上させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明は、以下のものである。
１．風車ブレードの幅方向および高さ方向に配列された複数本の略長尺板状のコンポジット材から本質的になるスパーキャップを備えた風車ブレードであって、
前記スパーキャップの長手方向に垂直な断面において、互いに幅方向で隣接する少なくとも一組のコンポジット材が、一方のコンポジット材の幅方向端部に形成された嵌合凸部が他方のコンポジット材の幅方向端部に形成された嵌合凸部と嵌合するよう構成された嵌合構造を介して隣接している風車ブレード。
２．前記一組のコンポジット材は、幅方向の一方の端部に嵌合凸部が形成され、幅方向の他方の端部に嵌合凹部が形成されたコンポジット材２本からなる、１に記載の風車ブレード。
３．前記スパーキャップを構成する全てのコンポジット材が前記嵌合構造を介して隣接している、１または２に記載の風車ブレード。
４．前記嵌合凸部が、先端に向かってその高さが減少する形状を有するとともに、前記嵌合凹部が、該嵌合凸部と対応して奥に向かってその高さが減少する形状を有する、１または２に記載の風車ブレード。
５．前記嵌合凸部は、前記先端に向かってその高さが一定の傾斜角で減少する形状を有するとともに、前記嵌合凹部が、該嵌合凸部と対応して奥に向かってその高さが一定の傾斜角で減少する形状を有する、４に記載の風車ブレード。
６．前記傾斜角が０°より大きく５°以下である、５に記載の風車ブレード。
７．長手方向に垂直な断面において、前記コンポジット材の前記嵌合凸部および前記嵌合凹部がいずれも略矩形状である、１または２に記載の風車ブレード。
８．長手方向に垂直な断面において、前記コンポジット材の前記嵌合凸部および前記嵌合凹部がいずれも略三角形状である、１または２に記載の風車ブレード。
９．前記スパーキャップにおいて、コンポジット材が前記断面における中心線を基準として対称に配列されている、１または２に記載の風車ブレード。
１０．コンポジット材が炭素繊維強化樹脂の引抜成形品である、１または２に記載の風車ブレード。
１１．１～１０のいずれかに記載の風車ブレードを備えた風力発電用風車。
【０００８】
なお、本明細書において、スパーキャップの長手方向（以下、単に「長手方向」という）とは、ハブへの固定部分近傍の断面における重心と、ハブへの固定部分から最も離れている部分（ブレード先端）を繋ぐ直線の方向であり、図２中におけるｚ軸の方向を指すものとする。スパーキャップの幅方向（以下、単に「幅方向」という）とは、長手方向に垂直な断面においてリーディングエッジとトレーリングエッジとをつなぐ方向であり、図２中におけるｙ軸の方向を指す。スパーキャップの高さ方向（以下、単に「高さ方向」という）とは、長手方向に垂直な断面において幅方向に対して垂直な方向であり、図２中におけるｘ軸の方向を指す。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、風力発電用の風車ブレードにおいて座屈に対する耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
風力発電用風車の全体図である。
風車ブレード１を、風車ブレード長手方向に垂直な面で切った場合の断面を含めて示す斜視図である。
風車ブレード１を、風車ブレード長手方向に垂直な面で切った場合のスパーキャップとシェアウェブの断面図である。
風車ブレードに風を想定した圧力を与えた際の変形図である。
本発明の一実施形態である風車ブレードをスパーキャップの長手方向に垂直な面で切った場合のスパーキャップおよびスパーキャップを構成するコンポジット材の断面図である。
本発明における風車ブレードをスパーキャップの長手方向に垂直な面で切った場合のスパーキャップおよびスパーキャップを構成するコンポジット材の、別の実施形態における断面図である。
実施例のシミュレーション手順である。
＜Ｓｔｅｐ１＞全体解析の概要を模式的に示す図である。
＜Ｓｔｅｐ２＞詳細解析の概要を模式的に示す図である。
コンポジット材の断面形状を変更した場合の座屈強度を比較したシミュレーション結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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