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公開番号2025129456
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-05
出願番号2024021791
出願日2024-02-16
発明の名称風力発電装置のブレードの監視システム
出願人トヨタ自動車株式会社,アルビト株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類G01M 99/00 20110101AFI20250829BHJP(測定;試験)
要約【課題】 AE波を用いることによって、風力発電装置のブレードに異常が発生したことをすぐに検出することができるとともに、異常の発生個所を検出することのできる監視システムを提供する。
【解決手段】風力発電装置のブレードの監視システム1では、ブレードBで発生したAE波をセンサユニット3のAEセンサ35で検出し、AEセンサ35の検出結果をセンサユニット3から送信する。中央ユニット4では、複数のセンサユニット3の各々から受信したAEセンサ35の検出結果に基づいて、ブレードBに異常が発生したことを検出する。また、中央ユニット4では、ブレードBに異常が発生した場合に、複数のセンサユニット3の各々から受信したAEセンサ35の検出結果に基づいて、その異常の発生個所を検出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
風力発電装置のブレードの監視システムであって、
前記監視システムは、
中空構造とされている前記ブレードの内部に設けられるＡＥ導波路と、
前記ブレードの内部において前記ＡＥ導波路の上に設けられる複数のセンサユニットと、
前記複数のセンサユニットと通信可能な中央ユニットと、
を備え、
前記ＡＥ導波路は、
前記ブレードを構成する材料に比べて、ＡＥ波の伝搬損失が少ない材料で構成されており、
前記センサユニットは、
前記ブレードで発生したＡＥ波を検出するためのＡＥセンサと、
前記ＡＥセンサの検出結果を送信する送信部と、
を備え、
前記中央ユニットは、
前記複数のセンサユニットの各々から送信される前記ＡＥセンサの検出結果を受信する受信部と、
前記受信した検出結果に基づいて、前記ブレードに異常が発生したことを検出する異常発生検出部と、
前記ブレードに異常が発生した場合に、前記受信した検出結果に基づいて、当該異常の発生個所を検出する異常個所検出部と、
を備える、監視システム。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
複数の前記ＡＥ導波路は、前記ブレードの内部においてライン状に並行して設けられており、
隣り合う前記ＡＥ導波路の間隔は、前記ＡＥセンサがＡＥ波を検出できる検出可能半径の２倍以下に設定されている、請求項１に記載の監視システム。
【請求項３】
前記ＡＥ導波路は、導電性を有する材料で構成されており、
前記センサユニットは、前記ＡＥ導波路を介して電力供給を受ける給電部を備える、請求項１に記載の監視システム。
【請求項４】
前記複数のセンサユニットは、互いに同期されており、
前記センサユニットは、
擬似ランダム信号で変調した擬似ＡＥ波である参照振動波を発生させる振動子と、
前記ＡＥセンサで他の前記センサユニットで発生させた前記参照振動波を検出したときに、前記参照振動波をＡＤ変換した後に相関処理を施して、前記参照振動波の発生時から検出時までの遅延時間を、相関処理結果として出力する相関処理部と、
前記相関処理部の相関処理結果を送信する第２送信部と、
を備え、
前記中央ユニットは、
前記複数のセンサユニットの各々から送信される前記相関処理結果を受信する第２受信部と、
前記受信した相関処理結果に基づいて、前記複数のセンサユニットの相互の遅延時間のデータセットを生成する遅延時間データセット生成部と、
を備え、
前記異常発生検出部は、前記遅延時間のデータセットに基づいて、前記ブレードに異常が発生したことを検出し、
前記異常個所検出部は、前記遅延時間のデータセットに基づいて、前記異常の発生個所を検出する、請求項１に記載の監視システム。
【請求項５】
前記中央ユニットは、
前記遅延時間のデータセットを、教師なし機械学習によって更新する遅延時間データセット更新部を備える、請求項４に記載の監視システム。
【請求項６】
風力発電装置のブレードの監視システムで実行される方法であって、
前記監視システムは、
中空構造とされている前記ブレードの内部に設けられるＡＥ導波路と、
前記ブレードの内部において前記ＡＥ導波路の上に設けられる複数のセンサユニットと、
前記複数のセンサユニットと通信可能な中央ユニットと、
を備え、
前記ＡＥ導波路は、
前記ブレードを構成する材料に比べて、ＡＥ波の伝搬損失が少ない材料で構成されており、
前記方法は、
前記ブレードで発生したＡＥ波を、前記センサユニットのＡＥセンサで検出することと、
前記ＡＥセンサの検出結果を、前記センサユニットから送信することと、
前記中央ユニットで、前記複数のセンサユニットの各々から送信される前記ＡＥセンサの検出結果を受信することと、
前記中央ユニットで、前記受信した検出結果に基づいて、前記ブレードに異常が発生したことを検出することと、
前記中央ユニットで、前記ブレードに異常が発生した場合に、前記受信した検出結果に基づいて、当該異常の発生個所を検出することと、
を含む、方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡＥ波（アコースティック・エミッション波）を用いて風力発電装置のブレードの異常を検出する監視システムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、風力発電装置の異常を検出するためのシステムが提案されている。例えば、振動センサやＡＥセンサを用いて、風力発電機装置の転がり軸受の異常を診断するシステムが提案されている（例えば特許文献１参照）。この従来のシステムでは、転がり軸受の振動波形を測定するための振動センサや、転がり軸受から発生するＡＥ波を検出するためのＡＥセンサを用いて、転がり軸受の異常が診断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１１－１５４０２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＡＥ波を用いて風力発電装置のブレードの異常を検出するシステムは、これまで提案されていない。近年の風力発電装置の大型化に伴って、風力発電装置への落雷件数が増加する傾向にある。特に、ブレードは回転することにより風力発電装置の最高点に到達するため、ブレードへの落雷の件数は少なくない。落雷によってブレードが損傷するなどの異常が発生した場合には、そのことをすぐに検出することが求められる。また、異常の発生箇所（ブレードの損傷個所）を検出することも求められる。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、ＡＥ波を用いることによって、風力発電装置のブレードに異常が発生したことをすぐに検出することができるとともに、異常の発生個所を検出することのできる監視システム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】
【０００６】
本発明の監視システムは、風力発電装置のブレードの監視システムであって、前記監視システムは、中空構造とされている前記ブレードの内部に設けられるＡＥ導波路と、前記ブレードの内部において前記ＡＥ導波路の上に設けられる複数のセンサユニットと、前記複数のセンサユニットと通信可能な中央ユニットと、を備え、前記ＡＥ導波路は、前記ブレードを構成する材料に比べて、ＡＥ波の伝搬損失が少ない材料で構成されており、前記センサユニットは、前記ブレードで発生したＡＥ波を検出するためのＡＥセンサと、前記ＡＥセンサの検出結果を送信する送信部と、を備え、前記中央ユニットは、前記複数のセンサユニットの各々から送信される前記ＡＥセンサの検出結果を受信する受信部と、前記受信した検出結果に基づいて、前記ブレードに異常が発生したことを検出する異常発生検出部と、前記ブレードに異常が発生した場合に、前記受信した検出結果に基づいて、当該異常の発生個所を検出する異常個所検出部と、を備えている。
【０００７】
この構成によれば、風力発電装置のブレードに異常が発生した場合には、異常の発生個所で発生したＡＥ波が、複数のセンサユニットのＡＥセンサで検出される。風力発電装置のブレードは、一般に、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）などのＡＥ波の伝搬損失が大きい材料で構成されている。本発明では、ブレードを構成する材料に比べて、ＡＥ波の伝搬損失が少ない材料（例えば、アルミニウムや鉄などの金属や、セラミックなど）で構成されたＡＥ導波路が、中空構造のブレードの内部に設けられているので、ＡＥセンサ（センサユニット）まで伝搬しないＡＥ波をＡＥ導波路でとらえ、ＡＥ導波路を介してＡＥセンサまで伝搬させることができる。このようにＡＥ導波路を用いることより、少ない台数のＡＥセンサ（センサユニット）で、ブレードの広い範囲を監視することができる。
【０００８】
そして、複数のセンサユニットのＡＥセンサの検出結果は、各センサユニットから中央ユニットに送信され、中央ユニットでは、受信した検出結果に基づいて、ブレードに異常が発生したか否かや異常の発生個所が検出される。本発明では、このようにＡＥ波を用いることによって、風力発電装置のブレードに異常が発生したことをすぐに検出することができるとともに、異常の発生個所を検出することができる。
【０００９】
また、本発明の監視システムでは、複数の前記ＡＥ導波路は、前記ブレードの内部においてライン状に並行して設けられており、隣り合う前記ＡＥ導波路の間隔は、前記ＡＥセンサがＡＥ波を検出できる検出可能半径の２倍以下に設定されてもよい。
【００１０】
この構成によれば、複数のＡＥ導波路が、適切な間隔ｄ（ＡＥセンサの検出可能半径ｒの２倍以下の間隔。すなわちｄ≦２ｒ）で、ライン状に並行して設けられているので、ＡＥセンサ（センサユニット）まで直接伝搬しないＡＥ波をＡＥ導波路でとらえ、ＡＥ導波路を介してＡＥセンサまで伝搬させることができる。このように複数のＡＥ導波路（ライン状に並行して設けられる複数のＡＥ導波路）を用いることより、少ない台数のＡＥセンサ（センサユニット）で、ブレードの広い範囲を監視することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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