專利名稱：風(fēng)車翼及使用該風(fēng)車翼的風(fēng)力發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)車翼及使用該風(fēng)車翼的風(fēng)力發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
作為用于風(fēng)力發(fā)電裝置的風(fēng)車翼，一般追求輕質(zhì)、高強度、易制造性，例如，如專利 文獻(xiàn)1所示，以復(fù)合結(jié)構(gòu)來滿足這些要求。其由玻璃纖維強化塑料制且劃分成翼形狀的外皮與配設(shè)于外皮內(nèi)側(cè)的玻璃纖維 強化塑料制主梁的兩個部件構(gòu)成，通過粘接組裝兩者來獲得規(guī)定的整體結(jié)構(gòu)。考慮到壓屈強度，如圖2、圖3所示，在該外皮或主梁中，使用在纖維強化塑料中夾 入固體發(fā)泡體(芯材)的夾層結(jié)構(gòu)體部分。以往，作為用作芯材的固體發(fā)泡體，一般使用機(jī)械強度大的聚氯乙烯發(fā)泡體(例 如，鐘淵化學(xué)工業(yè)(株)制造的產(chǎn)品“夕^ Υ*+”)。另外，作為芯材，一般也使用巴爾沙木(寸)(一種輕質(zhì)木材)來代替固體發(fā) 泡體。專利文獻(xiàn)日本專利3825346但是，為了使其具有充分的強度，聚氯乙烯發(fā)泡體需要較高密度，則其會變重，從 而使成本增加，并會極大地影響風(fēng)車的性能及制造價格。另外，由于巴爾沙木是木材，供給量受到制約，不能發(fā)展成為穩(wěn)定量產(chǎn)的方向，因 而也會存在價格昂貴的問題。本發(fā)明鑒于上述情況，其目的在于提供一種使用能夠保持強度且輕質(zhì)、便宜的芯 材的風(fēng)車翼、及使用該風(fēng)車翼的風(fēng)力發(fā)電裝置。本發(fā)明為解決所述課題，采用下述手段。本發(fā)明的第一實施例提供一種由纖維強化塑料制外皮形成的風(fēng)車翼，其將芯材以 在纖維層填充樹脂的方式用于所述外皮的夾層結(jié)構(gòu)體部分，其中，所述芯材由配置為平面 視交叉且各自在各自厚度方向互相貫通、并成為樹脂流路的所述纖維層與充滿該纖維層之 間的空間的發(fā)泡塑料一體形成。根據(jù)本實施例的風(fēng)車翼，因為芯材以在纖維層填充樹脂的形式用于所述外皮的夾 層結(jié)構(gòu)體部分，所以纖維層形成纖維強化樹脂層。因為該纖維層配置為平面視交叉且各自在厚度方向貫通，所以能夠充分確保芯材 的強度。因此，因為充滿纖維層之間的空間的發(fā)泡塑料不需要追求高強度，所以可以使用 輕質(zhì)(低密度)且便宜的發(fā)泡塑料，從而能夠降低風(fēng)車翼的成本。此外，作為這樣的發(fā)泡塑料，例如，可以使用由低密度的聚氨酯及聚異氰酸酯(# 丨J ^ / * 7 3 l·—卜)形成的發(fā)泡體。另外，因為填充在纖維層的樹脂具有與夾層結(jié)構(gòu)體表面、內(nèi)面的纖維層粘接的功 能，所以夾層結(jié)構(gòu)體能夠更加堅固地成為一個整體，并提高耐久性。
3
在所述實施例中，所述夾層結(jié)構(gòu)體部分優(yōu)選設(shè)置在主梁上，所述主梁架設(shè)在相對 配置的所述外皮間。這樣，可以減少成本的增加，并抑制主梁的壓屈。在所述實施例中，所述夾層結(jié)構(gòu)體部分優(yōu)選設(shè)置在所述外皮上。這樣，會減少成本的增加，并抑制外皮的壓屈。
在所述實施例中，所述芯材優(yōu)選按照使用場所的形狀形成。這樣，芯材可以恰好收納到規(guī)定的設(shè)置位置。在所述實施例中，所述芯材優(yōu)選形成為多個單元并且利用該單元按照使用場所的 形狀組裝。這樣，通過組裝單元，可以容易地處理大型芯材。在所述結(jié)構(gòu)中，所述單元優(yōu)選設(shè)置為長方體形狀，為了形成所使用的場所的形狀， 而使用形狀補正用補正單元。這樣，因為單元僅成為長方體形狀，所以能夠容易且便宜地進(jìn)行制造。此外，因為局部使用補正單元，所以也可以以與單元相同的結(jié)構(gòu)形成，也可以通過 現(xiàn)有的固體發(fā)泡體或巴爾沙木來形成。根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，提供一種使用風(fēng)車翼的風(fēng)力發(fā)電裝置，其中，該風(fēng)車翼 使用能夠保持強度且輕質(zhì)、便宜的芯材。這樣，風(fēng)車發(fā)電裝置可以將成本的增加限制到最小限度，且具備足夠的強度。根據(jù)本發(fā)明，沿芯材的厚度方向貫通的纖維層形成纖維強化樹脂層，從而能夠充 分確保芯材的強度。因此，由于發(fā)泡塑料不需要追求高強度，所以可以使用輕質(zhì)(低密度)且便宜的發(fā) 泡塑料，從而能夠降低風(fēng)車翼的成本。另外，因為填充在纖維層的樹脂具有與夾層結(jié)構(gòu)體表面、內(nèi)面的纖維層粘接的功 能，所以夾層結(jié)構(gòu)體能夠更加堅固地成為一個整體，并提高耐久性。


圖1是表示涉及本發(fā)明一個實施例的風(fēng)車發(fā)電裝置的整體大致結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖；圖2是表示涉及本發(fā)明一個實施例的風(fēng)車翼的橫截面的一個例子的橫截面圖；圖3是表示涉及本發(fā)明一個實施例的主梁的剖面的一個例子的剖面圖；圖4是表示涉及本發(fā)明一個實施例的芯材的寬度方向的剖面圖；圖5是表示涉及本發(fā)明一個實施例的芯材的長度方向的剖面圖；圖6是表示局部剖斷涉及本發(fā)明一個實施例的芯單元的立體圖。圖7是局部剖斷表示涉及本發(fā)明一個實施例的芯材的其他實施例的平面圖；圖8是成形涉及本發(fā)明一個實施例的主梁的狀態(tài)的成形裝置的剖面圖；圖9是成形涉及本發(fā)明一個實施例的腹側(cè)外皮的狀態(tài)的成形裝置的剖面圖。符號說明1風(fēng)力發(fā)電裝置9風(fēng)車翼I3 外皮
15主梁
17主梁
19中央夾層結(jié)構(gòu)體部分
25前緣側(cè)夾層結(jié)構(gòu)體部分
27后緣側(cè)夾層結(jié)構(gòu)體部分
29芯材
31芯材
33芯材
35芯單元
37補正芯單元
39芯材
49芯材
55纖維層
57發(fā)泡塑料體
具體實施例方式以下，參照附圖來說明涉及本發(fā)明一個實施例的風(fēng)力發(fā)電裝置1。圖1是表示風(fēng)車發(fā)電裝置1的整體大致結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖。如圖1所示，風(fēng)力發(fā)電裝置1包括垂直設(shè)置在基礎(chǔ)11上的支柱3、設(shè)置在支柱3 上端的機(jī)艙5、在大致水平的軸線周圍能夠旋轉(zhuǎn)且設(shè)置在機(jī)艙5的轉(zhuǎn)動體頭7、在轉(zhuǎn)動體頭 7的旋轉(zhuǎn)軸周圍呈放射狀安裝的多枚風(fēng)車翼9。從轉(zhuǎn)動體頭7的旋轉(zhuǎn)軸線方向到達(dá)風(fēng)車翼9的風(fēng)力變換為使轉(zhuǎn)動體頭7在旋轉(zhuǎn)軸 線周圍旋轉(zhuǎn)的動力。在機(jī)艙5的外周面的適當(dāng)部位(例如，上部等)，設(shè)置有被省略圖示的部件測定 周邊的風(fēng)速值的風(fēng)速計、測定風(fēng)向的風(fēng)向計、避雷針。在機(jī)艙5的內(nèi)部設(shè)置有省略其圖示的經(jīng)由同軸的增速機(jī)而與轉(zhuǎn)動體頭7連結(jié)的發(fā) 電機(jī)。即，通過增速機(jī)使轉(zhuǎn)動體頭7的旋轉(zhuǎn)增速驅(qū)動發(fā)電機(jī)，由此得到來自發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī) 輸出。圖2為風(fēng)車翼9的橫截面圖。風(fēng)車翼9包括劃分成翼狀的外皮13與用于補強外 皮13的強度的主梁(夾層結(jié)構(gòu)體部分)15、17。外皮13由腹側(cè)外皮13a與背側(cè)外皮13b兩個對開體構(gòu)成。外皮13由玻璃纖維強 化塑料(纖維強化塑料)形成。在腹側(cè)外皮13a及背側(cè)外皮13b的內(nèi)面設(shè)置有分別在風(fēng)車翼9的長度方向延伸 的中央夾層結(jié)構(gòu)體部分(夾層結(jié)構(gòu)體部分)19a、19b ；位于中央夾層結(jié)構(gòu)體部分19a、19b的 前緣側(cè)的前緣梁(纖維厚部)21a、21b ；位于中央夾層結(jié)構(gòu)體部分19a、19b的后緣側(cè)梁(纖 維厚部)23a、23b ；位于前緣梁21a、21b的前緣側(cè)夾層結(jié)構(gòu)體部分(夾層結(jié)構(gòu)體部分)25a、 25b ；位于后緣側(cè)梁23a、23b的后緣側(cè)夾層結(jié)構(gòu)體部分(夾層結(jié)構(gòu)體部分)27a、27b。在中央夾層結(jié)構(gòu)體部分19a、19b的內(nèi)部夾入有芯材29a、29b。在前緣側(cè)夾層結(jié)構(gòu) 體部分25a、25b的內(nèi)部夾入有芯材31a、31b。在后緣側(cè)夾層結(jié)構(gòu)體部分27a、27b的內(nèi)部夾入有芯材33a、33b。
例如，中央夾層結(jié)構(gòu)體部分19a形成為風(fēng)車翼9的寬度方向的兩端部的高度朝向 端部逐漸遞減，因此，如圖4所示，芯材29a也形成為寬度方向的兩端部的高度向端部逐漸 遞減。在這種情況下，高度不變化的部分也可以由長方體形狀的芯單元(單元)35形成， 逐漸遞減部分也可以由三角柱形狀的補正芯單元(補正單元)37形成。因為局部使用補正 芯單元37，所以其也可以由現(xiàn)有的固體發(fā)泡體或巴爾沙木來形成。這是因為存在以下可能 性，即，如后述所示芯單元35在厚度方向(高度方向)存在纖維層，難以將其完全切斷，另 外纖維層變少其效果不能充分發(fā)揮。例如，中央夾層結(jié)構(gòu)體部分19a形成為其高度在風(fēng)車翼9的長度方向上變化，因 此，如圖5所示，芯材29a也形成為其高度在長度方向上變化。在這種情況下，高度變化的部分也可以由三角棱柱形狀的補正芯單元37形成。其 他部分由長方體形狀的芯單元35形成。這樣，因為通過將芯單元35組裝為規(guī)定的形狀來形成芯材29a，所以能夠容易對 應(yīng)大型的芯材29a。主梁15設(shè)置為，面部在前緣側(cè)梁21a與前緣側(cè)梁21b之間，在風(fēng)車翼9的長度方 向上從根部延伸到尖端附近。主梁15包括形成大致矩形剖面的芯材39、覆蓋芯材39的前緣側(cè)的前緣側(cè)結(jié)構(gòu) 部件41、覆蓋芯材39的后緣側(cè)的后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件43。前緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件41及后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件43構(gòu)成為，前緣側(cè)梁21a側(cè)及前緣側(cè)梁21b 側(cè)端部向后緣側(cè)彎曲并相互接合。前緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件41的彎曲部47位于外側(cè)，通過粘接劑結(jié)實地與前緣側(cè)梁21a、21b 粘接。前緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件41及后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件43由玻璃纖維強化塑料形成。主梁17設(shè)置為，面部在后緣側(cè)梁23a與后緣側(cè)梁23b之間，在風(fēng)車翼9的長度方 向上從根部延伸到尖端附近。主梁17包括形成大致矩形剖面的芯材49、覆蓋芯材49的前緣側(cè)的前緣側(cè)結(jié)構(gòu) 部件51、覆蓋芯材49的后緣側(cè)的后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件53。前緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件51及后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件53構(gòu)成為，后緣側(cè)梁23a側(cè)及后緣側(cè)梁23b 側(cè)端部向前緣側(cè)彎曲并相互接合。后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件53的彎曲部位于外側(cè)，通過粘接劑牢固地與后緣側(cè)梁23a及后緣 側(cè)梁23b粘接。前緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件51及后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件53由玻璃纖維強化塑料形成。與芯材29a同樣，芯材39、49也是通過組裝芯單元35來形成。另外，根據(jù)需要也可以使用各種形狀的補正芯單元37。其次，根據(jù)附圖6來說明芯單元35的結(jié)構(gòu)。芯單元35呈大致長方體形狀。芯單元35中設(shè)置有纖維層55與發(fā)泡塑料體(發(fā) 泡塑料)57。纖維層55為類似玻璃纖維布的紡織物，沿其面內(nèi)，樹脂例如環(huán)氧樹脂能夠通過。
另外，纖維層55也可以不是紡織品而是墊子形狀(7 ？卜狀)，還可以是粗紗或者 利用粗紗的紡織品。另外，也可以使用用于碳素纖維、芳族聚酰胺纖維等強化的適宜纖維，而非玻璃纖 維。多個纖維層55配置為在縱方向(例如，風(fēng)車翼9的長度方向)與橫方向(例如， 風(fēng)車翼的寬度方向)交叉的格子狀。各纖維層55設(shè)置為在芯單元35的厚度方向貫通。發(fā)泡塑料體57，例如，使用聚異氰酸酯并使其發(fā)泡作為低密度發(fā)泡體。其也可以使 用聚氨酯并使其發(fā)泡作為低密度發(fā)泡體。發(fā)泡塑料體57呈長方體形狀，并形成為可以容納到由纖維層55形成的空間內(nèi)的 尺寸。發(fā)泡塑料體57與纖維層55通過粘接劑的進(jìn)行粘接等而被一體化。纖維層55的配置并非限定于格子狀，例如，如圖7所示，也可以使一方向上相鄰排 列的纖維層55相互交錯。另外，纖維層55沒有必要形成為跨越貫通整幅，例如，也可以設(shè)置為覆蓋發(fā)泡塑 料體57的側(cè)面的大小，使其相互粘接?？傊?，發(fā)泡塑料體57之間可以構(gòu)成為經(jīng)由纖維層55 來接合。用來成形主梁15、17及外皮13的成形裝置59包括下模61、上罩63、安裝以使其 貫通上罩63并連接于未圖示的真空泵的吸引配管67、供給樹脂的樹脂供給配管65。下模 61與上罩63之間在閉合時密封。其次，參照附圖2、附圖4、附圖5、附圖6、附圖8及附圖9來說明風(fēng)車翼9的制造方法。首先，制作必要數(shù)量的發(fā)泡塑料體57，其呈規(guī)定大小的長方體形狀。其使用規(guī)定大 小的模，并使聚異氰酸酯發(fā)泡。其次，準(zhǔn)備規(guī)定大小的纖維層55，進(jìn)行粘接等以使其位于相鄰的發(fā)泡塑料體57之 間，與發(fā)泡塑料體57 —體化從而形成芯單元35。由此，芯單元35形成為纖維層55縱橫交 叉并在厚度方向上貫通。此時，可以在芯單元35的周圍也設(shè)置纖維層55。另外，根據(jù)需要制造補正芯單元37。組合這些芯單元35及補正芯單元37來形成芯材29、31、33、39、49。其對應(yīng)成形裝置59的準(zhǔn)備情況來進(jìn)行。另外，也可以在向成形裝置59設(shè)置芯單 元的時候進(jìn)行。附圖8為表示成形裝置59成形主梁15的狀態(tài)的剖面圖。在下模61上沿其形狀 重疊設(shè)置玻璃纖維。其重疊量為直到前緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件41獲得所需的厚度。在其上，將芯材39置于規(guī)定的位置。在其上，重疊設(shè)置玻璃纖維，直到后緣側(cè)結(jié)構(gòu) 部件43獲得所需的厚度。其結(jié)束后，將上罩63向下模61移動并閉合。在該狀態(tài)下運轉(zhuǎn)真空泵并吸取模內(nèi)的空氣。在該狀態(tài)下，通過樹脂供給配管67供 給，例如液狀的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂填充于前緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件41及后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件43的玻璃纖維、以及芯材39的纖維層55。
通過未圖示的加熱機(jī)構(gòu)進(jìn)行加熱來使環(huán)氧樹脂固化。由此，通過環(huán)氧樹脂使前緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件41及后緣側(cè)結(jié)構(gòu)部件43、以及芯材39結(jié)實 地成為一個整體。以同樣的方式形成主梁17。附圖9表示成形裝置59成形腹側(cè)外皮13a的狀態(tài)的剖面圖。在下模61上沿其形 狀重疊設(shè)置玻璃纖維，直到腹側(cè)外皮13a的外側(cè)部分獲得所需的厚度。在其上，將芯材29a、31a、33a分別置于規(guī)定的位置。在其上，重疊設(shè)置玻璃纖維， 直到腹側(cè)外皮13a的內(nèi)側(cè)部分獲得所需的厚度。并且，與所述主梁15同樣，將其形成為一個整體。另外，以同樣的方式形成背側(cè)外皮13b。以成為內(nèi)側(cè)的一方為上方來設(shè)置背側(cè)外皮13b，將主梁15的一端粘接到前緣側(cè)梁 21b的規(guī)定位置，將主梁17的一端粘接到后緣側(cè)梁23b的規(guī)定位置。其后，將成為內(nèi)側(cè)的一方為下方來設(shè)置腹側(cè)外皮13a，將主梁15的另一端粘接到 前緣側(cè)梁21a的規(guī)定位置，將主梁17的另一端粘接到后緣側(cè)梁23a的規(guī)定位置。并且，使腹側(cè)外皮13a及背側(cè)外皮13b的前緣部及后緣部接合。這樣，因為芯材29、31、33、39、49中，樹脂例如環(huán)氧樹脂被填充到纖維層55中，所 以纖維層55成為纖維強化樹脂層。因為該纖維層55配置為平面視縱橫交叉且各自在厚度方向貫通，所以能夠充分 確保芯材29、31、33、39、49的強度。因此，因為充滿纖維層55之間的空間的發(fā)泡塑料體57不需要追求高強度，所以能 夠形成輕質(zhì)且便宜的低密度發(fā)泡體，例如，可以使用聚異氰酸酯，從而能夠降低風(fēng)車翼9的 成本。填充于纖維層55中的環(huán)氧樹脂具有粘接芯材29、31、33、39、49與覆蓋芯材的夾層 結(jié)構(gòu)體的表面、背面的纖維層的功能，所以這些與芯材29、31、33、39、49成為一個整體，從 而能夠提高耐久性。而且，因為填充于這些的樹脂是相同的環(huán)氧樹脂，所以能夠更加結(jié)實地結(jié)合，從而 可以進(jìn)一步提高耐久性。此外，在本實施例中，雖然在主梁15、17、中央夾層結(jié)構(gòu)體部分19、前緣側(cè)夾層結(jié) 構(gòu)體部分25及后緣側(cè)夾層結(jié)構(gòu)體部分27中，使用芯材29、31、33、39、49，但是如果獲得必要 的強度或為了使成本平衡，也可以僅在任何一處使用。此外，本發(fā)明并非限定于上述實施例，其可以在不脫離其要旨的范圍內(nèi)做出適當(dāng)變更。
權(quán)利要求
一種風(fēng)車翼，其由纖維強化塑料制的外皮形成，其將芯材以在纖維層中填充樹脂的方式用于所述外皮的夾層結(jié)構(gòu)體部分，其中，所述芯材由配置為平面視交叉且各自在厚度方向貫通并成為樹脂流路的所述纖維層與充滿該纖維層之間的空間的發(fā)泡塑料一體形成。
2.如權(quán)利要求1所述的風(fēng)車翼，其特征在于，所述夾層結(jié)構(gòu)體部分設(shè)置在主梁上，所述 主梁架設(shè)在相對配置的所述外皮間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的風(fēng)車翼，其特征在于，所述夾層結(jié)構(gòu)體部分設(shè)置在所述外皮 的內(nèi)面。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項所述的風(fēng)車翼，其特征在于，所述芯材按照使用場所的形 狀形成。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項所述的風(fēng)車翼，其特征在于，所述芯材形成為多個單元， 并且利用該單元按照使用場所的形狀組裝。
6.如權(quán)利要求5所述的風(fēng)車翼，其特征在于，所述芯材設(shè)置為長方體形狀，并使用形狀 補正用補正單元用于形成所使用的場所的形狀。
7.一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其使用如權(quán)利要求1 6中任一項所述的風(fēng)車翼來進(jìn)行發(fā)電。
全文摘要
提供一種風(fēng)力發(fā)電裝置，其使用能夠保持強度且輕質(zhì)、便宜的芯材的風(fēng)車翼、及使用該風(fēng)車翼。一種由纖維強化塑料制外皮(13)形成的風(fēng)車翼(9)，其將芯材(39)以在纖維層(55)中填充樹脂的形式用于外皮(13)或主梁(15)，其中，所述芯材由配置為平面視交叉且各自在厚度方向貫通并成為樹脂流路的纖維層(55)與充滿該纖維層(55)之間的空間的發(fā)泡塑料體(57)一體化形成。
文檔編號F03D11/00GK101878367SQ200880118028
公開日2010年11月3日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者黑巖隆夫 申請人:三菱重工業(yè)株式會社