JP2023072593A - 風車点検方法および風車点検システム - Google Patents

Abstract

【課題】風力発電装置の回転しているブレードを停めずに点検を行うことができ、点検作業のコストを低減するとともに、点検中に発電を継続することができる風車点検技術を提供する。【解決手段】風車点検方法は、自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能な点検用空中ドローン５０を用いて風力発電装置２の点検を行う方法であり、風力発電装置２の複数のブレード５が風Ｗを受けて回転しているときに、点検用空中ドローン５０がブレード５から一定の離間距離を維持しつつブレード５の長手方向に対応している方向に沿って飛行し、点検用空中ドローン５０に搭載された点検用機器５４の情報取得範囲Ｒをブレード５が横切る度に、点検用機器５４でブレード５の状態を示す情報を取得する。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、風車点検技術に関する。

従来、風力発電装置を点検するために空中ドローン（無人航空機）を用いる技術が知られている。しかし、空中ドローンに搭載したカメラで風力発電装置のブレードを撮影するときには、ブレードの回転を完全に停止させなければならず、その作業のために点検作業員が高所に登り、回転をロックする作業を行う必要があり、かつ点検中に発電を行うことができない。そこで、回転しているブレードを停めずに風力発電装置の点検を行うことができ、点検中に発電を継続することが求められている。

国際公開第２０２１／１９２１８５号

本発明が解決しようとする課題は、風力発電装置の回転しているブレードを停めずに点検を行うことができ、点検作業のコストを低減するとともに、点検中に発電を継続することができる風車点検技術を提供することである。

本発明の実施形態に係る風車点検方法は、自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能な点検用空中ドローンを用いて風力発電装置の点検を行う方法であり、前記風力発電装置の複数のブレードが風を受けて回転しているときに、前記点検用空中ドローンが前記ブレードから一定の離間距離を維持しつつ前記ブレードの長手方向に対応している方向に沿って飛行し、前記点検用空中ドローンに搭載された点検用機器の情報取得範囲を前記ブレードが横切る度に、前記点検用機器で前記ブレードの状態を示す情報を取得する。

本発明の実施形態により、風力発電装置の回転しているブレードを停めずに点検を行うことができ、点検作業のコストを低減するとともに、点検中に発電を継続することができる風車点検技術が提供される。

水上風力発電装置の全体像を示す側面図。 点検用空中ドローンを示す正面図。 風車点検システムを示すブロック図。 点検中の水上風力発電装置を示す正面図。 点検中の水上風力発電装置を示す側面図。

以下、図面を参照しながら、風車点検方法および風車点検システムの実施形態について詳細に説明する。

図１の符号１は、本実施形態の風車点検システムである。この風車点検システム１は、複数（例えば、２機）の点検用空中ドローン５０を備える。風車点検システム１は、これらの点検用空中ドローン５０を用いて、点検対象物としての水上風力発電装置２の点検を無人で行うものである。

なお、図１の紙面左側を水上風力発電装置２の正面側（前方側）とした場合、一方の点検用空中ドローン５０Ａが、水上風力発電装置２の正面側に配置され、他方の点検用空中ドローン５０Ｂが、水上風力発電装置２の背面側（後方側）に配置する。

水上風力発電装置２とは、風Ｗの力を利用して風車を回し、その回転運動により発電を行うものである。多数の水上風力発電装置２が海洋３上に林立して設けられることで、洋上ウインドファームが構築されている。

また、これらの点検用空中ドローン５０は、海洋３上を縦横無尽に飛び回り、風向と風速を観測することも可能である。この点検用空中ドローン５０を用いることで、洋上ウインドファームの省力化が図れる。特に、点検用空中ドローン５０は、水上風力発電装置２の周辺、水上風力発電装置２同士の間、水上風力発電装置２から離れた場所の風向と風速を観測する。

また、点検用空中ドローン５０は、任意の場所まで飛んで行くことができるため、固定的な風況観測装置（図示略）を多数の場所に設ける場合と比較して、少ない台数の点検用空中ドローン５０で風況の観測が行える。そのため、システムの構築と維持のためのコストを低減することができる。

本実施形態では、点検用空中ドローン５０の観測結果に基づいて、洋上ウインドファームの風況解析が行われ、風況マップが作成される。この風況マップに基づいて、それぞれの水上風力発電装置２が制御される。このようにすれば、点検用空中ドローン５０により３次元的な風Ｗの流れを観測することができ、かつ水上風力発電装置２が風況に応じて最適な発電を行うことができる。

水上風力発電装置２は、水上設備として、ハブ４を中心軸として回転する複数（例えば、３枚）のブレード５を備える。これらのブレード５に風Ｗが当たることでハブ４を中心軸として回転し、ナセル６の内部に設けられた発電機（図示略）が発電を行う。本実施形態では、揚力型風車であり、かつ水平軸風車であるアップウインド型のプロペラ型風車を例示する。

なお、ハブ４の内部には、ブレード５のピッチ角を変更する可変ピッチ機構（図示略）が設けられている。また、ナセル６の内部には、ブレーキ装置（図示略）などが設けられている。さらに、ナセル６の方位を変更する方位変更機構（図示略）なども設けられている。また、増速機（図示略）が設けられる場合もある。このナセル６は、海洋３上に立つタワー７の上部に設けられている。

また、水上風力発電装置２は、水中設備として、タワー７を海洋３上に浮かべるための浮体８と、浮体８を係留する係留索９と、発電した電力を陸地まで送るための送電ケーブル１０とを備える。

なお、係留索９は、浮体８を海底に繋ぎとめる巨大な金属製のチェーンである。１つの浮体８に対して複数本の係留索９が設けられている。これらの係留索９の下端は、海底に固定されており、水上風力発電装置２が、浮体８により浮かんでいる状態であっても海流で流されずに済む。

また、水上風力発電装置２は、風車制御装置１１を備える。この風車制御装置１１は、例えば、ナセル６の方位の制御、ブレード５のピッチ角の制御を行うために設けられている。さらに、風車制御装置１１は、通信機器（図示略）を備えている。そして、風車制御装置１１は、所定の情報、例えば、ブレード５の回転周期（ハブ４の単位時間当たりの回転数）を示す情報を、遠隔地（地上局）の本部にある管理コンピュータ３０（図３）に送信する。

さらに、風車制御装置１１は、管理コンピュータ３０（図３）から風況を示す風況情報を受信する。風車制御装置１１は、風況情報に基づいて、ナセル６の方位の制御、ブレード５のピッチ角の制御のうち少なくともいずれかの制御を行う。このようにすれば、水上風力発電装置２の故障リスクを低減させることができる。

なお、風向計（図示略）と風速計（図示略）が水上風力発電装置２に設けられていても良く、この水上風力発電装置２が風向と風速を観測して風況マップを生成しても良い。

なお、本実施形態では、風車制御装置１１が自動的に水上風力発電装置２を制御する態様を例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、風車制御装置１１は、風車点検システム１の管理者（ユーザ）の入力操作を受け付けて水上風力発電装置２を制御するようにしても良い。つまり、風車制御装置１１は、管理者の手動操作により水上風力発電装置２を制御するための遠隔操作装置でも良い。

本実施形態の風車点検システム１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の風車点検方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される

次に、点検用空中ドローン５０の構成について図２を参照して説明する。

点検用空中ドローン５０は、垂直に離着陸が可能な機体５１と、この機体５１を飛行させる推力を発生させる複数（例えば、４つ）のメインロータ５２と、それぞれのメインロータ５２を回転させるためのモータ５３とを備える。なお、点検用空中ドローン５０は、メインロータ５２の他にも、補助ロータまたは安定翼を備えていても良い。

この点検用空中ドローン５０は、いわゆる電動垂直離着陸機（ｅＶＴＯＬ）である。この点検用空中ドローン５０は、例えば、海洋３上を航行する無人母船（図示略）に設けられた離発着ポートを用いて離着陸が可能になっている。

点検用空中ドローン５０は、自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能であり、かつメインロータ５２を回転させたときに発生する推力でホバリングが可能である。なお、ホバリングとは、空中の所定の位置で停止した飛行状態であり、水平方向および垂直方向の一定の位置で機体５１が止まっている状態を示す。また、点検用空中ドローン５０は、それぞれのメインロータ５２の回転数を個別に制御することで、姿勢の制御が可能になっている。

点検用空中ドローン５０は、機体５１の下部に搭載された点検用カメラ５４を備える。この点検用カメラ５４が水上風力発電装置２の外観を撮影することで点検を行うことができる。例えば、点検用空中ドローン５０は、点検用カメラ５４でブレード５を撮影することで、ブレード５の状態を示す情報である画像を取得する。この点検用カメラ５４は、パン・チルト・ズームが行えるものであり、撮影方向を自由自在に動かして広範囲の撮影が可能なものとなっている。この点検用カメラ５４を用いて動画または静止画のいずれか一方、またはその両方の撮影が可能である。なお、点検用カメラ５４は、パン・チルトのみが行えるものでも良いし、チルトのみが行えるものでも良い。

なお、点検用空中ドローン５０は、点検用カメラ５４を用いて水上風力発電装置２を撮影する態様のみならず、点検用カメラ５４を用いて水平線を撮影することで、機体５１の姿勢を把握することも可能である。また、点検用空中ドローン５０は、点検用カメラ５４で撮影した水上風力発電装置２の位置に基づいて、自己位置を把握することも可能である。

本実施形態では、水上風力発電装置２を点検するための点検用機器として点検用カメラ５４を例示する。また、点検用カメラ５４の場合の情報取得範囲は、点検用カメラ５４が向いている正面側（前方側）の範囲であって、画角である撮影範囲Ｒ（図４）である。

なお、点検用機器は、点検用カメラ５４で画像を取得するもののみならず、その他の態様であっても良い。例えば、レーザ、赤外線、超音波のうちの少なくともいずれか１つを用いて、ブレード５の状態を示す情報が取得されても良い。

点検用機器の他の態様として、ブレード５の表面の３次元形状を取得する３次元レーザスキャナ（図示略）を例示する。例えば、レーザを用いて得られる情報として、物体の表面の３次元形状を示す点群データが含まれる。

点群データは、赤外線センサまたはＬｉＤＡＲなどのレーザセンサを用いて取得される。例えば、物体にレーザを投光してその反射光を受光素子により受光することで、物体までの距離を測定することができる。また、レーザセンサは、投光パルスに対する受光パルスの遅れ時間を距離に換算するＴｏＦ（Time of Flight）方式を用いて、周辺の物体までの距離を測定する。

なお、点検用空中ドローン５０は、ステレオカメラ（図示略）を用いて、所定の物体を複数の異なる方向から同時に撮影することにより、その物体までの奥行き方向の情報を取得しても良い。

また、点検用空中ドローン５０は、機体５１の上部に搭載された同調装置５５を備える。なお、同調装置５５は、信号発信部５６と信号受信部５７を備える（図３）。この同調装置５５は、ブレード５の回転周期（ハブ４の単位時間当たりの回転数）を示す情報を取得し、この回転周期に対して点検用カメラ５４の撮影タイミングを同調させるためのものである。

例えば、図１に示すように、一方の点検用空中ドローン５０Ａ（または５０Ｂ）の信号発信部５６が、他方の点検用空中ドローン５０Ｂ（または５０Ａ）に向けてタイミング信号Ｔを発信する。なお、タイミング信号Ｔは、可視光線または赤外線による継続的な発光による信号でも良いし、レーザの継続的な照射による信号でも良い。このタイミング信号Ｔが、他方の点検用空中ドローン５０Ｂの信号受信部５７で受信される。なお、信号受信部５７は、カメラまたは受光素子などを含む。

ここで、点検用空中ドローン５０Ａ，５０Ｂ同士の間をブレード５が横切る度に、タイミング信号Ｔが遮断され、点検用空中ドローン５０Ｂに届かないようになる。つまり、タイミング信号Ｔの遮断により、ブレード５の横切りを検出することができる。他方の点検用空中ドローン５０Ｂは、この遮断のタイミングに基づいて、ブレード５の回転周期を取得する。

そして、ブレード５の回転周期と同期して、他方の点検用空中ドローン５０Ｂの点検用カメラ５４の撮影（情報取得）のタイミングが制御される。例えば、点検用カメラ５４の正面側をブレード５が横切る度に撮影が行われる。このようにすれば、風Ｗの影響でブレード５の回転周期が変化しても、その回転周期を点検用空中ドローン５０が取得し、適切なタイミングでブレード５を撮影することができる。

なお、点検用カメラ５４が動画の撮影を行っている場合には、動画とともに点検用カメラ５４の正面側をブレード５が横切るタイミングが記録される。この記録に基づいて、ブレード５が写る静止画を特定することができる。

本実施形態の点検用機器には、同調装置５５が含まれる。さらに、本実施形態の情報取得範囲には、同調装置５５の信号受信部５７がタイミング信号Ｔを受信可能な範囲が含まれる。

なお、本実施形態では、同調装置５５でタイミング信号Ｔを受信しているが、その他の態様であっても良い。例えば、点検用カメラ５４でタイミング信号Ｔを受信しても良い。例えば、点検用カメラ５４で動画の撮影を継続し、この動画にタイミング信号Ｔが写っている状態を、タイミング信号Ｔを受信しているものとする。ここで、タイミング信号Ｔが動画に写らなくなったとき、つまり、点検用カメラ５４の正面側をブレード５が横切ったときに取得した画像（静止画）をブレード５が写っているものとして記録しても良い。

次に、風車点検システム１のシステム構成を図３に示すブロック図を参照して説明する。なお、複数の点検用空中ドローン５０（５０Ａ，５０Ｂ）は、それぞれ同一構成となっている。

点検用空中ドローン５０（５０Ａ）は、モータ５３と点検用カメラ５４と同調装置５５に加えて、通信部５８と記憶部５９と位置計測器６０と姿勢計測器６１と風向計６２と風速計６３とドローン制御部６４とを備える。

通信部５８は、無線通信により他のコンピュータと通信を行う。例えば、通信部５８は、他の点検用空中ドローン５０Ｂ、管理コンピュータ３０と通信を行う。なお、通信部５８は、インターネット、ＷＡＮ（Wide Area Network）または携帯通信網などの所定の通信回線を介して通信を行っても良い。

点検用空中ドローン５０は、この通信部５８を用いて、点検結果、例えば、ブレード５の画像などを含む点検情報を、遠隔地（地上局）の本部にある管理コンピュータ３０に送信する。さらに、通信部５８は、海洋３上の風況を示す情報を管理コンピュータ３０に送信する。点検用空中ドローン５０は、この通信部５８を用いて、管理コンピュータ３０から所定の情報を受信する。例えば、点検用空中ドローン５０は、管理コンピュータ３０が水上風力発電装置２から取得したブレード５の回転周期を示す情報を受信しても良い。

記憶部５９は、点検用空中ドローン５０の制御に必要な各種情報を記憶する。例えば、記憶部５９には、ブレード５の画像などを含む点検情報などが記憶される。さらに、記憶部５９には、点検用空中ドローン５０で観測した風況を示す風況マップが記憶される。なお、記憶部５９は、他の点検用空中ドローン５０Ｂで生成した風況マップ、または、管理コンピュータ３０で生成した風況マップを記憶しても良い。

位置計測器６０（位置推定部）は、点検用空中ドローン５０の現在の自己位置を計測（推定）する。この位置計測器６０は、例えば、衛星測位システムから受信した電波に基づいて、点検用空中ドローン５０の現在の自己位置を計測する。なお、位置計測器６０は、水上風力発電装置２または所定の装置から発せられるビーコン信号を受信し、このビーコン信号に基づいて、点検用空中ドローン５０の現在の自己位置を計測しても良い。位置計測器６０で計測された自己位置は、ドローン制御部６４に入力される。なお、本実施形態の「計測」という用語は、所定の機器を用いて直接的に所定の値を取得する意味のみならず、得られた所定の情報に基づいて所定の値を推定する意味を含む。

姿勢計測器６１（姿勢推定部）は、点検用空中ドローン５０の現在の自己姿勢を計測（推定）する。例えば、姿勢計測器６１は、モーションセンサを有する。モーションセンサは、慣性センサ（３軸加速度センサと３軸角速度センサ）と３軸地磁気センサを組み合わせた９軸センサである。このモーションセンサが自己姿勢を計測する。姿勢計測器６１で計測された自己姿勢は、ドローン制御部６４に入力される。なお、モーションセンサは、重力加速度の計測と、重力が働いている方向、つまり垂直方向（鉛直方向）の検出が行える。また、重力加速度の変化により、機体５１が上昇中であるか、降下中であるか、ホバリング中であるかの判定が可能である。

風向計６２および風速計６３は、水平方向の風向および風速を計測する。例えば、ホバリング中に点検用空中ドローン５０は、機体５１に搭載された風向計６２および風速計６３を用いて、水平方向の風向および風速を計測する。

なお、点検用空中ドローン５０は、機体５１が水平方向に移動中であるときに、風向計６２および風速計６３を用いて、機体５１と周囲の気流との関係を示す、相対的な移動方向および相対速度を計測しても良い。この計測に基づいて飛行の制御が行われても良い。また、風向計６２および風速計６３で計測した水平方向の風向および風速は、ドローン制御部６４に入力される。

ドローン制御部６４は、点検用空中ドローン５０を統括的に制御する。ドローン制御部６４は、例えば、管理コンピュータ３０から点検用空中ドローン５０の目標位置または飛行経路を指示する情報を受信する。ドローン制御部６４は、この目標位置または飛行経路に基づいて、点検用空中ドローン５０の飛行速度などの制御を行う。

本実施形態のドローン制御部６４は、プロセッサおよびメモリなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の風車点検方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。

ドローン制御部６４の各構成は、必ずしも１つのコンピュータに設ける必要はない。例えば、１つのドローン制御部６４が、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータで実現されても良い。例えば、ドローン制御部６４が行う一部の制御を、遠隔地にある管理コンピュータ３０が行っても良い。

ドローン制御部６４は、機体５１がホバリングをしているときにメインロータ５２で発生させている推力に基づいて垂直方向（上下方向）の風速を計測する。なお、本実施形態では、メインロータ５２で発生させている推力が、モータ５３の回転数から推定される。このようにすれば、風速計６３では直接測定することができない垂直方向の風速も計測することができる。

本実施形態では、風向計６２および風速計６３を用いた水平方向の風向および風速の計測のみならず、垂直方向の風速の計測も行うことができる。そのため、機体５１の周囲の３次元的な風Ｗの流れを観測することができる。なお、垂直方向の風速の計測には、垂直方向の風向、つまり上昇気流または下降気流の計測が含まれる。また、上昇気流をプラスの値として記録し、下降気流をマイナスの値として記録しても良い。例えば、風速「５ｍ／ｓ」の下降気流を、風速「－５ｍ／ｓ」の上昇気流として記録しても良い。

例えば、無風状態のときに一定の高度に機体５１をホバリングさせるときのモータ５３の回転数を示す基準値があるとする。ここで、機体５１のホバリング中において、モータ５３の回転数が基準値よりも高い場合は、機体５１の周囲に下降気流が生じていると推定する。一方、モータ５３の回転数が基準値よりも低い場合は、機体５１の周囲に上昇気流が生じていると推定する。

ドローン制御部６４は、機体５１の飛行を制御する。ここで、メインロータ５２を回転させたときに発生する推力と反力によって、機体５１の移動方向または位置が制御される。このドローン制御部６４は、例えば、位置計測器６０で計測した自己位置と姿勢計測器６１で計測した自己姿勢に基づいて、飛行中に機体５１が安定するように制御を行う。ここで、ドローン制御部６４は、モータ５３の回転数を制御する。なお、モータ５３の回転数は、現状の機体５１と周囲の気流に応じて適宜調整される。

ドローン制御部６４は、機体５１がホバリング中であるときに、モータ５３の回転数に基づいて、垂直方向の風速を計測する。ここで、ドローン制御部６４は、計測された垂直方向の風速を取得するとともに、垂直方向の風速も取得する。

なお、機体５１がホバリング中であるか否かの判定は、位置計測器６０が計測した自己位置に基づいて行っても良いし、姿勢計測器６１のモーションセンサが計測した重力加速度に基づいて行っても良い。

また、ドローン制御部６４は、計測した風向と風速に基づいて、風況マップを生成する。ここで、風況マップは、点検用空中ドローン５０で計測した風向と風速に基づいて、３次元空間における座標ごとに風況を記録したものである。

なお、ドローン制御部６４が風況マップを生成する態様には、他の点検用空中ドローン５０Ｂで観測した風況、水上風力発電装置２で観測した風況、または、管理コンピュータ３０で取得した風況に基づいて、風況マップを生成する態様を含む。

また、ドローン制御部６４は、風況マップに基づいて機体５１の飛行を制御する。このようにすれば、風向と風速が変化する環境においても、点検用空中ドローン５０が安定した飛行を行うことができる。また、風向と風速の計測結果を飛行制御に反映することで、強風またはランダムに変化する風況の下でも安定して飛行を行うことができる。

点検用カメラ５４は、ドローン制御部６４により制御される。この点検用カメラ５４による撮影は、自律制御また遠隔制御により行われる。点検用カメラ５４で撮影された画像は、ドローン制御部６４に入力される。なお、ドローン制御部６４は、取得した画像を記憶部５９に記憶する。また、ドローン制御部６４は、取得した画像を管理コンピュータ３０に送る。風車点検システム１の管理者（ユーザ）は、点検用空中ドローン５０から送られた画像を用いて、水上風力発電装置２を点検することができる。特に、それぞれのブレード５の状態を把握することができる。

なお、本実施形態では、ドローン制御部６４が自動的に点検用空中ドローン５０を制御する態様を例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、ドローン制御部６４は、風車点検システム１の管理者（ユーザ）の入力操作を受け付けて点検用空中ドローン５０を制御するようにしても良い。つまり、ドローン制御部６４は、管理者の手動操作により点検用空中ドローン５０を制御するための遠隔操作部でも良い。

本実施形態では、複数の点検用空中ドローン５０（図１）が設けられ、一方の点検用空中ドローン５０Ａ（または５０Ｂ）により得られた情報に基づいて、他方の点検用空中ドローン５０Ｂ（または５０Ａ）の動作が制御される。このようにすれば、複数の点検用空中ドローン５０Ａ，５０Ｂ同士が、互いに協調して水上風力発電装置２の点検を行うことができる。

例えば、一方の点検用空中ドローン５０Ａが、点検用機器としての３次元レーザスキャナ（図示略）などを用いて、他方の点検用空中ドローン５０Ｂの位置を検出する。さらに、水上風力発電装置２の位置も検出する。一方の点検用空中ドローン５０Ａは、他方の点検用空中ドローン５０Ｂおよび水上風力発電装置２と最も近い位置にあるため、これらの正確な位置を検出することができる。これらの位置を示す情報は、他方の点検用空中ドローン５０Ｂに送られる。そして、他方の点検用空中ドローン５０Ｂは、水上風力発電装置２との正確な位置関係を把握して飛行を行うことができる。

次に、本実施形態の点検用空中ドローン５０を用いて行う水上風力発電装置２の点検態様について図４から図５を参照して説明する。なお、２台の点検用空中ドローン５０を用いて行う点検態様を例示するが、点検に用いる台数は特に限定されるものではなく、１台の点検用空中ドローン５０で点検を行っても良い。

本実施形態では、複数の点検用空中ドローン５０Ａ，５０Ｂを１つの水上風力発電装置２（図１）の正面側と背面側に配置し、それぞれの点検用空中ドローン５０Ａ，５０Ｂで風力発電装置の点検を行う。このようにすれば、ブレード５のプレッシャーサイドとサクションサイドを同時に点検することができるため、点検にかかる時間を短縮することができる。

図４に示すように、それぞれの点検用空中ドローン５０は、水上風力発電装置２の複数のブレード５が風を受けて回転しているときに、点検用空中ドローン５０がブレード５から一定の離間距離を維持しつつ、ブレード５の長手方向に対応している方向に沿って飛行する。

ここで、ブレード５の長手方向に対応している方向とは、プロペラ型風車の場合、その径方向である。つまり、ハブ４を中心としてブレード５が延びる方向である。ブレード５は、常に回転しているため、例えば、点検用空中ドローン５０は、ハブ４（ナセル６）の高さ（ブレード５の回転中心）から水平方向に直線的に移動すれば、ブレード５が延びる方向に沿って移動されることになる。また、点検用空中ドローン５０は、ハブ４の位置から垂直方向に直線的に移動しても、ブレード５が延びる方向に沿って移動されることになる。

なお、ハブ４を中心として点検用空中ドローン５０が移動される必要はなく、ハブ４よりも高い位置または低い位置で点検用空中ドローン５０が移動されても良い。また、点検用空中ドローン５０は、水平方向または垂直方向に直線的に移動する必要はなく、斜め方向に直線的に移動しても良い。

そして、点検用空中ドローン５０に搭載された点検用カメラ５４は、ブレード５がその正面側を横切る度にブレード５の撮影を行う。なお、点検用空中ドローン５０の飛行の制御および点検用カメラ５４の撮影の制御は、ドローン制御部６４（図３）により行われる。

本実施形態では、ブレード５の部分を複数の区画Ｋに分けて撮影を行う。点検用カメラ５４（点検用機器）の画角である撮影範囲Ｒ（情報取得範囲）は、ブレード５のそれぞれの区画Ｋに対応している。１枚のブレード５が７つの区画Ｋに分けられている場合には、正面側を７つの撮影範囲Ｒに分けて撮影を行う。

ブレード５の表面には、ブレード５の部分、つまり、それぞれのブレード５のそれぞれの区画Ｋを識別可能な特定被写体としての点検用マーカ１２が予め設けられている。例えば、複数の点検用マーカ１２が、ブレード５の長手方向に沿って直線的かつ等間隔に設けられている。

点検用カメラ５４がブレード５の表面を撮影したときに、点検用マーカ１２が画像に写る。この点検用マーカ１２に基づいて、点検用カメラ５４で撮影した画像に対応するブレード５の部分を特定することができる。このようにすれば、風車点検システム１の管理者（ユーザ）が、ブレード５のいずれの部分を記録した画像であるかを把握することができる。

例えば、点検用マーカ１２には、それぞれの点検用マーカ１２を個々に識別可能な被写体識別情報である被写体ＩＤが登録されている。管理コンピュータ３０（図３）は、点検用空中ドローン５０からブレード５の画像を取得したときに、画像に写る点検用マーカ１２から被写体ＩＤを特定し、この被写体ＩＤに対応付けて画像をデータベースに記憶する。ブレード５のそれぞれの部分を写した画像は、それぞれの被写体ＩＤに対応付けられているため、後日、管理者がデータベースから必要な画像を検索して抽出することができる。

なお、本実施形態では、点検の基準となる特定被写体としての点検用マーカ１２を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、ブレード５を製造する（組み立てる）ために、ブレード５を構成する部品に予め設けられた所定の表記（例えば、部品番号）を特定被写体としても良い。

なお、ハブ４、ナセル６およびタワー７にも点検用マーカ１３が設けられている。点検用カメラ５４は、ハブ４、ナセル６およびタワー７を撮影し、これらの点検を行っても良い。

また、点検用マーカ１２を用いずに、点検用カメラ５４でブレード５を撮影したときの点検用空中ドローン５０の位置とブレード５の回転周期に基づいて、点検用カメラ５４で撮影した画像に対応するブレード５の部分を特定しても良い。なお、この特定する処理は、点検用空中ドローン５０のドローン制御部６４が行っても良いし、管理コンピュータ３０が行っても良い。

例えば、点検用空中ドローン５０は、同調装置５５を用いて、ブレード５の回転周期を取得する。追加的または代替的に、点検用空中ドローン５０は、管理コンピュータ３０からブレード５の回転周期を受信する。

ここで、回転している３枚のブレード５を連続して撮影した場合には、３画像ごとに同一のブレード５が写ることになるので、いずれのブレード５を撮影したものであるかを特定することができる。さらに、撮影したときの点検用空中ドローン５０の位置に基づいて、ブレード５のいずれの区画Ｋを撮影したものであるかを特定することができる。そして、管理コンピュータ３０は、それぞれの区画Ｋに対応付けて画像をデータベースに記憶する。このようにすれば、風車点検システム１の管理者（ユーザ）が、ブレード５のいずれの部分を記録した画像であるかを把握することができる。

図５に示すように、本実施形態では、水上風力発電装置２の正面側と背面側のそれぞれにおいて、ブレード５のピッチ角θ１に対応する方向であり、かつブレード５の幅方向の延長線上に点検用空中ドローン５０がそれぞれ配置される。このようにすれば、ブレード５のリーディングエッヂとトレーディングエッヂの状態を点検することができる。

なお、それぞれの点検用空中ドローン５０の位置は、ブレード５のピッチ角θ１の延長線上の所定の角度範囲θ２に収まっていれば良い。この角度範囲θ２は、点検用カメラ５４の画角である撮影範囲Ｒ（図４）、または、点検用カメラ５４のパン・チルト・ズームが可能な範囲に基づいて、適宜設定される。

本実施形態では、水上風力発電装置２を点検するために、ブレード５を固定する必要がないため、回転をロックする作業が不要であり、点検コストを削減することができる。また、発電を継続することができる。また、点検用空中ドローン５０が、直線的な経路で飛行するだけで済み、ブレード５の回りを複雑な経路で飛ぶ必要がなく、飛行の制御を簡素化することができる。さらに、点検用空中ドローン５０の自律制御により無人でも点検が可能であり、かつ点検にかかる時間の短縮とコストダウンを図ることができる。

なお、本実施形態では、水上に設けられる水上風力発電装置２を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、本実施形態が、陸上に設けられる風力発電装置に適用されても良い。つまり点検用空中ドローン５０が陸上の風況を観測するものでも良く、この点検用空中ドローン５０の観測結果に基づいて、陸上に設けられる風力発電装置が制御されても良い。

なお、本実施形態では、水上風力発電装置２として、揚力型風車であり、かつ水平軸風車であるアップウインド型のプロペラ型風車を例示しているが、その他の態様であっても良い。例えば、水上風力発電装置２が、ダウンウインド型のプロペラ型風車であっても良い。また、水上風力発電装置２が、揚力型風車であり、かつ垂直軸風車であるダリウス型風車、ジャイロミル型風車、垂直翼型風車であっても良い。また、水上風力発電装置２が、抗力型風車であり、かつ垂直軸風車であるサボニウス型風車、パドル型風車、クロスフロー型風車、Ｓ字ロータ型風車であっても良い。また、水上風力発電装置２が、揚力型風車であり、かつ水平軸風車または垂直軸風車であるマグナス型風車であっても良い。

本実施形態のシステム、例えば、管理コンピュータ３０は、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、またはＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。このシステムは、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。

なお、本実施形態のシステム、例えば、風車制御装置１１、管理コンピュータ３０およびドローン制御部６４で実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。

また、このシステムで実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、このシステムは、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。

なお、本実施形態では、複数の点検用空中ドローン５０を用いる形態を例示したが、単体の点検用空中ドローン５０を用いる形態でも良い。例えば、自機の信号発信部５６から発したタイミング信号Ｔがブレード５で反射された場合に、このタイミング信号Ｔを自機の信号受信部５７で検出されるように構成しても良い。そして、このタイミング信号Ｔの反射に基づいて、ブレード５の回転周期を取得しても良い。このようにすれば、単体の点検用空中ドローン５０でも前述の形態と同様の効果を得ることができる。

以上説明した実施形態によれば、風力発電装置の複数のブレードが風を受けて回転しているときに、点検用空中ドローンがブレードから一定の離間距離を維持しつつブレードの長手方向に対応している方向に沿って飛行することにより、風力発電装置の回転しているブレードを停めずに点検を行うことができ、点検作業のコストを低減するとともに、点検中に発電を継続することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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る。これら実施形態またはその変形は、発明の範囲と要旨に含まれると同様に、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ものである。

１…風車点検システム、２…水上風力発電装置、３…海洋、４…ハブ、５…ブレード、６…ナセル、７…タワー、８…浮体、９…係留索、１０…送電ケーブル、１１…風車制御装置、１２，１３…点検用マーカ、３０…管理コンピュータ、５０…点検用空中ドローン、５１…機体、５２…メインロータ、５３…モータ、５４…点検用カメラ、５５…同調装置、５６…信号発信部、５７…信号受信部、５８…通信部、５９…記憶部、６０…位置計測器、６１…姿勢計測器、６２…風向計、６３…風速計、Ｋ…区画、Ｒ…撮影範囲、Ｔ…タイミング信号、Ｗ…風。

Claims (8)

1. 自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能な点検用空中ドローンを用いて風力発電装置の点検を行う方法であり、
   前記風力発電装置の複数のブレードが風を受けて回転しているときに、前記点検用空中ドローンが前記ブレードから一定の離間距離を維持しつつ前記ブレードの長手方向に対応している方向に沿って飛行し、
   前記点検用空中ドローンに搭載された点検用機器の情報取得範囲を前記ブレードが横切る度に、前記点検用機器で前記ブレードの状態を示す情報を取得する、
   風車点検方法。
2. 前記風力発電装置がプロペラ型風車であり、
   前記ブレードの長手方向が前記プロペラ型風車の径方向であり、
   前記ブレードのピッチ角に対応する方向であり、かつ前記ブレードの幅方向の延長線上に前記点検用空中ドローンを配置する、
   請求項１に記載の風車点検方法。
3. 複数の前記点検用空中ドローンを１つの前記風力発電装置の正面側と背面側に配置し、それぞれの前記点検用空中ドローンで前記風力発電装置の点検を行う、
   請求項１または請求項２に記載の風車点検方法。
4. 一方の前記点検用空中ドローンにより得られた情報に基づいて、他方の前記点検用空中ドローンの動作が制御される、
   請求項３に記載の風車点検方法。
5. 一方の前記点検用空中ドローンから他方の前記点検用空中ドローンに向けてタイミング信号を発信し、
   前記点検用空中ドローン同士の間を前記ブレードが横切る度に遮断される前記タイミング信号に基づいて、他方の前記点検用空中ドローンの前記点検用機器の情報取得のタイミングを制御する、
   請求項３または請求項４に記載の風車点検方法。
6. 前記点検用機器が少なくともカメラを含み、
   前記ブレードの表面に前記ブレードの部分を識別可能な特定被写体が設けられており、
   前記点検用機器が前記ブレードの状態を示す情報を取得したときに前記カメラで撮影された前記特定被写体に基づいて、前記点検用機器で取得した情報に対応する前記ブレードの部分を特定する、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の風車点検方法。
7. 前記点検用機器で前記ブレードの状態を示す情報を取得したときの前記点検用空中ドローンの位置と前記ブレードの回転周期に基づいて、前記点検用機器で取得した情報に対応する前記ブレードの部分を特定する、
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の風車点検方法。
8. 自律制御または遠隔操作により無人で飛行が可能な点検用空中ドローンと、
   前記点検用空中ドローンに搭載された点検用機器と、
   ドローン制御部と、
   を備え、
   前記ドローン制御部は、
   風力発電装置の複数のブレードが風を受けて回転しているときに、前記点検用空中ドローンが前記ブレードから一定の離間距離を維持しつつ前記ブレードの長手方向に対応している方向に沿って飛行する制御を行い、
   前記点検用機器の情報取得範囲を前記ブレードが横切る度に、前記点検用機器で前記ブレードの状態を示す情報を取得する制御を行う、
   ように構成されている、
   風車点検システム。

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