JP2023072584A - 情報計測システム及び方法並びに風力システム - Google Patents

Abstract

【課題】センサ用の給電配線を省略して、センサにより計測対象の様々な箇所を確実に計測することができる情報計測システム及び方法並びに風力システムを提供する。【解決手段】情報計測システム１０は、計測対象のデータを計測するセンサを備えると共に計測対象に設置可能なセンサシステム１７と、計測対象に対し移動可能な移動体（ドローン）１８と、を有する。移動体は、電磁界エネルギを非接触で供給するエネルギ供給部２６を備える。センサシステムは、エネルギ供給部からの電磁界エネルギを受信するエネルギ受信部と、このエネルギ受信部が受信した電磁界エネルギを電力に変換してセンサへ出力する電力変換部と、この電力変換部からの電力により駆動されるセンサを備えた計測部と、センサにより計測されたデータを外部へ無線で送信するデータ送信部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、計測対象のデータを計測する情報計測システム及び情報計測方法、並びに上記情報計測システムが適用される風力システムに関する。

風力発電を洋上で実施する洋上風力発電設備は、洋上の安定した風を用いて発電できる利点がある。ところが、日本においては沖合にいくと水深が急に深くなるため、海底に基礎を設けて風力発電用の風車施設を固定することが難しく、浮体式の洋上風力発電設備が有効な実施方法の１つと考えられている。

浮体式に限らず、沖合に設置される洋上風力発電設備は、設備の保守管理のために人間が頻繁に訪問すると、船舶の手配や移動日数がかかるなどの理由によりコストが上昇してしまう。この保守管理にかかるコストは、洋上風力発電設備で得た電気料金に転嫁されてしまうため、保守管理コストを低減する必要がある。

特許６２５１２７０号公報

洋上風力発電設備を直接訪問せずに、機器や設備の状態を監視できるようにするため、風車に関する情報を計測するための様々なセンサを風車に設置して、状態を監視することが有効である。しかし、風車の各部に多数のセンサを配置すると、センサ用の給電配線や計測データ送信用の配線が煩雑になり、また、そもそも配線の配索が困難な場所の計測が難しい。

本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、センサ用の給電配線を省略して、センサにより計測対象の様々な箇所を確実に計測することができる情報計測システム及び方法並びに風力システムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態における情報計測システムは、計測対象のデータを計測するセンサを備えると共に前記計測対象に設置可能なセンサシステムと、前記計測対象に対し移動可能な移動体と、を有し、前記移動体は、電磁界エネルギを非接触で供給するエネルギ供給部を備え、前記センサシステムは、前記エネルギ供給部からの電磁界エネルギを受信するエネルギ受信部と、このエネルギ受信部にて受信された電磁界エネルギを電力に変換して前記センサへ出力する電力変換部と、この電力変換部からの電力により駆動される前記センサを備えた計測部と、前記センサにより計測されたデータを外部へ無線で送信するデータ送信部と、を備えて構成されたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態における情報計測方法は、計測対象のデータを計測するセンサを備えると共に前記計測対象に設置可能なセンサシステムと、前記計測対象に対し移動可能な移動体とを準備し、前記移動体が、前記計測対象に設置された前記センサシステムに接近して、このセンサシステムに電磁界エネルギを非接触で供給し、この供給された電磁界エネルギを前記センサシステムが受信して電力に変換し、この電力により前記センサを駆動して計測対象を計測し、このセンサにより計測されたデータを外部へ無線で送信することを特徴とするものである。

本発明の実施形態における風車システムは、風のエネルギを風車により電気エネルギに変換する風力発電設備を含む風車システムにおいて、前記風車の設備及び機器を計測対象とし、前記発明の実施形態に記載の情報計測システムにより前記計測対象を計測するよう構成されたことを特徴とするものである。

本発明の実施形態によれば、センサ用の給電配線を省略して、センサにより計測対象の様々な箇所を確実に計測することができる。

第１実施形態に係る情報計測システムが適用された風力発電設備の風車を示す全体構成図。 図１のセンサシステムの機能構成を示すブロック図。 図１の移動体（ドローン）が備える機能構成を示すブロック図。 図１の情報計測システムの動作を示すフローチャート。 第２実施形態に係る情報計測システムが適用された洋上風力発電設備の全体構成図。 第３実施形態に係る情報計測システムが適用された風力発電設備における風車のナセルの内部を示す断面図。

以下、本発明を実施するための形態を、図面に基づき説明する。
［Ａ］第１実施形態（図１～図４）
図１は、第１実施形態に係る情報計測システムが適用された風力発電設備の風車を示す全体構成図である。この図１に示す風車１１は、風車システムの１つである風力発電設備の風車であり、この風車１１に第１実施形態の情報計測システム１０が適用される。ここで、風車１１は、風車タワー１２、ナセル１３、ハブ１４及びブレード１５を有して構成される。

風車タワー１２の上端にナセル１３が設置され、このナセル１３内に、増速器５５及び発電機５６（図５参照）等が内蔵される。ハブ１４は、ナセル１３から突出して設けられ、このハブ１４に複数枚のブレード１５が放射状に取り付けられる。上述の風車１１を備えた風力発電設備は、ブレード１５及びハブ１４が風力により回転し、ナセル１３内の発電機５６が発電することで、風のエネルギを電気エネルギに変換する。

情報計測システム１０の計測対象は、大気Ａ中に存在する上述の風車１１の設備及び機器（例えば風車タワー１２、ナセル１３、ハブ１４、ブレード１５等）であり、この風車１１の設備及び機器における計測すべき任意の箇所にセンサシステム１７が設置される。また、風車１１の設備及び機器に対して移動可能な移動体は、大気Ａ中を移動（飛行）可能な気中移動体、例えばドローン１８（気中ドローン）である。情報計測システム１０は、上述のセンサシステム１７及びドローン１８を有して構成される。

センサシステム１７は、計測対象としての風車１１の設備及び機器に設置可能であり、図２に示すように、エネルギ受信部２０、電力変換部２１、計測部２２及びデータ送信部２３を有して構成される。

エネルギ受信部２０は、ドローン１８のエネルギ照射部２６（後述）から非接触(例えば無線)で照射された電磁界エネルギを受信する。電力変換部２１は、エネルギ受信部２０にて受信された電磁界エネルギを電力に変換して計測部２２へ出力する。計測部２２は、電力変換部２１からの電力により駆動する１または複数のセンサ２４を備える。センサ２４としては、例えば圧力センサ、温度センサ、加速度センサ、歪みセンサなどである。これらのセンサ２４は、センサシステム１７が設置された計測対象（即ち風車１１の設備及び機器）の各位置のデータを計測する。データ送信部２３は、計測部２２の各センサ２４により計測された計測データを、外部の電子記録媒体（例えば図１のサーバ２５）へ無線で送信する。

大気Ａ中を飛行するドローン１８が備える機能構成は、図３に示すように、エネルギ供給部としてのエネルギ照射部２６、カメラ２７、演算装置２８及び照射部制御装置２９を有し、更に、データ受信部３０、データ記憶部３１及びデータ送信部３２を有してもよい。

エネルギ照射部２６は、計測対象に設置されたセンサシステム１７にドローン１８が接近したときに、センサシステム１７に対して電磁界エネルギを、例えば電波ＲＷ(図１)として非接触で供給、即ち非接触で照射（送信）する。カメラ２７は、計測対象（即ち風車１１の設備及び機器）に設置されたセンサシステム１７、またはこのセンサシステム１７近傍に予め設けられたマーカー３３を撮影可能とする。演算装置２８は、カメラ２７の撮像画像からマーカー３３の位置を認識し、エネルギ照射部２６が電磁界エネルギを照射すべき照射位置を特定する。照射部制御装置２９は、演算装置２８により特定された照射位置に電磁界エネルギを照射するようにエネルギ照射部２６を制御する。

データ受信部３０は、センサシステム１７の計測部２２の各センサ２４にて計測された計測データを受信する。データ記憶部３１は、データ受信部３０にて受信されたセンサ２４からの計測データを例えば一時的に記憶する。データ送信部３２は、データ記憶部３１に記憶されたセンサ２４からの計測データを、センサシステム１７及びドローン１８外の他の電子記録媒体、例えばサーバ２５へ無線で送信する。

上述のセンサシステム１７及びドローン１８を用いて計測対象（即ち、風車１１の設備及び機器）を計測する手順を、図４を用いて説明する。
まず、計測対象である風車１１の設備及び機器の計測すべき箇所に、センサシステム１７を予め設置しておく。ドローン１８は、定期点検時、または落雷や異音等の異常検知時に起動して飛行し、計測対象に接近する（Ｓ１１、Ｓ１２）。

次に、ドローン１８は、センサシステム１７またはこのセンサシステム１７近傍に設けられたマーカー３３をカメラ２７で撮影し、演算装置２８及び照射部制御装置２９によりエネルギ照射部２６が、電磁界エネルギを例えば電波ＲＷとして、センサシステム１７に非接触で照射する（Ｓ１３）。センサシステム１７は、照射された電磁界エネルギをエネルギ受信部２０が受信した後、電力変換部２１が電力に変換して計測部２２のセンサ２４へ給電する。

センサ２４への給電によりこのセンサ２４が駆動して、風車１１の設備及び機器に対しデータを計測する（Ｓ１４）。この計測されたデータを、センサシステム１７のデータ送信部２３がサーバ２５またはドローン１８のデータ受信部３０へ無線で送信する（Ｓ１５）。

以上のように構成されたことから、本第１実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）ドローン１８のエネルギ照射部２６から照射された電磁界エネルギをセンサシステム１７のエネルギ受信部２０が受信し、この受信した電磁界エネルギを電力変換部２１が電力に変換して計測部２２の各センサ２４に出力し、これによりセンサ２４が駆動して、計測対象（風車１１の設備及び機器）のデータを計測する。この結果、センサ２４用の給電配線及び電源を省略できるので、配線の配索が困難な回転部（例えばブレード１５、ハブ１４）等を含む計測対象の様々な箇所を、センサ２４により確実に計測することができる。

（２）センサ２４により計測されたデータが、センサシステム１７のデータ送信部２３により外部のサーバ２５等へ無線で送信されるので、データ送信用の配線を省略できると共に、計測対象（風車１１の設備及び機器）をセンサ２４により遠隔で計測することができる。

［Ｂ］第２実施形態（図５）
図５は、第２実施形態に係る情報計測システムが適用された洋上風力発電設備の全体構成図である。この第２実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第２実施形態の情報計測システム４０が第１実施形態と異なる点は、計測対象が水（例えば海水）Ｗ中に設けられており、移動体が、水Ｗ中を移動（遊泳）可能な水中ドローン４１または潜水艇などの水中移動体である点である。

つまり、図５に示す洋上風力発電設備４２の風車タワー１２は、水Ｗ（例えば海水）中の構造物４３に支持されている。本実施形態では、この水Ｗ中の構造物４３が計測対象であり、この構造物４３にセンサシステム１７が設置される。また、水中ドローン４７は、図３に示す機能構成を有する。

従って、本第２実施形態では、水中ドローン４１のエネルギ照射部２６が、水Ｗ中の構造物４３に設置されたセンサシステム１７に電磁界エネルギを非接触(例えば無線)で照射する。すると、センサシステム１７のエネルギ受信部２０が電磁界エネルギを受信し、電力変換部２１が電磁界エネルギを電力に変換してセンサ２４を駆動させる。このセンサ２４は、水Ｗ中の構造物４３のデータを計測し、その計測データをデータ送信部２３がサーバ２５等へ無線で送信する。この結果、本第２実施形態においても、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する。

［Ｃ］第３実施形態（図６）
図６は、第３実施形態に係る情報計測システムが適用された風力発電設備における風車のナセルの内部を示す断面図である。この第３実施形態において第１実施形態と同様な部分については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本第３実施形態の情報計測システム５０が第１実施形態と異なる点は、計測対象に対して移動可能な移動体が多関節アームロボット５１である点であり、計測対象が室内設備、例えば風車１１のナセル１３内の機器である点である。

ナセル１３のケーシング５２内には、一端がハブ１４に固定されたロータ軸５３が、軸受５４Ａ及び５４Ｂにより回転自在に支持され、このロータ軸５３の他端に増速器５５が連結されている。この増速器５５が発電機５６に連結されて、風車１１のブレード１５及びハブ１４の回転エネルギが電気エネルギに変換される。発電機５６の出力は変換回路５７によって、系統周波数及び系統電圧に調整される。

上述のナセル１３内の機器である例えば軸受５４Ａ、５４Ｂ、増速器５５、発電機５６及び変換回路５７等にセンサシステム１７が設置される。また、多関節アームロボット５１は、ケーシング５２内に張設されたレール５８に沿って移動し、点検用カメラ５９を用いてナセル１３内を監視すると共に、図３に示す機能構成を有する。

従って、本第３実施形態では、多関節アームロボット５１のエネルギ照射部２６が、ナセル１３内の計測対象である例えば軸受５４Ｂ等に設置されたセンサシステム１７に電磁界エネルギを非接触(例えば無線)で照射する。すると、センサシステム１７のエネルギ受信部２０が電磁界エネルギを受信し、電力変換部２１が電磁界エネルギを電力に変換してセンサ２４を駆動させる。このセンサ２４は、ナセル１３内の計測対象の機器(例えば軸受５４Ｂ)のデータを計測し、その計測データをデータ送信部２３がサーバ２５等へ無線で送信する。この結果、本第２実施形態においても、第１実施形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができ、また、それらの置き換えや変更、組み合わせは、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、電磁界エネルギを非接触で照射するエネルギ照射部２６等を備えた移動体は、自律走行型ロボットであってもよい。また、センサシステム１７が設置される計測対象は、風力発電設備に限らず、他の発電設備や変電設備、原子力プラントや化学プラント等のプラント設備、またはダムや橋梁等の建造物等であってもよい。

１０…情報計測システム、１１…風車、１７…センサシステム、１８…ドローン（移動体）２０…エネルギ受信部、２１…電力変換部、２２…計測部、２３…データ送信部、２４…センサ、２５…サーバ、２６…エネルギ照射部（エネルギ供給部）、２７…カメラ、２８…演算部、３０…データ受信部、３３…マーカー、４０…情報計測システム、４１…水中ドローン（移動体）、４２…洋上風力発電設備、４３…構造物、５０…情報計測システム、５１…多関節アームロボット（移動体）、Ａ…大気、Ｗ…水

Claims (7)

1. 計測対象のデータを計測するセンサを備えると共に前記計測対象に設置可能なセンサシステムと、前記計測対象に対し移動可能な移動体と、を有し、
   前記移動体は、電磁界エネルギを非接触で供給するエネルギ供給部を備え、
   前記センサシステムは、前記エネルギ供給部からの電磁界エネルギを受信するエネルギ受信部と、このエネルギ受信部にて受信された電磁界エネルギを電力に変換して前記センサへ出力する電力変換部と、この電力変換部からの電力により駆動される前記センサを備えた計測部と、前記センサにより計測されたデータを外部へ無線で送信するデータ送信部と、を備えて構成されたことを特徴とする情報計測システム。
2. 前記移動体は、計測対象に設置されたセンサシステムまたはその近傍に設けられたマーカーを撮影可能なカメラと、このカメラの撮像画像から前記マーカーの位置を認識し、電磁界エネルギの供給位置を特定する演算手段と、を更に備えて構成されたことを特徴とする請求項１に記載の情報計測システム。
3. 前記移動体は、センサシステムのセンサにより計測されたデータを受信するためのデータ受信部を、更に備えて構成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の情報計測システム。
4. 前記計測対象が大気中に設けられる場合には、移動体は大気中を移動可能な気中移動体であり、前記計測対象が水中に設けられる場合には、前記移動体は水中を移動可能な水中移動体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の情報計測システム。
5. 前記移動体がドローン、多関節アームロボットまたは自律走行ロボットであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の情報計測システム。
6. 計測対象のデータを計測するセンサを備えると共に前記計測対象に設置可能なセンサシステムと、前記計測対象に対し移動可能な移動体とを準備し、
   前記移動体が、前記計測対象に設置された前記センサシステムに接近して、このセンサシステムに電磁界エネルギを非接触で供給し、
   この供給された電磁界エネルギを前記センサシステムが受信して電力に変換し、この電力により前記センサを駆動して計測対象を計測し、このセンサにより計測されたデータを外部へ無線で送信することを特徴とする情報計測方法。
7. 風のエネルギを風車により電気エネルギに変換する風力発電設備を含む風車システムにおいて、
   前記風車の設備及び機器を計測対象とし、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の情報計測システムにより前記計測対象を計測するよう構成されたことを特徴とする風車システム。

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