(57)【要約】【課題】構成部材を風向に整合させるための有利な方法を提供する。【解決手段】構成部材を風向１３に整合させるための方法であって、構成部材が、センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）を有しており、該センサが、センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）の少なくとも一部が風に曝されるように配置されている形式のものにおいて、前記方法が、風によりセンサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）に作用する力に依存する信号を測定するステップと、測定された信号に応じて構成部材２を回転させるステップとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構成部材（２）を風向（１３）に整合させるための方法であって、構成部材（２）が、センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）を有しており、該センサが、センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）の少なくとも一部が風に曝されるように配置されている形式のものにおいて、前記方法が、
風によりセンサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）に作用する力に依存する信号を測定するステップと、
測定された信号に応じて構成部材（２）を回転させるステップとを含むことを特徴とする、構成部材を風向に整合させるための方法。
【請求項２】
測定された信号を時間について積分する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）の少なくとも一部に作用する、力、ひずみ、トルク又は曲げモーメントを測定する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）が、２つの側を有する平坦なエレメント（１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６）を有しており、信号が、平坦なエレメント（１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６）の一方又は両方の側において測定される、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
平坦なエレメント（１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６）が、プレート（１５，１５Ａ，１５Ｂ）又は対称的な空気力学的異形材（１６）を含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
測定された信号のノルムが極値であるように構成部材（２）を回転させる、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）及び／又は平坦なエレメント（１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６）を構成部材（２）の回転軸線（２１）に対して回転させることによってセンサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）を較正する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）が、構成部材（２）の回転軸線（２１）に対して垂直な中心線（２２）と、第１の平坦なエレメント（１５Ａ）と、第２の平坦なエレメント（１５Ｂ）とを有しており、第１の平坦なエレメント（１５Ａ）及び第２の平坦なエレメント（１５Ｂ）が、互いから距離を置いて位置決めされており、第１の平坦なエレメント（１５Ａ）が、中心線（２２）に対して角度＋αを有しており、第２の平坦なエレメント（１５Ｂ）が、中心線（２２）に対して角度−αを有しており、両方の平坦なエレメント（１５Ａ，１５Ｂ）において、中心線（２２）に対して垂直でかつ構成部材（２）の回転軸線（２１）に対して垂直な軸線（２８）に沿って同じ算術符号の力が測定された場合にのみ、構成部材（２）が回転させられる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
構成部材（２）が、風力タービン（１）の一部である、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
風向（１３）に対する構成部材（２）の不整合を決定するためのセンサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）において、
少なくとも１つの平坦なエレメント（１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６）と、該平坦なエレメント（１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６）に作用する力を測定するための少なくとも１つのツール又は装置（１７）とが設けられていることを特徴とする、風向に対する構成部材の不整合を決定するためのセンサ。
【請求項１１】
平坦なエレメント（１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６）が、プレート（１５，１５Ａ，１５Ｂ）又は対称的な空気力学的異形材（１６）を含む、請求項１０記載のセンサ。
【請求項１２】
構成部材（２）に対するセンサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）の位置が調整可能である、請求項１０又は１１記載のセンサ。
【請求項１３】
構成部材（２）の回転軸線（２１）に対して垂直な中心線（２２）と、第１の平坦なエレメント（１５Ａ）と、第２の平坦なエレメント（１５Ｂ）とが設けられており、第１の平坦なエレメント（１５Ａ）及び第２の平坦なエレメント（１５Ｂ）が、互いから距離を置いて位置決めされており、第１の平坦なエレメント（１５Ａ）が、中心線（２２）に対して角度＋αを有しており、第２の平坦なエレメント（１５Ｂ）が、中心線（２２）に対して角度−αを有している、請求項１０から１２までのいずれか１項記載のセンサ。
【請求項１４】
請求項１０から１３までのいずれか１項記載の少なくとも１つのセンサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）が設けられていることを特徴とする風力タービン（１）。
【請求項１５】
ナセル（５）が設けられており、センサ（７，８，９，１０，１１，１２，２３）がナセル（５）の上部に配置されている、請求項１４記載の風力タービン（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構成部材を風向に整合させるための方法、及び風向に関する構成部材の不整合を決定するためのセンサに関する。本発明はさらに風力タービンに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば水平軸風力タービンを特定の風向に整合させることは、高い構造負荷を回避するために、及び最適な電力を発生するために、重要である。風向は通常、風向計又は音波風向センサを使用して測定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、構成部材を風向に整合させるための有利な方法を提供することである。本発明の第２の目的は、風向に関する構成部材の不整合を決定するための有利なセンサを提供することである。本発明の第３の目的は、有利な風力タービンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の目的は、請求項１に記載された、構成部材を風向に整合させるための方法によって解決される。第２の目的は、請求項１０に記載された、風向に関する構成部材の不整合を決定するためのセンサによって解決される。第３の目的は、請求項１４に記載された風力タービンによって解決される。従属請求項は発明のさらなる発展を定義している。
【０００５】
構成部材を風向に整合させるための本発明による方法は、センサを有する構成部材に関する。センサは、センサの少なくとも部分が風に曝されるように配置されている。本発明による方法は、風によってセンサに作用する力に依存する信号を測定し、測定された信号に応じて構成部材を回転させるステップを有する。本発明による方法の利点は、測定が、固定された構成部材において行われることができるということである。方法は、度数での風向の測定を提供せず、方法はむしろ不整合を検出するように設計されている。これは、フラッタ不安定性を排除し、頑強なセンサを提供する。不整合の頑強な検出により、より優れた整合が提供され、不整合による構造負荷の増大が回避される。さらに、不整合による発電損失が回避される。
【０００６】
有利には、測定された信号は、時間について積分されることができる。これは、ヨー不整合の頑強な決定を提供する。
【０００７】
概して、センサの少なくとも部分に作用する、力、ひずみ、トルク、又は曲げモーメントが測定されることができる。例えば、測定は力ゲージによって行われることができる。力ゲージは、例えばばねを含んでよい。別の例は、１つ又は２つ以上のエレメントのひずみを測定するひずみゲージを使用することであり、この場合、測定されたひずみは、エレメントに作用する力に対応する。
【０００８】
好適には、センサは平坦なエレメントを含んでいてよい。平坦なエレメントは２つの側を含むことができる。信号は、平坦なエレメントの一方又は両方の側において測定されることができる。平坦なエレメントは特に、プレート又は対称的な空気力学的異形材を含んでいてよい。この対称的な空気力学的異形材は例えば、翼であってよい。
【０００９】
好適には、構成部材は、測定された信号のノルムが、極値的である、例えば最小又は最大であるように、回転させられる。例えば、構成部材が整合させられているときに、使用される平坦なエレメントの表面の垂線が風向に対して平行に向けられるならば、測定された信号のノルムは最小である。択一的に、構成部材が整合させられているときに、使用される平坦なエレメントの表面の垂線が風向に対して垂直に向けられるならば、測定された信号のノルムは最大である。
【００１０】
さらに、センサは、構成部材の回転軸線に関してセンサ及び／又は平坦なエレメントを回転させることによって較正されることができる。較正は、好適には、センサに作用する力に依存する信号を測定する前に行われることができる。
【００１１】
さらに、センサは、構成部材の回転軸線に対して垂直な中心線を有することができる。センサは、さらに、第１の平坦なエレメント及び第２の平坦なエレメントを有することができる。第１の平坦なエレメント及び第２の平坦なエレメントは、互いから距離を置いて位置決めされていることができる。さらに、第１の平坦なエレメント及び第２の平坦なエレメントは、第１の平坦なエレメントが、中心線に対して角度＋αを有し、第２の平坦なエレメントが、中心線に対して角度−αを有するように位置決めされていることができる。角度αは、構成部材のための許容された不整合角度であってよい。この場合、構成部材は、両方の平坦なエレメントにおいて、中心線に対して垂直でかつ構成部材の回転軸線に対して垂直な軸線に沿って同じ算術符号の力が測定される場合にのみ、回転させられてよい。
【００１２】
構成部材は、風力タービンの部分、特に水平軸風力タービンの部分であることができる。
【００１３】
概して、曲げモーメントは、平坦なエレメントの一方の側においてのみひずみを測定することによって提供されてよい。平坦なエレメント、例えば平坦なプレート又は対称的な空気力学的異形材における力は、ばねセンサ以外のセンサ又はツールを用いて測定されてよい。センサの回転は、センサの較正を提供するために調整可能であってよい。センサの位置は、好適には風力タービンのナセルの上部であるが、ナセルの他の位置に配置されてもよい。平坦なエレメント、特にセンサプレート又は異形材は、あらゆる適切な寸法であってよい。さらに、センサが２つの平坦なエレメントを備えて設計されているならば、これらのエレメントの間の距離はあらゆる適切な距離であってよい。
【００１４】
風向に関する構成部材の不整合を決定するための本発明によるセンサは、少なくとも１つの平坦なエレメントと、平坦なエレメントに作用する力を測定するための少なくとも１つのツール又は装置とを有している。平坦なエレメントは、特に、プレート又は対称的な空気力学的異形材を含む。対称的な空気力学的異形材は、例えば翼であることができる。
【００１５】
有利には、構成部材に関するセンサの位置は調整可能であってよい。例えば、センサは、センサの較正を提供するために回転可能であってよい。
【００１６】
さらに、センサは、構成部材の回転軸線に対して垂直な中心線を有することができる。センサはさらに、第１の平坦なエレメント及び第２の平坦なエレメントを有することができる。第１の平坦なエレメント及び第２の平坦なエレメントは互いから距離を置いて位置決めされていることができる。さらに、平坦なエレメントは、第１の平坦なエレメントが中心線に対して角度＋αを有し、第２の平坦なエレメントが中心線に対して角度−αを有するように位置決めされていることができる。角度αは、構成部材、例えば風力タービンのための免除された不整合角度であってよい。この場合、ヨーアクチュエータは、平坦なエレメントと取付けエレメントとの間の支持縁部の周囲の力又はモーメントが、両方とも正であるか又は両方とも負である場合にのみ作動させられることができ、これは、同じ方向のモーメントを意味する。
【００１７】
本発明による風力タービンは、前述のように少なくとも１つの本発明によるセンサを有している。本発明による風力タービンは、特に、ナセルを有していてよく、センサはナセルの上部に配置されていてよい。ナセルは、風力タービンの回転軸線に対して平行な中心線を有していてよい。センサはナセルの上部において、中心線上に配置されていることができる。択一的に、センサは中心線から特定の距離を置いて配置されていることができる。好適には、本発明による風力タービンはヨーアクチュエータを有している。ヨーアクチュエータによって、風力タービンのナセル及びロータは風力タービンの垂直軸線に沿って回転させられることができる。
【００１８】
本発明は、風向に関する構成部材の不整合を検出するための方法及びセンサを提供する。固定された構成部材に対する力の測定は、不整合の頑強な検出を提供する。これは、より良い整合を許容し、不整合による構造負荷の増大が回避される。さらに、不整合による、例えば風力タービンの発電量の損失が回避される。
【００１９】
本発明のその他の特徴、特性及び利点は、添付の図面に関連した以下の説明から明らかになるであろう。前記特徴は、それ自体で及び互いに組み合わされた場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】風力タービンの一部を概略的に示す上面図である。
【図２】本発明によるセンサを概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明によるセンサの別の実施形態を概略的に示す斜視図である。
【図４】本発明によるセンサの別の実施形態を概略的に示す斜視図である。
【図５】２つの平坦なエレメントを有する本発明のセンサを概略的に示す斜視図である。
【図６】図５に示された本発明によるセンサを概略的に示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
ここで本発明の第１の実施形態を図１から図３までを参照して説明する。図１は、風力タービン１の一部を上面図で概略的に示している。風力タービン１は、ロータ２及びナセル５を有している。ロータ２は、ナセル５に取り付けられており、ハブ３及び多数のタービンロータ翼４を有している。風力タービンロータ翼４はハブ３に結合されている。
【００２２】
ナセル５の上部には、少なくとも１つのセンサ７，８，９が配置されている。ナセル５の上部におけるセンサの様々な位置のための例が、参照符号７，８，９によって示されている。ナセル５は中心線６を有している。センサ９は中心線６上に配置されている。さらに、センサを中心線６から特定の距離に位置決めすることも可能である。これは、センサ７及び８に関して示されている。センサ７は、ロータ２の近傍に位置決めされている。センサ８及びセンサ９は、ロータ２からほぼ最大距離に位置決めされている。センサ８，９をロータ２からできるだけ離れて位置決めすることは、測定に対するロータ２によって生ぜしめられる乱流の影響を低減する。
【００２３】
図２は、センサ１０を斜視図で概略的に示している。センサ１０は、取付けプレート１４と、平坦なプレート１５と、力を測定するためのツール又は装置１７とを有している。平坦なプレート１５は、水平な縁部１９と、垂直な縁部２０とを有している。平坦なプレートは、水平な縁部１９において取付けプレート１４に結合されており、水平縁部は支持縁部の機能を有している。力を測定するためのツール又は装置１７は、取付けプレート１４の近傍、つまり支持縁部の近傍において、平坦なプレート１５の一方の側に配置されている。
【００２４】
センサ１０は、風力タービン１のナセル５の上部に位置決めされている。センサ１０は、風力タービン１のロータ２が風向１３に整合させられている場合に、風向１３が平坦なプレート１５の表面に対して平行、つまり支持縁部１９に対して平行になるように、位置決めされている。ロータ２が風向１３に対して整合させられていない場合、風が、平坦なプレート１５の表面のうちの一方に作用する力を生ぜしめる。この力及び／又は生ぜしめられたひずみ及び／又は生ぜしめられた曲げモーメント及び／又は生ぜしめられたトルクは、力を測定するためのツール又は装置１７によって測定される。
【００２５】
風によって平坦なプレート１５に作用する力に依存する信号を測定した後、ナセル５は、必要であれば、測定された信号に応じて、風力タービン１の垂直軸線を中心に回転させられることができる。好適には、ナセル５は、測定された信号、特に測定された力が最小になるまで回転させられる。概して、風１３に配置されたプレート１５の両側における圧力は、プレート１５が風向１３に整合させられている場合にのみ等しくなる。プレート１５の一方又は両方の側におけるひずみの測定は、平坦なプレート１５における曲げモーメントの測定を提供する。有利には、信号は、ヨー不整合の頑強な決定のために、時間について積分される。
【００２６】
択一的に、ロータ２の整合した状態において風向１３が平坦なプレート１５の表面のうちの一方に対して垂直に向けられるように、センサ１０がナセルに位置決めされることができる。この場合には、ロータ２を整合させるために、測定された信号、特に測定された力が最大になるまで、ナセルが回転させられなければならない。
【００２７】
本発明によるセンサのための別の択一的な実施形態が図３に示されている。図３は、本発明によるセンサ１１を斜視図で概略的に示している。図２における平坦なプレート１５の代わりに、図３に示された本発明によるセンサ１１は、翼１６として設計された対称的な空気力学的異形材を有している。翼１６は、前縁２４及び後縁２５を有している。翼は、前縁２４及び後縁２５が取付けプレート１４の表面に対して垂直になるように、取付けプレート１４に結合されている。力を測定するためのツール又は装置１７は、取付けプレート１４の近傍において翼の表面に位置決めされている。
【００２８】
概して、取付けプレート１４の近傍に、力を測定するためのツール又は装置１７を位置決めすることが有利である。なぜならば、風による力は、取付けプレート１４から遠いよりも、取付けプレートの近くにおいてより大きいからである。
【００２９】
本発明によるセンサ１１は好適には、整合させられている場合に、風１３が前縁２４において翼１６に到達し、後縁２５において翼１６から離れるように、風力タービン１のナセルの上部に取り付けられている。
【００３０】
ここで、本発明の第２の実施形態を図１及び図４を参照して説明する。第１の実施形態のエレメントに対応するエレメントは、同じ参照符号で示されており、改めて詳細に説明されることはない。
【００３１】
図４は、概して、本発明によるセンサ１２を斜視図で概略的に示している。センサ１２は、取付けプレート１４と、取付けエレメント１８と、平坦なプレート１５と、力を測定するためのツール又は装置１７とを有している。取付けエレメント１８は、円筒体、棒又は柱の形状を有している。取付けエレメント１８は、長手方向における中心線２６を有している。取付けエレメント１８は、中心線２６が取付けプレート１４の表面に対して垂直であるように、取付けプレート１４に結合されている。
【００３２】
平坦なプレート１５の垂直縁部２０が取付けエレメント１８の中心線２６に対して平行に延びかつ、平坦なプレート１５の水平縁部１９が取付けプレート１４の表面に対して平行に延びているように、平坦なプレート１５は取付けエレメント１８に結合されている。平坦なプレート１５は、好適には取付けエレメント１８の近傍に配置された、力を測定するためのツール及び装置１７を有している。好適な実施形態において、平坦なエレメント１５の垂直縁部２０は支持縁部として作用する。
【００３３】
整合させられた場合に、風向１３が、平坦なプレート１５の表面に対して平行に、つまり水平縁部１９に対して平行になるように、センサ１２は好適にはナセル５の上部に取り付けられている。有利には、整合させられた場合に、風が、取付けエレメント１８においてセンサ１２に到達し、平坦なプレート１５においてセンサから離れる。概して、取付けエレメント１８は、風上側の縁部において平坦なプレート１５の支持を提供している。
【００３４】
ここで、本発明の第３の実施形態を図１、図５及び図６を参照して説明する。第１及び第２の実施形態のエレメントに対応するエレメントは、同じ参照符号で示されており、改めて詳細に説明することはない。
【００３５】
図５は、概して、本発明によるセンサ２３を斜視図で概略的に示している。センサ２３は、好適には、風力タービン１のナセル５の上部に取り付けられている。風力タービン１の回転軸線は、図５に参照符号２１によって示されている。センサ２３は、取付けプレート１４と、２つの平坦なプレート１５Ａ，１５Ｂと、中心線２２とを有している。中心線２２は、風力タービン１の回転軸線２１に対して垂直に延びている。平坦なプレート１５Ａ及び１５Ｂは、第１の実施形態において説明されたように取付けプレート１４に取り付けられている。平坦なプレートにはそれぞれ、第１の実施形態において説明されたような、少なくとも１つの、力を測定するためのツール又は装置１７が装着されている。平坦なプレート１５Ａ及び１５Ｂの代わりに、第１の実施形態において説明されたように、翼１６が使用されることもできる。
【００３６】
平坦なプレート１５Ａ及び１５Ｂは、互いに特定の距離を置いて位置決めされている。２つのプレート１５Ａ，１５Ｂの間の距離は、好適には、プレート１５Ａ，１５Ｂがいかなる流れ相互作用をも有さないように、十分に大きい。２つのプレート１５Ａ，１５Ｂは、平行に対してほぼ角度＋／−αだけ回転させられており、つまり、平坦なプレート１５Ａは中心線２２に対して角度＋αを有しており、平坦なプレート１５Ｂは中心線２２に対して角度−αを有している。角度αは、タービン１のための免除された不整合角度である。したがって、タービン１のロータ２は、平坦なプレート１５Ａ，１５Ｂが取付けプレート１４に結合されている支持縁部２７Ａ，２７Ｂの近くの力又はモーメントが、風力タービン１の回転軸線２１に対して垂直にかつセンサ２３の中心線２２に対して垂直に延びた軸線２８に沿って正又は負である。この場合、測定された力又はモーメントは同じ方向を有する。言い換えれば、両方の平坦なエレメントにおいて、中心線２２に対して垂直でかつ風力タービンの垂直な回転軸線２１に対して垂直な軸線２８に沿って同じ算術符号の力又はモーメントが測定される場合にのみ、ロータ２が回転させられる。ロータ２は、ヨーアクチュエータによって風力タービン１の垂直な回転軸線２１に沿って回転させられることができる。
【００３７】
図６は、図５に示された本発明によるセンサ２３を概略的に上面図で示している。図５及び図６は、整合させられた場合におけるセンサ２３を示しており、この場合、風向１３は中心線２２に対して平行である。
【００３８】
概して、全ての実施形態における本発明によるセンサ７，８，９，１０，１１，１２，２３は、少なくとも１つの平坦なエレメント１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６を有することができ、各エレメントには、少なくとも１つの、力を測定するためのツール又は装置１７が装着されている。好適には、平坦なエレメント１５，１５Ａ，１５Ｂ，１６のそれぞれの側には、少なくとも１つの、力を測定するためのツール又は装置１７が装着されている。ツール又は装置１７は、通常、プレートのひずみを測定するひずみゲージである。この測定されたひずみは、プレートに作用する風力に対応する。
【符号の説明】
【００３９】
１  風力タービン、  ２  ロータ、  ３  ハブ、  ４  翼、  ５  ナセル、  ６  中心線、  ７，８，９  センサ、  １０  センサ、  １３  風向、  １４  取付けプレート、  １５  平坦なプレート、  １６  翼、  １７  力を測定するためのツール又は装置、  １８  取付けエレメント、  １９  水平な縁部、  ２０  垂直縁部、  ２１  回転軸線、  ２２  中心線、  ２３  センサ、  ２４  前縁、  ２５  後縁、  ２６  中心線、  ２７Ａ，２７Ｂ  支持縁部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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2010071279.tif 000014
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