JP2017020410A - 風力発電設備のメンテナンス方法および無人飛行機 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者の負担を減らし、かつ検査に必要な時間とコストを抑制しつつ、風力発電設備のブレードのメンテナンス作業が可能な、風力発電設備のメンテナンス方法を提供する。【解決手段】メンテナンス方法は、風力発電設備のロータのブレードを水平となるように固定するステップ（Ｓ３２）と、水平にするブレードのピッチ角θを受風状態から変更するステップ（Ｓ３３）と、水平にしたブレードに無人飛行機を到達させ、無人飛行機によってブレードに対するメンテナンス作業を行なうステップ（Ｓ２２）とを含む。好ましくは、メンテナンス作業はブレードの欠陥検査を含む。【選択図】図１０

Description

この発明は、風力発電設備のメンテナンス方法に関し、より特定的には、無人飛行機を用いた風力発電設備のメンテナンス方法とその無人飛行機に関する。

従来、既設の風力発電設備において、ロータヘッドに取り付けられたブレードのメンテナンス作業を行なう場合は、作業者が風力発電設備のナセル部まで上り、ロープアクセスにより下降しながら作業を行なっている。

メンテナンス作業の一種である風力発電設備におけるブレードの内外部の欠陥検査は、主に、作業者がロープアクセスを用いてブレードに近付き、目視観察やハンマリングによる打音を聞くことによって行なわれている。

しかし、集合型風力発電所（ウィンドファーム）などでは多くの風力発電設備が設置されているため、すべての設備を検査するには莫大な時間とコストが必要である。

その他の方法として、特許文献１（特表２０１３−５４２３６０号公報）では、空気熱デバイスを用いてブレード内部の温度を変化させ、赤外線カメラなどを用いて、正常部と異常部の温度変化の差異を判定することで、ブレードの欠陥を見つけている。

特表２０１３−５４２３６０号公報

作業者がロープアクセスを行なう従来の方法では、ブレードの一本ごとにロープアクセスを行ない、数十メートルものブレードを上から下へ降下する形で作業しなければならないため、作業者に対して負担がかかっていた。また、一本のブレードに対してロープアクセスは数回行なわれるため、作業者はブレードに沿って往復する必要があり、多くの時間を要していた。

特許文献１（特表２０１３−５４２３６０号公報）に開示された方法では、風力発電設備内には空気熱デバイスを搭載する必要があるため、搭載されていない風力発電設備には適用できない。また、メガワット級の風力発電設備では、内部温度を変化させるために空気熱デバイスとして大出力の大型設備が必要とされ、設置するには莫大なコストや改造時間を費やすことになる。

また、特許文献１（特表２０１３−５４２３６０号公報）には、測定装置の一例として、無人飛行機が開示されている。しかし、無人飛行機が空中で作業を行なうには３次元の位置決めが必要であるが、風の影響を大きく受けるため、位置決め精度が悪化するおそれがある。

この発明は、上記の課題を解決するものであって、その目的は、無人飛行機を使用することによって作業者の負担を減らし、かつ検査に必要な時間とコストを抑制しつつ、風力発電設備のブレードのメンテナンス作業が可能な、風力発電設備のメンテナンス方法および無人飛行機を提供することである。

この発明は、要約すると、風力発電設備のメンテナンス方法であって、風力発電設備のロータの第１ブレードを水平となるように固定するステップと、水平にする第１ブレードのピッチ角を受風状態から変更するステップと、水平にした第１ブレードに無人飛行機を到達させ、無人飛行機によって第１ブレードに対するメンテナンス作業を行なうステップとを備える。

風力発電設備のブレードの位置を変えることで、ロープアクセスを必要としない無人飛行機での作業や検査が可能となり、従来の風力発電設備の作業で必要としていた時間や工数を削減することができる。特に、ブレードの一つを水平付近に移動させ、ブレード長手軸回りのピッチ角を調整することによって、無人飛行機がブレード上での作業もしくは検査を簡易に行なうことが可能となる。

好ましくは、無人飛行機は、第１ブレードの打撃を行なう打撃部を含む。メンテナンス作業を行なうステップは、第１ブレードの診断のために打撃部を用いて第１ブレードを打撃するステップを含む。

より好ましくは、メンテナンス作業を行なうステップは、打撃部を用いた打撃によって発生した振動を無人飛行機または第１ブレードに設置したセンサから取得するステップをさら含む。

上記の処理によって、ブレード上で打音検査の実施を可能にすることができる。なお、打撃を行なう方法の１つは、打音手段として、ソレノイドなどを使用することができるが、他の方法として、前記無人飛行機の下部に打撃部を搭載し、前記無人飛行機を降下させることによりブレードを打撃してもよい。無人飛行機による上空からの下降動作により打撃することで、打撃部に動力を搭載する必要がなくなるため、バッテリーの節約になる。また、高さを調整することで、打撃力の調整が無人飛行機の基本的な機能を用いて可能になる。また、打撃部を無人飛行機の下部に搭載するため、重心が低くなり無人飛行機の動作が安定する。

さらに好ましくは、無人飛行機は、第１ブレードの外観の撮影を行なうカメラユニットを含む。メンテナンス作業を行なうステップは、第１ブレードの診断のためにカメラユニットを用いて第１ブレードを撮影するステップをさらに含む。

好ましくは、メンテナンス作業を行なうステップは、無人飛行機を水平にした第１ブレード上に着陸させ、作業位置を変更するために第１ブレード上で無人飛行機を移動させるステップを含む。

無人飛行機は、ブレード上を走行することが可能に構成される。無人飛行機が、ブレード上を走行可能であるため、ブレード上の打音位置を随時変更できる。好ましくは、移動量測定手段を搭載することで、無人飛行機の移動量を参照できるため、打音位置やカメラでの観察位置を求めることが可能である。

より好ましくは、無人飛行機は、駆動輪を含む。無人飛行機を移動させるステップは、駆動輪を駆動させることによって無人飛行機を走行させる。

より好ましくは、無人飛行機は、複数の回転翼を含む。無人飛行機を移動させるステップは、複数の回転翼の回転速度を変化させることによって無人飛行機を走行させる。走行に回転翼を使用することで、新たにモータや駆動基板を設けないで済むため、無人飛行機の軽量化やバッテリーの節約が可能になる。

この発明は、他の局面では、無人飛行機であって、複数の回転翼と、風力発電設備のブレード上に着陸可能な支持脚と、風力発電設備のブレードを打撃する打撃部とを備える。

好ましくは、無人飛行機は、打撃部を用いた打撃によって発生した振動を取得するセンサをさらに備える。

より好ましくは、無人飛行機は、風力発電設備に搭載されている制御装置と通信を行なう通信部をさらに備える。

好ましくは、支持脚は、水平にした風力発電設備のブレード上を走行するための駆動輪を含む。

より好ましくは、支持脚は、長さが異なる状態をとりうる複数の支持脚を含む。複数の支持脚の各々には車輪が設置される。無人飛行機は、傾いた姿勢で複数の支持脚を用いてブレード上に着陸し、複数の回転翼を回転させることによってブレード上を走行する。

本発明によれば、風力発電設備のブレードのメンテナンス作業時に、作業者の負担が減り、検査に必要な時間とコストが抑制される。

本実施の形態のメンテナンス方法が適用される風力発電設備の外観を示した図である。 風力発電設備のナセル付近の構造を説明するための図である。 本実施の形態のメンテナンス方法において使用される無人飛行機の構成の一例を示した上面図である。 図３に示した無人飛行機１０の側面図である。 風力発電設備１のある場合の初期状態を示す図である。 作業対象となるブレード４Ａを水平位置で停止させた状態を示した図である。 無人飛行機１０がブレード４Ａに着陸した状態を示した図である。 本実施の形態のメンテナンス方法が適用される設備全体の構成を示したブロック図である。 ブレードの欠陥検査で使用される無人飛行機１０の構成を示す図である。 本実施の形態のメンテナンス作業方法の手順を示すフローチャートである。 無人飛行機が行なうブレードの欠陥検査の手順を説明するためのフローチャートである。 外観検査を説明するための図である。 上昇時およびホバリング時の無人飛行機１０の状態を示す図である。 旋回時の無人飛行機１０の状態を示す図である。 無人飛行機がブレードに着陸した状態を示した図である。 離着陸時および静止時の無人飛行機の状態を示す図である。 前進時の無人飛行機の状態を示す図である。 後進時の無人飛行機の状態を示す図である。 振動測定部をブレード内に設置した例を示す図である。 降下による打音方法を説明するための図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、本実施の形態のメンテナンス方法が適用される風力発電設備の外観を示した図である。図２は、風力発電設備のナセル付近の構造を説明するための図である。図１、図２を参照して、風力発電設備１は、タワー５の上部に搭載されたナセル２と、ロータヘッド３と、ロータヘッド３に取り付けられた３枚のブレード４とを含んで構成されている。

ブレード４は、ナセル２に搭載されているロータヘッド３の回転によって軸方向回り（φ角度）方向に回転が可能である。また、ブレード４は、回転機構（ブレード用軸受１２０）によってブレード４の長手方向の軸回り（θ角度）方向に回転が可能である。さらに、図１に示される２つの回転方向φおよびθはそれぞれ図示されていないブレーキ機構によって停止動作が可能である。

図２を参照して、風力発電設備１は、主軸２８と、増速機５５と、発電機５０と、主軸用軸受６０と、制御装置３１とをさらに含む。増速機５５、発電機５０、主軸用軸受６０および制御装置３１は、ナセル２に格納され、ナセル２は、タワー５によって支持される。

主軸２８は、ナセル２内に進入して増速機５５の入力軸に接続され、主軸用軸受６０によって回転自在に支持される。そして、主軸２８は、風力を受けたブレード４により発生する回転トルクを増速機５５の入力軸へ伝達する。ブレード４は、主軸２８の先端に設けられ、風力を回転トルクに変換して主軸２８に伝達する。

増速機５５は、主軸２８と発電機５０との間に設けられ、主軸２８の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。発電機５０は、増速機５５の出力軸に接続され、増速機５５から受ける回転トルクによって発電する。発電機５０は、たとえば、誘導発電機によって構成される。

風力発電設備１は、風力の強さに応じてブレード４の風の方向に対する角度（以下、ピッチとする）を変化させることによって、適度な回転を得ている。また、風車の起動・停止を行なう場合にも同様に、ブレードピッチが制御される。また、主軸を１回転させる間においても、各ブレード４が数度揺動するように制御されている。このようにすることによって、風から得ることのできるエネルギーの量を調整することができる。強風時などでは、風車の回転を抑制するためにブレードの風受け面（翼面、羽面ともいう）を風の方向と平行にする。

ブレードピッチ可変機構は、ロータヘッド側に取り付けられたブレードピッチ変更用の駆動装置２４と、駆動装置２４の回転軸に嵌合されたピニオンギヤによって回転されるリングギヤ２６とを含む。リングギヤ２６はブレード４に固定された状態に取り付けられている。

ブレードピッチ可変機構は、複数のブレード４を揺動（回動）させ、ブレード４のピッチを変更（調整）する。ここで、この複数のブレード４の基端部には、ブレード用軸受１２０が設けられており、ブレード４はブレード用軸受１２０によってそれぞれ支持され、ブレード用軸受１２０の回転軸を中心として回転する。

発電機５０に負荷がかかっている場合には、風の方向とブレード４の風受け面とがなす角度が適切な角度（≠０）となるようにブレード４のピッチが設定される。すると、ブレード４の風受け面は、風からのエネルギーを受ける。そして複数のブレード４は、ロータヘッド３に接続された主軸２８を軸とし、ロータヘッド３と共にタワー５に対して回転する。この回転軸の回転は発電機へと伝達され、発電が行なわれる。

また強風時などには、風の方向とブレード４の風受け面とが平行となるようにブレード４のピッチが変更される。このように、風の方向とブレード４のピッチとが平行となる状態（フェザリング）では、ブレード４の風受け面は風からエネルギーをほとんど受けなくなる。このようにすることによって、ブレード４およびロータヘッド３の回転速度の異常上昇による風力発電設備１の破損を防止することができる。

本実施の形態では、メンテナンス作業に無人飛行機を使用する。通常、無人飛行機が空中で作業を行なうには空中における３次元の位置決めが必要であるが、風の影響を大きく受けるため、位置決め精度が悪化するおそれがある。風がある状態では、ブレード４の状態を取得する作業、たとえば無人飛行機によるカメラ撮影や打音検査、ブレード４の欠陥修復作業、清掃作業などは、機体が大きく揺れるために困難となる。

そこで、本実施の形態では、メンテナンス作業を行なう際に、ブレード４の回転角φとピッチ角θとを制御する。作業対象のブレード４の回転角φを水平方向に回転移動させ、ブレード４の腹側または背側が地面とほぼ平行になるようにピッチ角θを調整する。この調整を行なうことで、ブレード４上に無人飛行機を着陸可能にし、空中での３次元の位置決めを不要としたことで無人飛行機が受ける風の影響が減少する。そのため、ブレード４におけるメンテナンス作業が容易になる。

図３は、本実施の形態のメンテナンス方法において使用される無人飛行機の構成の一例を示した上面図である。図４は、図３に示した無人飛行機１０の側面図である。

図３、図４を参照して、無人飛行機１０は、４つのモータ１１と、モータ１１にそれぞれ接続された４つのプロペラ（回転翼）１２とを含む。無人飛行機１０は、さらに、機体制御を行なうコントローラ１３と、インバータ１４と、通信部１５とを含む。コントローラ１３には、モータ１１を駆動させるインバータ１４と無線通信を行なう通信部１５とが接続されている。

無人飛行機１０は、通信部１５で他装置と通信を行ない、マニュアルまたはオートで飛行を行なう。また、無人飛行機１０は、図示しないＧＰＳユニットや地磁気センサ、ジャイロセンサなどの各種センサを搭載しており、プロペラの回転数等を調整することで、３次元に位置決め動作を行ないながら飛行している。また、無人飛行機１０は、ブレードの状態を取得する作業ユニット１６を搭載しており、各種の検査や作業を行なう。

次に、図５〜図７を用いて本実施の形態において行なわれる風力発電設備のブレードへの作業方法の概略について説明する。図５は風力発電設備１のある場合の初期状態を示す図である。図５を参照して、作業対象となるブレードをブレード４Ａとする。第１のステップとして、ロータヘッド３を図５に示すようにφ方向に回転させる。ロータヘッド３の回転は、ブレード４の一つであるブレード４Ａが水平となる位置で停止させる。

図６は、作業対象となるブレード４Ａを水平位置で停止させた状態を示した図である。続いて、第２のステップにおいて、ブレード４Ａをθ方向にブレード４Ａの腹側もしくは背側が地面と平行になる位置まで回転させる。ここで、第１のステップと第２のステップの順番は、どちらを先に実施してもよい。また、第１のステップと第２のステップとを同時に実施しても良い。

続く第３のステップでは、第１と第２のステップを実施した状態から、ブレードの腹側または背側に無人飛行機１０を着陸させる。図７は、無人飛行機１０がブレード４Ａに着陸した状態を示した図である。無人飛行機１０を飛行させることによって、地上もしくはナセル２からブレード４に作業ユニットを到達させることができる。最後に、第４のステップでは、無人飛行機１０が空中で静止した状態またはブレード４Ａ上に着陸した状態で、作業ユニット１６によってブレード４Ａの状態取得または作業を実施する。

続いて、メンテナンス作業の一例として、無人飛行機１０を使用してブレード４の外観や内部の欠陥検査を行なう例を説明する。

図８は本実施の形態のメンテナンス方法が適用される設備全体の構成を示したブロック図である。制御装置３１は風力発電設備１内に設置され、設備内に設置されているロータヘッド３などの制御を行なっている。制御装置３１は複数の装置に分割されて構成されても良い。たとえば、ブレード４の回転を制御する制御部と無線通信を実施する通信部が異なった装置として構成される場合もある。また、データサーバ３２は制御装置３１と通信が可能であり、制御装置３１から検査データなどが送受信されている。飛行指示部３０は、無人飛行機１０に対して飛行指示の情報を送り、無人飛行機から状態情報を受ける。

状態情報は、たとえば、無人飛行機１０のモータの回転速度や電流値、電圧値、通信の確立状態信号などを含む。また、制御装置３１と飛行指示部３０とは、検査開始終了の情報や風力発電設備１の情報、たとえばブレード４の角度や風向、風力の情報を通信する。

このように、無人飛行機１０は、風力発電設備１に搭載されている制御装置３１との間で、作業に関しての情報を相互に交換する。無人飛行機１０と風力発電設備１が、互いに作業開始や終了などを指示することで、作業を効率的に実施することができる。

次に、検査データの流れについて説明する。無人飛行機１０により測定された外観検査と内部欠陥検査における検査データは、制御装置３１に送信される。制御装置３１に送信された検査データは、データサーバ３２に送信され、データサーバ３２において検査データの蓄積が行なわれる。この時、検査データは飛行指示部３０にも送信され、検査結果をもとに検査位置の修正や再検査が自動または手動で実施される。

ここで、飛行指示部３０は、手動コントローラにて無人飛行機１０を操作する装置であっても良い。

また、制御装置３１と飛行指示部３０は統合しても良い。ただし、その場合は制御装置３１から直接無人飛行機１０に飛行指示がなされる。飛行指示は、マニュアルまたはオートにて実施される。

図９は、ブレードの欠陥検査で使用される無人飛行機１０の構成を示す図である。図９を参照して、無人飛行機１０の作業ユニット１６は、打音ユニット２０とカメラ２１を含む。打音ユニット２０は、打撃部２０Ａと打撃後に発生する振動を測定する振動測定部２０Ｂとを含んで構成されている。打撃部２０Ａは、ソレノイドなどが使用され、振動測定部２０Ｂは、マイクや加速度測定器などが用いられる。また、無人飛行機１０には２個の車輪２２Ａと車輪２２Ｂが搭載されており、それぞれの車輪には回転を検知するエンコーダも搭載されている。車輪２２Ａと車輪２２Ｂは、それぞれ異なった方向を向いており、無人飛行機１０が着陸移動した時の前後左右の移動量を測定している。

次に、実施例の検査方法の手順について説明する。図１０は、本実施の形態のメンテナンス作業方法の手順を示すフローチャートである。図８、図１０を参照して、まず、飛行指示部３０から風力発電設備１の制御装置３１に検査準備を指示する情報が送信される（Ｓ１）。応じて、風力発電設備１は、発電を停止する（Ｓ３１）。

続いて、飛行指示部３０から風力発電設備１の制御装置３１に検査対象のブレード４Ａを特定する情報と、ブレードを回転する指示が送信される（Ｓ２）。応じて、制御装置３１はブレード４Ａに対して、回転角φの変更（Ｓ３２）とピッチ角θの変更の指示を出し（Ｓ３３）、ブレード４Ａは決められた角度に回転する。決められた角度とは検査対象となるブレード４の腹部または背部が水平となる角度である。回転完了後は、制御装置３１から回転完了の情報が飛行指示部３０に送信される。このとき図５〜図７に示すようにブレード４Ａの回転角（φ）とピッチ角（θ）が変化する。

なお、ブレード４Ａの水平は、厳密に水平である必要はなく、後述のように無人飛行機がブレード４Ａの上を走行可能な状態であれば多少の傾きは許容される。また、回転角φの変更（Ｓ３２）とピッチ角θの変更（Ｓ３３）は入れ替えても良く、同時に行なうようにしても良い。

続いて、飛行指示部３０は、無人飛行機１０に対して飛行指示を与え（Ｓ３）、無人飛行機１０は、図７に示すように、検査対象のブレード４Ａの上部まで移動する（Ｓ２１）。

そして、飛行指示部３０は、無人飛行機１０に対してメンテナンス作業指示を送信する（Ｓ４）。応じて、無人飛行機１０は、メンテナンス作業を実行する（Ｓ２２）。メンテナンス作業は、例えば、ブレード４に対しての、欠陥検査、修復作業、清掃作業などである。以下、メンテナンス作業の一例として、ブレードの欠陥検査を行なう場合について詳細を説明する。

図１１は、無人飛行機が行なうブレードの欠陥検査の手順を説明するためのフローチャートである。図１１を参照して、欠陥検査が開始されると、まずブレード４の外観検査が実施される（Ｓ５１）。

図１２は、外観検査を説明するための図である。図１２に示すように、外観検査は、カメラ２１によってブレード４の表面を撮影しながらブレード４に沿って無人飛行機１０を飛行させることによって実行される。

ここで、簡単に、無人飛行機１０の飛行について説明しておく。図１３は、上昇時およびホバリング時の無人飛行機１０の状態を示す図である。プロペラ１２Ａ、１２Ｃは対角線上に配置され、上から見てプロペラの回転方向は時計回りである。プロペラ１２Ｂ、１２Ｄは対角線上に配置され、上から見てプロペラの回転方向は反時計回りである。各プロペラの回転速度を同じにすると、無人飛行機１０はその場で上昇、下降、ホバリングを行なうことができる。

図１４は、旋回時の無人飛行機１０の状態を示す図である。図１４に示すように時計回りに回転するプロペラ１２Ａ、１２Ｃの回転速度を反時計回りに回転するプロペラ１２Ｂ、１２Ｄの回転速度よりも大きくすると、矢印αの向きに無人飛行機１０を旋回させることができる。なお、前進、後退については、後述の走行時の説明（図１７、図１８）と同じであるので、ここでは説明を省略する。

図８および図１１に戻って、外観検査データは、随時、無人飛行機１０から風力発電設備１の制御装置３１に送信された後、データサーバ３２に蓄えられる。また、外観検査データは飛行指示部３０にも送信され、必要があれば再確認のため再度外観検査が行なわれる。

外観検査後は、打音検査に移行する。打音検査では、最初に、ブレード４上に無人飛行機１０が着陸する（Ｓ５２）。図１５は、無人飛行機がブレード４に着陸した状態を示した図である。図７および図１５に示したようにブレード４上に無人飛行機１０が着陸した状態となる。

その後、打撃部２０Ａによりブレード４に対して打撃が実行され（Ｓ５３）、振動測定部２０Ｂにて振動測定される（Ｓ５４）。打撃と測定を行なうことによって１カ所の打音検査が完了する。

続いて、所定箇所の打音検査が完了したか否かが判断され（Ｓ５５）、まだ完了していなければ（Ｓ５５でＮＯ）、次の打音位置に無人飛行機１０が移動する（Ｓ５６）。次の打音位置へは、無人飛行機１０は、プロペラ１２Ａ〜１２Ｄの回転運動により走行し、位置を変更する。

ここで、ブレード上での無人飛行機１０の走行について図を用いて説明する。図１６は、離着陸時および静止時の無人飛行機の状態を示す図である。図１７は、前進時の無人飛行機の状態を示す図である。図１８は、後進時の無人飛行機の状態を示す図である。図１６〜図１８は、図１３に示した無人飛行機をプロペラ１２Ａ，１２Ｂが手前に来る状態で側面から見た図である。

図１３に示したように、プロペラ１２Ａ、１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄの回転速度を等しくすると、図１６に示したように揚力ＦＡと揚力ＦＢは等しくなるので、無人飛行機１０は離着陸または静止することができる。

プロペラ１２Ａ、１２Ｄの回転速度をプロペラ１２Ｂ，１２Ｃの回転速度よりも大きくすると、図１７に示すように揚力ＦＡが揚力ＦＢより大きくなり、無人飛行機１０の機体は傾くので、矢印の向きに前進する（プロペラ１２Ａからプロペラ１２Ｂに向かう向きを前進とする）。

逆に、プロペラ１２Ｂ，１２Ｃの回転速度をプロペラ１２Ａ、１２Ｄの回転速度よりも大きくすると、図１８に示すように揚力ＦＢが揚力ＦＡより大きくなり、無人飛行機１０の機体は反対に傾くので、矢印の向きに後進する（プロペラ１２Ｂからプロペラ１２Ａに向かう向きを後進とする）。

図１６〜図１８に示した状態において、車輪２２Ａと車輪２２Ｂは移動量を測定しており、無人飛行機１０は、測定された移動量から打音位置の間隔や位置を決める。車輪２２Ａと車輪２２Ｂがブレード４の表面に接触した状態を保てるように、支持脚２３Ａ、２３Ｂはバネなどによってある程度伸縮可能であることが好ましい。また、移動量と打音検査データは、対となるデータとなって制御装置３１を経由後、データサーバ３２に蓄えられる。打音検査は、ブレード４上の任意の個所もしくは全域で行なわれる。

再び図１１に戻って、指定した全点の検査が完了した後は（Ｓ５５でＹＥＳ）、図１０のフローチャートに戻る（Ｓ５７）。飛行指示部３０は、無人飛行機１０に飛行指示を送信し（Ｓ５）、応じて無人飛行機１０はブレード４から離陸し、空中で待機する（Ｓ２３）。そして飛行指示部３０から制御装置３１に測定完了を知らせるとともにブレード反転を指示する信号が送信される（Ｓ６）。応じて、制御装置３１はブレード４の腹部と背部が反転するようにピッチ角θを変更させる（Ｓ３４）。なお、このとき、ステップＳ２３において待機する位置は、ブレード４のピッチ角θが回転したときに、回転に対して影響がない位置とする。また、無人飛行機１０の電池を節約するために、無人飛行機１０を空中で待機させる代わりに、ナセル２の上に一時的に着陸させても良い。

ブレードの背部と腹部とを反転させた後は、制御装置３１から飛行指示部３０へ反転完了の信号が送られる。飛行指示部３０は反転完了の信号を確認後、再び無人飛行機１０にメンテナンス作業を行なうように指示する（Ｓ７）。応じて、無人飛行機は、メンテナンス作業を実行する（Ｓ２４）。なお、メンテナンス作業の内容については、ステップＳ２２と同様であり、図１１で説明しているのでここでは説明は繰返さない。

メンテナンス作業が終了すると、飛行指示部３０は、無人飛行機１０に飛行指示を送信し（Ｓ８）、応じて無人飛行機１０はブレード４から離陸し、空中で待機する（Ｓ２５）。ステップＳ２５の処理を実施した時点で、１つのブレード４の測定は完了する。

飛行指示部３０は、このときにすべてのブレード４の作業が終了したか否かを判断する（Ｓ９）。判断した結果は、飛行指示部から無人飛行機と風力発電設備に連絡される。この結果に基づいて、無人飛行機１０および風力発電設備においても、すべてのブレード４の作業が終了したか否かが判断される（Ｓ２６，Ｓ３５）。

他のブレード４の作業が終了していない場合には（Ｓ９でＮＯ）、次のブレード４について、再び飛行指示部３０はステップＳ２〜Ｓ８の処理を繰返す。ステップＳ２〜Ｓ８の処理に伴い、無人飛行機１０においてはステップＳ２１〜Ｓ２５の処理が繰返され、風力発電設備１においてはＳ３２〜Ｓ３４の処理が繰返される。

ブレード４Ａ〜４Ｃの３枚すべての検査を完了した時点で（Ｓ９でＹＥＳ）、飛行指示部３０は無人飛行機１０に帰投指示を送信し（Ｓ１０）、無人飛行機は帰投する（Ｓ２７）。そして、飛行指示部３０は、風力発電設備１に検査完了を指示し（Ｓ１１）、風力発電設備１は発電を再開させる（Ｓ３６）。こうして、ブレード４の検査が完了する（Ｓ１２、Ｓ２８、Ｓ３７）。

なお、上記の説明では、打音ユニット２０内に振動測定部２０Ｂが搭載されていたが、振動測定部はブレード４内にあっても良い。図１９は、振動測定部をブレード内に設置した例を示す図である。図１９を参照して、振動測定部４０は、ブレード４内の空洞部またはブレード４を構成する部材の中に設置される。また、制御装置３１と振動測定部４０は無線または有線で接続されており、検査データを制御装置３１が直接入手することができる。

また、打音測定点を移動する手段として、プロペラによる回転運動を用いていたが、駆動可能な車輪を無人飛行機１０が有しても良い。図１６の車輪２２Ａ，２２Ｂにモータなどの駆動ユニットを取り付けても良いし、車輪２２Ａ，２２Ｂとは別に駆動輪を設けても良い。

また、打音手段として、ソレノイドなどを使用していたが、無人飛行機１０を降下させることによりブレードを打撃し、衝撃を測定する方法でも良い。図２０は、降下による打音方法を説明するための図である。無人飛行機１０の打音ユニット２０は、下部に取り付けられた球状の打撃部５１を含んで構成されている。無人飛行機１０は、打音実施時には打音箇所の上空まで移動し、プロペラ１２の回転停止または回転減少により、所定の高度から落下動作を実施する。これにより、着陸時に打撃部５１とブレード４が接触し、打撃が生じる。所定の高度は、ブレード４の材質や形状等によって変化させることが好ましい。打撃後は、無人飛行機１０またはブレード４内に搭載された振動測定部４０によって振動が測定される。無人飛行機１０による上空からの下降動作により打撃することで、打撃部に動力を必要としないため、バッテリーの節約や打撃力の調整が可能になる。また、打撃部を無人飛行機１０の下部に搭載すると、打撃部の重さで重心が低くなり、無人飛行機１０の動作が安定する点でも好ましい。

最後に、本実施の形態について、再び図面を参照して総括する。図１０を参照して、本実施の形態に開示される風力発電設備のメンテナンス方法は、風力発電設備１のロータのブレード４Ａを水平となるように固定するステップ（Ｓ３２および図５）と、水平にするブレード４Ａのピッチ角θを受風状態から変更するステップ（Ｓ３３および図６）と、水平にしたブレード４Ａに無人飛行機１０を到達させ、無人飛行機１０によってブレード４Ａに対するメンテナンス作業を行なうステップ（Ｓ２２および図７）とを備える。

好ましくは、無人飛行機１０は、ブレード４Ａの打撃を行なう打撃部２０Ａ（または打撃部５１）を含む。メンテナンス作業を行なうステップ（Ｓ２２）は、ブレード４Ａの診断のために打撃部２０Ａ（または打撃部５１）を用いてブレード４Ａを打撃するステップ（図１１のＳ５３）を含む。

より好ましくは、メンテナンス作業を行なうステップ（Ｓ２２）は、打撃部２０Ａ（または打撃部５１）を用いた打撃によって発生した振動を無人飛行機１０に設置した振動測定部２０Ｂ（またはブレード４に設置した振動測定部４０）から取得するステップ（図１１のＳ５４）をさらに含む。

さらに好ましくは、無人飛行機１０は、ブレード４Ａの外観の撮影を行なうカメラユニット２１を含む。メンテナンス作業を行なうステップ（Ｓ２２）は、ブレード４Ａの診断のためにカメラユニット２１を用いてブレード４Ａを撮影するステップ（図１１のＳ５１）をさらに含む。

好ましくは、メンテナンス作業を行なうステップ（Ｓ２２）は、無人飛行機１０を水平にしたブレード４Ａ上に着陸させ、作業位置を変更するためにブレード４Ａ上で無人飛行機１０を移動させるステップ（図１１のＳ５６）を含む。

より好ましくは、無人飛行機１０は、駆動輪２２Ａ，２２Ｂを含む。無人飛行機１０を移動させるステップは、駆動輪２２Ａ，２２Ｂを駆動させることによって無人飛行機１０を走行させる。

より好ましくは、無人飛行機１０は、複数の回転翼１２を含む。無人飛行機１０を移動させるステップ（Ｓ５６）は、複数の回転翼１２の回転速度を変化させることによって無人飛行機１０を走行させる。

この発明は、他の局面では、無人飛行機であって、複数の回転翼１２と、風力発電設備のブレード上に着陸可能な支持脚２３Ａ，２３Ｂと、風力発電設備のブレードを打撃する打撃部２０Ａ（または打撃部５１）とを備える。

好ましくは、無人飛行機１０は、打撃部２０Ａ（または打撃部５１）を用いた打撃によって発生した振動を取得する振動測定部２０Ｂをさらに備える。なお、図２０に示すように、振動測定部は、無人飛行機１０に搭載しなくても、風力発電設備のブレード４に設けても良い。

より好ましくは、図３に示すように、無人飛行機１０は、風力発電設備に搭載されている制御装置３１と通信を行なう通信部１５をさらに備える。

好ましくは、支持脚２３は、水平にした風力発電設備のブレード上を走行するための駆動輪２２Ａ，２２Ｂを含む。

より好ましくは、支持脚２３は、長さが異なる状態をとりうる複数の支持脚２３Ａ，２３Ｂを含む。複数の支持脚２３Ａ，２３Ｂの各々には車輪２２Ａ，２２Ｂが設置される。無人飛行機１０は、傾いた姿勢で複数の支持脚２３Ａ，２３Ｂを用いてブレード上に着陸し、複数の回転翼１２Ａ〜１２Ｄを回転させることによって水平にしたブレード４上を走行する。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 風力発電設備、２ ナセル、３ ロータヘッド、４，４Ａ〜４Ｃ ブレード、５ タワー、１０ 無人飛行機、１１ モータ、１２，１２Ａ〜１２Ｃ プロペラ、１３ コントローラ、１４ インバータ、１５ 通信部、１６ 作業ユニット、２０ 打音ユニット、２０Ａ，５１ 打撃部、２０Ｂ，４０ 振動測定部、２１ カメラ、２２Ａ，２２Ｂ 車輪、２３，２３Ａ，２３Ｂ 支持脚、２４ 駆動装置、２６ リングギヤ、２８ 主軸、３０ 飛行指示部、３１ 制御装置、３２ データサーバ、５０ 発電機、５５ 増速機、６０ 主軸用軸受、１２０ ブレード用軸受。

Claims (12)

1. 風力発電設備のロータの第１ブレードを水平となるように固定するステップと、
   水平にする前記第１ブレードのピッチ角を受風状態から変更するステップと、
   水平にした前記第１ブレードに無人飛行機を到達させ、前記無人飛行機によって前記第１ブレードに対するメンテナンス作業を行なうステップとを備える、風力発電設備のメンテナンス方法。
2. 前記無人飛行機は、前記第１ブレードの打撃を行なう打撃部を含み、
   前記メンテナンス作業を行なうステップは、前記第１ブレードの診断のために前記打撃部を用いて前記第１ブレードを打撃するステップを含む、請求項１に記載の風力発電設備のメンテナンス方法。
3. 前記メンテナンス作業を行なうステップは、前記打撃部を用いた打撃によって発生した振動を前記無人飛行機または前記第１ブレードに設置したセンサから取得するステップをさらに含む、請求項２に記載の風力発電設備のメンテナンス方法。
4. 前記無人飛行機は、前記第１ブレードの外観の撮影を行なうカメラユニットを含み、
   前記メンテナンス作業を行なうステップは、前記第１ブレードの診断のために前記カメラユニットを用いて前記第１ブレードを撮影するステップをさらに含む、請求項３に記載の風力発電設備のメンテナンス方法。
5. 前記メンテナンス作業を行なうステップは、前記無人飛行機を水平にした前記第１ブレード上に着陸させ、作業位置を変更するために前記第１ブレード上で前記無人飛行機を移動させるステップを含む、請求項１に記載の風力発電設備のメンテナンス方法。
6. 前記無人飛行機は、駆動輪を含み、
   前記無人飛行機を移動させるステップは、前記駆動輪を駆動させることによって前記無人飛行機を走行させる、請求項５に記載の風力発電設備のメンテナンス方法。
7. 前記無人飛行機は、複数の回転翼を含み、
   前記無人飛行機を移動させるステップは、前記複数の回転翼の回転速度を変化させることによって前記無人飛行機を走行させる、請求項５に記載の風力発電設備のメンテナンス方法。
8. 複数の回転翼と、
   風力発電設備のブレード上に着陸可能な支持脚と、
   風力発電設備のブレードを打撃する打撃部とを備える、無人飛行機。
9. 前記打撃部を用いた打撃によって発生した振動を取得するセンサをさらに備える、請求項８に記載の無人飛行機。
10. 前記風力発電設備に搭載されている制御装置と通信を行なう通信部をさらに備える、請求項９に記載の無人飛行機。
11. 前記支持脚は、水平にした前記風力発電設備のブレード上を走行するための駆動輪を含む、請求項８に記載の無人飛行機。
12. 前記支持脚は、長さが異なる状態をとりうる複数の支持脚を含み、前記複数の支持脚の各々には車輪が設置され、
    前記無人飛行機は、傾いた姿勢で前記複数の支持脚を用いて前記ブレード上に着陸し、前記複数の回転翼を回転させることによって水平にした前記ブレード上を走行する、請求項１１に記載の無人飛行機。

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