DK177072B1 - Fremgangsmåde og aggregat til detektering af vingernes tilstand/status i en vindmølle - Google Patents

Abstract

Der inkorporeres transponderteknologi i en vindmølles vinger for at gøre det muligt at overføre data trådløst fra hver vinge til det til knyttede tårn. Ved at tilvejebringe en transponder (20, 22) omfattende en RFID-indretning (102) i eller på hver at vingerne og tilvejebringe en læser/modtager i eller på vindmøllens tårn kan læseren/modtageren detektere de RFID-indretninger, som er i drift, og/eller læse data fra RFID indretningerne, når vingerne passerer tårnet.

Description

DK 177072 B1

Vindmøller har i århundreder været brugt til at pumpe vand og male korn. I nyere tid har vindmøller været brugt til at generere strøm fra opfanget vindenergi. Et grundlæggende problem i at udnytte energi fra vind er den lave energitæthed per volumenenhed. Den maksimale mængde energi, som 5 kan udtrækkes af vinden, er proportional med det cirkulære tværsnitsareal, gennem hvilket vingerne roterer, multipliceret med vindens hastighed i anden potens. Nærmere bestemt er den energi, som kan udtrækkes, den totale kinetiske energi af den luft, som bevæger sig gennem vindmøllens tværsnitsareal per tidsenhed. Af denne tilgængelige energi vil vindmøllen dog 10 i virkeligheden kun udtrække en brøkdel og derved definere vindmøllens effektivitet.

WO 99/57435 beskriver en fremgangsmåde tii overvågning af et vindmølleblads driftstilstand ved i vindmøllebladet at indbygge en føler og en radiosender, således at måleværdier fra føleren trådløst overføres til en 15 centralt placeret behandlingsenhed.

Eftersom fysisk kontakt mellem luften og vingerne er nødvendig for at overføre vindenergien, må vingerne enten have et samlet areal, som er lig med en stor brøkdel af deres cirkulære areal, eller de må rotere hurtigt, så de kan interagere med mest muligt af den luft, der strømmer derigennem. Når 20 en vinge på vindmøllen bliver beskadiget fx af et lynnedslag eller ved at blive bøjet så meget at den deformeres eller lignende, kan vindmøllens effektivitet aftage, fordi vingernes form eller orientering i forhold til vinden ikke længere er optimal og således øger luftmodstanden eller mindsker det areal, som vinden opfanges over, i forhold til vingens design.

25 Da vindmøller opstillet tæt på jorden udgør en fare for mennesker og dyr og ikke er placeret optimalt i forhold at opfange vind, er vindmøller typisk monteret på tårne, så de er anbragt højt overjorden. Dette gør inspektion og vedligehold meget vanskelig, således at det ville være ønskeligt på afstand at kunne bestemme omfanget af skade på vingerne, så vedligehold kan blive 30 udført i rette tid eller prioriteres. Endvidere ville det være ønskeligt at kunne detektere omfanget af skade på vingerne uden behov for ekstra energi, da DK 177072 B1 2 dette ville reducere vindmøllens totale effektivitetsgrad.

Opfindelsen foreslår at integrere transponderteknologi i en vindmølles vinger for at gøre det muligt at overføre data trådløst fra hver vinge til det tilknyttede tårn uden noget behov for strømtilførsel til den 5. transponder, som er anbragt i vingen.

Således kan opfindelsen tilvejebringes ved en fremgangsmåde til præcist at kunne bestemme tilstanden af en vinge på en vindmølle, som indbefatter flere vinger monteret på en rotoraksel af et vindmølleaggregat båret på toppen af et tårn, hvor fremgangsmåden omfatter a) at fastgøre en 10 transponder omfattende en RFID-indretning til hver vinge, b) at tilvejebringe en læser/modtager på eller i tårnet, og c) selektivt mindst én af i) at detektere RFID-indretninger i drift og/eller ii) at læse data fra RFID-indretningerne med læseren/modtageren, når vingerne passerer tårnet.

Opfindelsen kan også tilvejebringes ved en vindmølle omfattende 15 flere vinger monteret på en rotoraksel af et vindmølleaggregat båret på toppen af et tårn, en transponder, der omfatter en RFID-indretning, fastgjort til hver af vingerne og en læser/modtager tilvejebragt på eller i tårnet til selektivt at detektere RFID-indretningerne, når vingerne passerer tårnet.

Disse og andre formål med og fordele ved denne opfindelse vil 20 kunne forstås mere fuldstændigt og vurderes ved nøje at studere den følgende mere detaljerede beskrivelse af det for nærværende foretrukne udførelseseksempel på opfindelsen sammen med den ledsagende tegning, på hvilken figur 1 skematisk illustrerer et vindmølleaggregat omfattende en 25 transponder og en modtager/læser i overensstemmelse med et udførelseseksempel på opfindelsen, og figur 2 er en skematisk illustration af et identifikationsmærke med en inkorporeret RFID-indretning fastgjort til en vinge.

Identifikationsmærkning ved hjælp af radiofrekvens er en kendt 30 metode til identifikation indenfor visse discipliner. Nærmere bestemt producerer og udsender en læser i et konventionelt RFID-system et DK 177072 B1 3 elektromagnetisk forespørgselsfelt ved en specifik frekvens, når den exciteres af et tilsluttet, elektronisk drivkredsløb. RFID-identifikationsmærket eller -indretningen omfatter typisk en halvlederchip indeholdende RF-kredsløb, logik og hukommelse samt en antenne. Indretningen reagerer på 5 det kodede radiofrekvenssignal (RF-signal). Hvis indretningen er placeret i forespørgselsfeltet i tilstrækkelig lang tid, vil RFID-indlægget blive stimuleret og sende et entydigt kodet signal, som modtages af læseren eller en separat modtageantenne. RF-bæresignalet demoduleres for at genskabe information lagret i RFID-indretningen. Forskellige RFID-konstruktioner, kredsløb og 10 programmeringsprotokoller er kendt teknik. Eksempler herpå er beskrevet i U.S. pat. nr. 5.682.143 {Brady et al.) og 5.444.223 (Blama), hvilke begge er inkorporeret heri ved henvisning.

Selv om RFID-indretninger eller RFID-identifikationsmærker endnu ikke er så udbredte som andre midler til identifikation, vinder RFID-15 indretninger popularitet i forskellige anvendelser. Blandt disse er identifikationssystemer til lukkede godsjernbanevogne og sættevogne, billetkort til busser og undergrundsbaner, identifikation af dyr, identifikationsskilte til ansatte og sikkerhedsfolk og i automatiske bompengesystemer. I et automatisk bompengesystem som fx EZ Pass 20 monterer bilisten en RFID-indretning på køretøjets forrude, RFID- indretningen er forprogrammeret med informationer om bilisten som fx kontostatus, informationer om køretøjet osv. Når køretøjet passerer gennem en bomstation, udsender en fast sender ved bomstationen et signal, som reflekteres af RFID-indretningen. Hvis bilistens konto er tilfredsstillende, 25 aktiveres et grønt lys, hvilket indikerer, at det er tilladt bilisten at passere gennem bomstationen.

Elektroniske RFID-indretninger er kommercielt tilgængelige og tilvejebringer ikke i sig selv opfindelsen. De tidlige RFID-systemer, som blev udviklet, gjorde brug af relativt store indpakninger, hvilket begrænsede 30 udvalget af produkter, de kunne bruges på. I nyere tid er RFID-indretninger blevet mindre, så de umiddelbart kan inkorporeres i identifikationsmærker og DK 177072 B1 4 mærkater og deres brug udbredes. Sådanne elektroniske indretninger er karakteriseret ved, at de er tynde, flade og generelt fleksible indretninger, som fortrinsvis er lamineret imellem ydre ark eller lag af mærkaten, således at de elektroniske funktioner er beskyttet mod det omgivende miljø - specielt 5 fugt og/eller varme, som de komponenter, som RFID-indretningerne anvendes sammen med, måtte blive udsat for.

Opfindelsen foreslår at integrere RFID-transponderteknologi i vingerne til en vindmølle for at gøre det muligt at overføre data trådløst fra hver vinge til det tilknyttede tårn uden behov for strømtilførsel til den 10 transponder, der er anbragt i vingen.

Figur 1 illustrerer skematisk et eksempel på en vindmølle 10 indbefattende flere vinger 12, 14 monteret på en rotoraksel af et vindmølleaggregat 16 båret på toppen af et tårn 18 på en konventionel måde.

Ifølge et udførelseseksempel på opfindelsen er en transponder 20, 22, fx en 15 RFID-indretning, henholdsvis indlejret i hver af vindmøllens vinger eller inkorporeret i RFID-identifikationsmærker fastgjort til fx læsiden af hver vinge 12, 14. I sidstnævnte tilfælde er RFID-indretningerne, som nævnt ovenfor, fortrinsvis lamineret imellem ydre ark eller lag således, at den elektroniske funktion er beskyttet mod det omgivende miljø - specielt fugt og/eller varme, 20 som de vinger, som RFID-indretningerne anvendes sammen med, måtte blive udsat for. Således kan en RFID-indretning operativt tilknyttes hver vinge ved at påføre en permanent klæbende mærkat med en indlejret eller monteret RFID-indretning derpå. I ét udførelseseksempel, som skematisk er illustreret i figur 2, kan dette opnås ved at bruge en i det væsentlige 25 fugtuigennemtrængelig mærkat, nærmere bestemt ved montering af en RFID-chip 102 i papirmasse 100 og laminering mellem to stykker plastfolie 104, 106, hvoraf én har permanent klæbemiddel 108 på en udvendig overflade heraf. Fortrinsvis er der inkluderet menneskeligt læsbare kendetegn på mærkatens overflade eller på papirmassen, så de er synlige 30 fra ydersiden af vingen. Dette tillader information om RFID-indretningen og/eller dens installation at blive set, selv om indretningen er sat ud af drift, DK 177072 B1 5 hvilket der nedenfor gøres rede for i nærmere detaljer.

En læser/modtager 24 i RFID-systemet tilvejebringes hensigtsmæssigt, fx på det til vind møllen 10 hørende tårn 18, og producerer og udsender et elektromagnetisk forespørgselsfelt som beskrevet ovenfor.

5 Fortrinsvis identificerer hver af transponderne 20, 22 de tilknyttede vinger 12, 14 entydigt, således at læseren/modtageren, der er anbragt på tårnet, i det omfang det er nødvendigt eller ønskeligt, detekterer og registrerer hver respektive transponder, når den passerer.

I ét udførelseseksempel sættes den transponder, som er 10 inkorporeret i vingen, ud af drift eller ødelægges som følge af et lynnedslag, således at den ikke længere er i funktion. Enhver transponder (RFID-indretning), som ikke er i funktion, vil ikke blive detekteret af modtageren, når vingen eller rester af vingen passerer tårnet. Således er fraværet af et signal fra den respektive transponder eller detektering af transpondersignaler fra 15 den eller de efterfølgende nabovinge(r), en indikation til det tilknyttede styresystem 26 om, at vingen er blevet beskadiget, og kan passende udløse et signal meldende om fejl eller defekt. Det kan således registreres, hvilken eller hvilke vinger, der kan være beskadigede, samt tidspunktet for beskadigelsen af hensyn til at planlægge vedligeholdelse, nedlukning af 20 vindmøllen eller anden passende handling.

Nogle radiofrekvenstranspondere er kun konfigureret til at indikere, når et bestemt objekt, som bærer radiofrekvensidentifikationsindretningen (RFID-indretningen), passerer en modtagers detekteringsområde. Andre RFID-indretninger er forprogrammeret med ikké-variabel information, som 25 kan læses af læseren/modtagéren, og som tilvejebringer yderligere information som fx identifikation af objektet og ikke kun dets tilstedeværelse.

Atter andre RFID-indretninger er indrettet til at indeholde visse skrivebeskyttede (forprogrammerede) informationer og visse genskrivbare informationer og/eller kan være udstyret med (variabel) information indlæst 30 selektivt heri. Således kan en RFID-indretning, som er tilvejebragt på en vinge, konfigureres til selektivt at blive deaktiveret ved et lynnedslag som DK 177072 B1 6 nævnt ovenfor, eller der kan tilvejebringes mere avanceret elektronik for at detektere og registrere fortløbende lynnedslag og for at give en fortegnelse over antallet af lynnedslag, som en bestemt vinge har taget imod, hvilket også kan være en indikation af vingens skade. Således kan RFID-5 indretningen programmeres selektivt med denne variable information om skade på vingen, og læseren/modtageren kan læse den programmerede variable information. Fortrinsvis omprogrammeres RFID-indretningen periodisk med anden variabel information, dvs. efter den variable information er blevet læst. Denne omprogrammering kan sættes i værk på afstand fra 10 tårnet eller fra selve den respektive vinge.

Modtageren, som er anbragt på eller i tårnet, kan således tilvejebringes for blot at detektere tilstedeværelsen af en RFID-indretning i funktion, eller den kan yderligere indbefatte en læser til download af information trådløst fra transponderen såsom omfattende antal lynnedslag 15 registreret af RFID-indretningen eller -indretningerne.

Ved at detektere lynnedslagsstedet, når et lyn rammer en bestemt vinge, og ved at fastholde yderligere information, såsom antal lynnedslag, kan vedligehold planlægges mere effektivt - selv i det tilfælde, hvor vindmølleoperatøren ikke ønsker at skride ind med det samme, eftersom 20 informationen kan tilvejebringes til det næste vedligeholdelseshold, hvorved de kan kontrollere for skade visuelt og rapportere og/eller skaffe en erstatningsvinge og/eller erstatningstransponder.

Ifølge en anden alternativ udførelse kan transponderen endvidere tilknyttes yderligere passiv elektronik for at fastlægge, om en vinge har været 25 bøjet mere end i et foreskrevet omfang. For eksempel kan mere avanceret elektronik indrettes eller konfigureres til at ophøre med at virke, så snart et bestemt mekanisk niveau er overskredet. Også i dette tilfælde vil dét, at transponderen er holdt op med at virke, blive detekteret af en tilsvarende modtager i tårnet og blive kommunikeret til overvågningen. Som alternativ 30 kan strain gauges og/eller piezoelektriske fibre og lignende og tilknyttede kredsløb således som beskrevet i den ligeledes verserende ansøgning nr.

DK 177072 B1 7 11/295.467, indgivet d. 7. december 2005, (kendt som GE-beskrivelse nr.

189907, advokatsagsnr. 839-1795, som alt sammen er inkorporeret heri ved reference) indlejres flere steder for at forsyne transponderen med information, som skal iæses af modtageren til brug for sikkerhedskontrol, 5 præventivt vedligehold, og/eller til indikation af ændringer i den enkelte vinges mekaniske egenskaber gennem dens levetid.

! et endnu andet eksempel kan transponderen tilknyttes yderligere mere avanceret passiv elektronik for at fastlægge, om bestemte støjværdier er blevet overskredet, eller om et på forhånd bestemt vibrationsniveau er 10 overskredet. For eksempel kan den yderligere passive elektronik indrettes eller konfigureres til at få transponderen til at ophøre med at virke eller ændre dens virkemåde, så snart en tærskelværdi for støj- eller vibrationsniveau er blevet overskredet, hvorefter dette svigt eller denne modificering bliver detekteret af modtageren.

15 Omend opfindelsen er blevet beskrevet i forbindelse med, hvad der på nuværende tidspunkt anses for at være den mest praktiske og foretrukne udførelse, er det underforstået, at opfindelsen ikke er begrænset til den fremlagte udførelse men tværtimod er tilsigtet at omfatte forskellige modifikationer og tilsvarende arrangementer indeholdt i ånden og omfanget 20 af de vedhæftede krav.

STYKLISTE vindmølle 10 vinger 12, 14 25 vindmølleaggregat 16 tårn 18 transpondere 20, 22 læser/modtager 24 styresystem 26 30 papirmasse 100 RFID-chip 102 DK 177072 B1 8 plastfolie 104, 106 permanent klæbemiddel 108

Claims (12)

1. En fremgangsmåde til præcist at kunne bestemme tilstanden af en vinge på en vindmølle, som indbefatter flere vinger (12, 14) monteret på 5 en rotoraksel af et vindmølleaggregat (16) båret på toppen af et tårn (18), kendetegnet ved, at fremgangsmåden omfatter a) at fastgøre en transponder (20, 22) omfattende en RFID-indretning (102) til hver vinge, b) at tilvejebringe en læser/modtager (24) på eller i tårnet, 10 og c) selektivt mindst én af i) at detektere RFID-indretninger i drift og/eller ii) at læse data fra RFID-indretningerne med læseren/modtageren, når vingerne passerer tårnet.

2. En fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor a) udøves ved at bruge en i det væsentlige fugtuigennemtrængelig mærkat (104, 106), og at indbefatte menneskeligt læselige kendetegn, som er synlige fra ydersiden af vingen, på mærkaten.

3. En fremgangsmåde ifølge krav 1, yderligere omfattende 20 d) selektivt at programmere mindst én RFID-indretning med variable information, og hvor læsningen af data med læseren/modtageren omfatter læsning af den programmerede variable information af mindst én RFID-indretning.

4. En fremgangsmåde ifølge krav 3, yderligere omfattende 25 e)at omprogrammere mindst én af RFID-indretningerne med anden variable information efter læsningen af den variable information.

5. En fremgangsmåde ifølge krav 4, hvor RFID-indretningen er forprogrammeret med ikke-variabel information, som ikke påvirkes af efterfølgende programmering om omprogrammering ifølge d) og e).

6. En fremgangsmåde ifølge krav 1, hvor transponderen konstrueret og arrangeret således, at et lynnedslag deaktiverer DK 177072 B1 10 transponderen, således at RFID-indretningen ikke kan detekteres eller læses af læseren/modtageren.

7. En vindmølle kendetegnet ved flere vinger (12, 14) monteret på en rotoraksel af et 5 vindmølleaggregat (16) båret på toppen af et tårn (18), en transponder (20, 22), der omfatter en RFID-indretning (102), fastgjort til hver af vingerne og en læser/modtager (24) tilvejebragt på eller i tårnet til selektivt at detektere RFID-indretningerne, når vingerne passerer tårnet.

8. En vindmølle ifølge krav 7, hvor modtageren (24) producerer og udsender et elektromagnetisk forespørgselsfelt.

9. En vindmølle ifølge krav 7, hvor transponderne (20, 22) entydigt identificerer den tilknyttede vinge, således at den læser/modtager, som er anbragt på tårnet, detekterer hver pågældende transponder, når den 15 passerer.

9 DK 177072 Bl

10. En vindmølle ifølge krav 7, hvor RFID-indretningerne (102) er lamineret imellem ydre ark eller lag (104, 106), så de er beskyttet mod det omgivende miljø.

11. En fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-6, 20 hvor a) udøves ved at tilføre en permanent klæbende mærkat med en indlejret eller monteret RFID-indretning til hver af hver af vingerne.

12. En vindmølle ifølge et hvilket som helst af kravene 7-11, hvor transponderen omfatter et RFID-identifikationsmærke med en indlejret eller monteret RFID-indretning, hvilket RFID-identifikationsmærke er klæbende 25 fastgjort til læsiden af hver vinge.