(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風力タービン（１）において、羽根根元（２３）を備えるロータ（６）のロータハブ（８）に取り付けられる回転羽根（１８）の屈曲を光学的に計測するためのデバイスであって、
前記羽根根元（２３）から間隔を空けて配置される前記回転羽根（１８）に取り付けられる少なくとも１つの発光外部マーキング（３３）と、
前記ロータ（６）に取り付けられ、前記外部マーキング（３３）から放出される光（３５）を受け、当該外部マーキング（３３）に対するカメラ（２７）の相対位置に依存する第１の位置情報を提供する少なくとも１つのカメラ（２７）と、
前記カメラ（２７）に結合する評価デバイス（３７）と、を具備し、
前記羽根根元（２３）に対する前記カメラ（２７）の相対位置を検出し、当該相対位置に依存する第２の位置情報を提供する位置検出手段を備え、
前記評価デバイス（３７）は、前記位置情報を評価することによって前記回転羽根（１８）の屈曲を特徴付ける少なくとも１つの変数を決定する、デバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、
前記回転羽根の屈曲（１８）を特徴付ける前記少なくとも１つの変数が、前記カメラ（２７）の位置に依存しない、デバイス。
【請求項３】
請求項１または請求項２デバイスにおいて、
前記評価デバイス（３７）は、前記回転羽根（１８）の屈曲を特徴付ける前記少なくとも１つの変数から当該回転羽根（１８）の屈曲を導き出す、デバイス。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記羽根根元（２３）に対して異なる間隔を空けて配置される複数の発光外部マーキング（３３、３４）が、当該羽根根元（２３）から間隔を空けて配置される前記回転羽根（１８）に取り付けられ、
前記カメラ（２７）は、前記外部マーキング（３３、３４）から放出される光（３５、３６）を受け、
前記カメラ（２７）によって提供される前記第１の位置情報は、前記外部マーキング（３３、３４）に対する当該カメラ（２７）の相対位置に依存する、デバイス。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記評価デバイス（３７）は、前記少なくとも１つの変数が前記回転羽根（１８）の屈曲を特徴付けるとき、前記外部マーキング（３３、３４）に対する前記羽根根元（２３）の相対位置を決定する、デバイス。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記評価デバイス（３７）は、前記第２の位置情報を評価することによって、前記羽根根元（２３）に対する前記カメラ（２７）の相対位置を演算し、
前記評価デバイス（３７）は、前記第１の位置情報を評価することによって、前記外部マーキング（３３、３４）に対する前記カメラ（２７）の相対位置を演算し、
前記演算された位置から、前記評価デバイス（３７）は、前記外部マーキング（３３、３４）に対する前記羽根根元（２３）の相対位置を決定する、デバイス。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記外部マーキング（３３）または外部マーキング（３３、３４）は、それぞれが光源、または光源（５５）によって照らし出される反射体（５４）で構成される、デバイス。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７）は、前記外部マーキング（３３、３４）の少なくとも１つの画像（４５）を撮像し、当該少なくとも１つの画像（４５）を前記評価デバイス（３７）に画像データ（３８）の形態で前記第１の位置情報として提供する、デバイス。
【請求項９】
請求項８記載のデバイスにおいて、
前記評価デバイス（３７）は、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、前記画像データ（３８）から前記外部マーキング（３３、３４）に対する前記カメラ（２７）の相対位置を決定する、デバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７）は、保持部材（５７）によって前記羽根根元（２３）領域またはその中のロータ（６）に取り付けられ、
前記位置検出手段は、前記保持部材（５７）に取り付けられる少なくとも１つの張力または伸張センサ（４２）であって、当該保持部材（５７）の形状変化を検出する少なくとも１つの張力または伸張センサ（４２）を備え、
前記位置検出手段によって提供される前記第２の位置情報は、検出される形状変化に依存する、デバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７）は、前記回転羽根（１８）に取り付けられ、
前記位置検出手段は、前記羽根根元（２３）領域または当該羽根根元（２３）領域の中、若しくは前記ロータハブ（８）の中に配置される少なくとも１つの他のカメラ（３９）であって、当該少なくとも１つの他のカメラ（３９）の視野に前記カメラ（２７）が配置される、少なくとも１つの他のカメラ（３９）を含み、
前記位置検出手段によって提供される前記第２の位置情報は前記他のカメラ（３９）に対する前記カメラ（２７）の相対位置に依存する、デバイス。
【請求項１２】
請求項１１記載のデバイスにおいて、
前記他のカメラ（３９）は、前記ロータハブ（８）に強固に接続されている、デバイス。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記位置検出手段は、前記羽根根元（２３）領域またはその中のロータ（６）に取り付けられる少なくとも１つの発光内部マーキング（２４）を備え、
互いに関連した位置に固定される前記カメラ（２７）または第２のカメラ（３９）は、前記内部マーキング（２４）によって放出される光（３１）を受け、
前記位置検出手段によって提供される前記第２の位置情報は、前記内部マーキング（２４）に対する前記カメラ（２７）の相対位置に依存する、デバイス。
【請求項１４】
請求項１３記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７）または前記第２のカメラ（３９）は、前記位置検出手段または前記位置検出手段の一部を構成する、デバイス。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７）は、前記回転羽根（１８）と向かい合って前記ロータハブ（８）の領域に配置され、当該ロータハブ（８）の領域に取り付けられる、デバイス。
【請求項１６】
請求項１３乃至１５のいずれか１項記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７）に強固に接続され、当該カメラ（２７）の視野に配置される少なくとも１つのミラー（２８）であって、当該少なくとも１つのミラー（２８）によって、前記内部マーキング（２４）によって放出される光（３１）が当該カメラ（２７）に向かう方向に反射される、デバイス。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれか１項記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７、３９）は、互いに非常に近接して配置される、デバイス。
【請求項１８】
請求項１３乃至１７のいずれか１項記載のデバイスにおいて、
前記内部マーキング（２４）は、光源、または光源によって照らし出された反射体で構成される、デバイス。
【請求項１９】
請求項１３乃至１８のいずれか１項記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７）または前記第２のカメラ（３９）は、前記内部マーキング（２４）の少なくとも１つの画像を撮像し、当該少なくとも１つの画像を画像データ（４１）の形態で前記第２の位置情報として前記評価デバイス（３７）に提供する、デバイス。
【請求項２０】
請求項１９記載のデバイスにおいて、
前記評価デバイス（３７）は、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、前記画像データ（４１）から、前記内部マーキング（２４）に対する前記カメラ（２７）の相対位置を決定する、デバイス。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれか一項記載のデバイスにおいて、
前記回転羽根（１８）は、前記外部マーキング（３３）または外部マーキング（３３、３４）が配置される空洞（２６）を含む、デバイス。
【請求項２２】
請求項２１記載のデバイスにおいて、
前記カメラ（２７）は、前記空洞（２６）または前記ロータハブ（８）に配置される、デバイス。
【請求項２３】
風（１５）によってロータシャフト（７）の周りを回転できるロータ（６）を備える風力タービンであって、
ロータハブ（８）と、
前記ロータハブ（８）に取り付けられる少なくとも１つの回転羽根（１８）であって、当該ロータハブ（８）から離れる方向で前記ロータシャフト（７）に対して横方向または実質的に横方向に延在する羽根軸（２０）方向に延在する少なくとも１つの回転羽根（１８）と、
前記ロータ（６）と機械的に結合し、当該ロータ（６）によって駆動される少なくとも１つの電気発電機（１６）と、
請求項１乃至２２のいずれか一項記載のデバイス（５６）を備える、風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータのロータハブにその羽根根元が取り付けられる、風力タービンの回転羽根の屈曲を光学的に計測するデバイスに関する。デバイスは、羽根根元から距離を隔てて配置される回転羽根に取り付けられ、光を放出する少なくとも１つの外部マーキングと、ロータに取り付けられ、外部マーキングから放出される光を受け、外部マーキングに対するカメラの相対位置に依存する第１の位置情報を提供する少なくとも１つのカメラと、カメラに結合する評価デバイスとを備える。
【背景技術】
【０００２】
風力タービンの回転羽根の長さおよび柔軟性が増加することによって、その制御ユニットは、動作中に発生する風力タービンの負荷および振動を低減することをますます意図する。回転羽根の負荷は、主に空気力学的効果によって生じる。しかしながら、空気力学的負荷を直接計測することは不可能である。羽根屈曲動作および羽根負荷は互いに密接に関連しているので、羽根屈曲動作に関する情報は風力タービンの制御システムのための良好な初期情報を構成し、この情報を基に、例えば、風向に対するロータシャフトの誤った方向または垂直または水平ウィンドシア（ｗｉｎｄ  ｓｈｅａｒｓ）の原因となる、好ましくない、周期的な羽根負荷を低減できる。
【０００３】
２００６年１月に発行された文献ＮＲＥＬ／ＴＰ−５００−３９２５３では、回転羽根の屈曲動作を計測するための方法が記載され、これによれば、赤外線放射線源を備える羽根根元の近くに配置された赤外線カメラと、回転羽根に取り付けられた反射体ストリップとが使用される。赤外線放射源によって照らし出される反射体ストリップは赤外線放射をカメラに戻すように反射するので、羽根屈曲は、カメラに撮像された画像を評価することによって演算できる。
【０００４】
国際特許出願公開第２０１０／０５４６６１Ａ２号は、風力タービンの回転羽根負荷を監視する方法を開示し、風力タービンは、ゴンドラと、少なくとも１つの回転羽根が取り付けられ、および、ロータシャフトによって回転可能に支持されるロータハブとを備える。回転羽根は、回転羽根の負荷に従ってその位置が変化する反射体を備える。電磁放射のための放射線源および放射線受信装置がゴンドラに配置され、放射線源から反射体への放射線経路、およびそれらから放射線受信装置への戻り放射線経路が提供される。監視デバイスによって、負荷がかかった回転羽根の方向変化を、放射線受信装置で受信された放射線の変更に基づいて監視できる。
【０００５】
上述した方法によれば、風力タービンの振動によってカメラの位置が移動するので、これらの振動によって誤差を計測できる。すなわち、羽根屈曲によって生じる反射体画像の移動によるカメラの移動が、カメラの感光性表面に重ね合わせられる。さらに、誤差計測は、カメラ保持部材および／または回転羽根の不可逆変形によって、カメラが変位するという事実によって生じる。変形の例には、羽根根元に近い回転羽根の断面が最初の円形断面から、負荷による材料クリープのために長円形断面に変形することが挙げられる。
【０００６】
回転羽根に沿った１つまたは複数の位置で、羽根屈曲計測をするための従来のカメラベースシステムは、羽根に沿った所定の位置に配置される１つまたは複数の反射体を照らし出す光源を使用する。反射体によって反射された光は、この目的のための感光性表面を備えるデジタルカメラによって受けられる。感光性表面上の反射体画像の位置を評価することによって、カメラ位置に対する反射体の変位が演算され、これから羽根屈曲が得られる。この場合には、カメラの計測解像度を最大にするために、狭い視野角でレンズが使用され、１つの反射体（または複数の反射体）で羽根負荷のもとで予想される最大変位が生じた場合に、感光性表面上で反射体画像の最大変位が得られる。従って、一般に回転羽根の羽根根元領域はカメラの視野に入っていない。
【０００７】
特に以下の問題は、従来の羽根屈曲を計測するためのカメラベースシステムに起因する。カメラの振動のために、カメラの感光性表面上で反射体画像が移動するので、システムは誤って解釈し、および、回転羽根の屈曲動作としてこの移動を信号伝達する。
【０００８】
羽根根元に対するカメラの位置は時間の経過と共に不可逆的に変化し、例えば、材料クリープ（例えば、羽根の長円形化）による、カメラが位置する領域の回転羽根の変形によって、羽根屈曲が無い場合に感光性表面上の反射体画像の変位がもたらされる。従って、羽根屈曲の計測に誤りが生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際特許出願公開第２０１０／０５４６６１Ａ２号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ＮＲＥＬ／ＴＰ−５００−３９２５３、２００６年１月発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
以上のことに基づき、本発明の目的は、カメラの振動による羽根屈曲を決定する際の誤りおよび／またはカメラの不可逆変位を防止または少なくとも低減する方法で、序論で記述されたタイプのデバイスを開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、請求項１によるデバイスを備える本発明によって達成される。本発明の好ましい改良形態は従属請求項に記載される。
ロータのロータハブにその羽根根元が取り付けられる、風力タービンの回転羽根の屈曲を光学的に計測する本発明によるデバイスであって、デバイスは、羽根根元から距離を隔てて配置される、回転羽根に取り付けられる少なくとも１つの発光外部マーキングと、ロータに取り付けられ、外部マーキングから放出される光を受け、外部マーキングに対するカメラの相対位置に依存する第１の位置情報を提供する少なくとも１つのカメラと、カメラに結合する評価デバイスと、羽根根元に対するカメラの相対位置を検出し、この位置に依存する第２の位置情報を提供する位置検出手段とを備え、評価デバイスは、位置情報を評価することで、回転羽根の屈曲および／またはこの屈曲を特徴付ける少なくとも１つの変数、すなわち、特に両方の位置情報アイテムを決定する。
【００１３】
第１の位置情報は外部マーキングに対するカメラの相対位置を特徴付け、および第２の位置情報は羽根根元に対するカメラの相対位置を特徴付けるので、回転羽根の屈曲および／またはこの屈曲を特徴付ける少なくとも１つの変数を、位置および／またはカメラの方向とは無関係に決定できる。従って、回転羽根の屈曲（羽根の屈曲）を決定する場合には、従来技術で知られている誤差は明らかに低減できる。
【００１４】
評価デバイスは、好ましくは位置検出手段に結合する。さらに、位置検出手段はカメラから空間的に離れて設けられてもよく、または、カメラを含むことができ、後者の場合には、カメラは位置検出手段の一部を形成する。
【００１５】
評価デバイスは、好ましくは、回転羽根の屈曲を特徴付ける、少なくとも１つの変数から回転羽根の屈曲を導き出す。本発明の改良形態によれば、回転羽根の屈曲を特徴付ける少なくとも１つの変数は、回転羽根の屈曲に対応する。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、好ましくは、羽根根元に対して異なる空間を隔てて配置される複数の発光外部マーキングが、羽根根元から距離を隔てて配置される回転羽根に取り付けられ、カメラは外部マーキングから放出される光を受け、第１の位置情報は外部マーキングに対するカメラの相対位置に依存するカメラから提供される。複数の外部マーキングを使用するので、特に計測精度を上げることができる。さらに、羽根根元に対して区間的に異なる位置に、外部マーキングが配置されるので、羽根軸に沿った羽根屈曲の経路を決定できる。特に第１の位置情報は外部マーキングに対するカメラの相対位置を特徴付ける。
【００１７】
少なくとも１つの変数が回転羽根の屈曲を特徴付けるので、評価デバイスは、特に外部マーキングに対する羽根根元の相対位置を決定する。この場合には、外部マーキングに対する羽根根元の相対位置は、カメラの位置に特に依存せず、好ましくは回転羽根の屈曲を特徴付ける、または表す位置情報を構成する。
【００１８】
評価デバイスは、特に第２の位置情報を評価することによって、羽根根元に対するカメラの相対位置を演算する。さらに、評価デバイスは、特に第１の位置情報を評価することによって、外部マーキングに対するカメラの相対位置を演算する。好ましくは、評価デバイスは、羽根根元に対するカメラの相対位置および外部マーキングに対するカメラの相対位置から、外部マーキングに対する羽根根元の相対位置を決定する。
【００１９】
好ましくは、羽根根元の位置または羽根根元領域の位置は、羽根根元の位置を表す参照点を形成する。この参照点は、好ましくは、回転羽根の羽根軸に位置し、および／または、好ましくはハブに面する回転羽根の末端に位置する。従って、羽根根元の位置を参照する場合には、この位置は参照点位置に置き換えできる。従って、一般に羽根根元は伸張するということを考慮できる。本発明の改良形態によれば、評価デバイスは、少なくとも１つの変数が回転羽根の屈曲を特徴付けるので、外部マーキングに対する参照点の相対位置を決定する。
【００２０】
外部マーキングは、好ましくは、光源、または光源によって照らし出された反射体として構成される。本発明の改良形態によれば、外部マーキングは、それぞれ好ましくは１つまたは複数の光源によって光が結合される導光導波路、例えば、導光ファイバー、特にグラスファイバーなどの端部に形成される。１つの光源または複数の光源は、例えば、１つまたは複数の発光ダイオードで形成される。反射体は、好ましくは逆方向に反射するように構成されるので、逆反射体とも称することができる。
【００２１】
カメラは、特にカメラのスペクトル感度を有する光を採用するように構成される。光は可視スペクトルであってもよい。しかしながら、好ましくは、それは赤外線光である。
好ましくは、カメラは外部マーキングの少なくとも１つの画像を撮像し、および、これを、特に画像データの形態で、第１の位置情報として評価デバイスに提供する。好ましくは、評価デバイスは、画像データから、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、外部マーキングに対するカメラの相対位置を決定する。
【００２２】
カメラは、特に保持部材によってロータに、またはロータの中に取り付けられる。好ましくは、カメラは、保持部材によって羽根根元領域のロータまたは羽根根元領域の中のロータに取り付けられる。例えば、カメラは特に保持部材によって、回転羽根の中の隔壁に取り付けられる。隔壁は、例えば、サービス要員を不要とし、および／または物体が回転羽根に転落することを防止するように機能する。隔壁には１つまたは複数の開口部が備えられ、それを介して１つまたは複数の光信号または光ビームが広がり、本発明によるデバイスと接続されて使用される。
【００２３】
本発明の実施形態によれば、位置検出手段は、保持部材に取り付けられる、少なくとも１つまたは複数の張力または伸張センサであって、保持部材の形状変化を検出するセンサを備える。この場合には、位置検出手段によって提供される第２の位置情報は、検出される形状変化に依存する。保持部材の形状変化を検出することによって、羽根根元に対するカメラの相対位置を決定できる。
【００２４】
本発明の実施形態によれば、位置検出手段は、羽根根元領域またはその中、若しくはロータハブの中に配置される少なくとも１つの他のカメラを備え、それによって回転羽根に取り付けられる（第１の）カメラの位置変化を検出する。この場合には、位置検出手段によって提供される第２の位置情報は他のカメラに対する（第１の）カメラの相対位置に依存する。従って、羽根根元に対する（第１の）カメラの相対位置が決定される。他のカメラは、好ましくは位置検出手段の一部を構成する。（第１の）カメラは、特に他のカメラの視野の中に配置される。他のカメラは、例えば、回転羽根、羽根軸受またはロータハブに取り付けられる。他のカメラは好ましくはロータハブ、特にロータハブに強固に接続される羽根軸受の一部に強固に取り付けられる。従って、他のカメラを使用することによって、ロータハブおよび／または他のカメラに対する回転羽根の羽根軸の周りの（第１の）カメラの回転を追加的に検出できる。例えば、ロータハブに対して回転羽根がその羽根軸の周りに回転する（これは「ピッチング（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）とも呼ばれる」）と回転が発生する。特に他のカメラを使用することによって、ロータハブに対して、回転羽根の羽根軸の周りの回転羽根の回転をさらに検出できる。好ましくは、評価デバイスを使用して、ロータハブに対する、回転羽根の羽根軸の周りの回転羽根の回転をさらに決定できる。
【００２５】
他のカメラは、好ましくは（第１の）カメラの少なくとも１つの画像を撮像し、特にこれを画像データの形態で、評価デバイスに第２の位置情報として提供する。好ましくは、評価デバイスは、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、画像データから他のカメラに対する（第１の）カメラの相対位置を演算する。しかしながら、他のカメラは、好ましくは、羽根根元領域またはその中、若しくはロータハブの中に配置される。従って、評価デバイスは画像データから、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、特に羽根根元に対する（第１の）カメラの相対位置を演算する。
【００２６】
本発明の実施形態によれば、位置検出手段は、羽根根元領域のロータまたはその中のロータに取り付けられて、光を放出する少なくとも１つの内部マーキングと、内部マーキングと相対的な位置に固定され内部マーキングから放出される光を受ける（第１の）カメラまたは第２のカメラを備える。この場合には、位置検出手段によって提供される第２の位置情報は、内部マーキングに対する（第１の）カメラの相対位置に依存する。従って、羽根根元に対する（第１の）カメラの相対位置が決定される。（第１の）カメラまたは第２のカメラは、この場合には、好ましくは位置検出手段または位置検出手段の一部を形成する。
【００２７】
本発明の改良形態によれば、位置検出手段は、羽根根元領域のロータまたはその中のロータに取り付けられて光を放出し、好ましくは異なる位置の配置される複数の内部マーキングと、内部マーキングと相対的な位置に固定されて内部マーキングから放出される光を受ける（第１の）カメラまたは第２のカメラを備える。この場合には、位置検出手段によって提供される第２の位置情報は内部マーキングに対する（第１の）カメラの相対位置に依存する。従って、羽根根元に対する（第１の）カメラの相対位置が決定される。（第１の）カメラまたは第２のカメラは、この場合には、好ましくは位置検出手段または位置検出手段の一部を形成する。
【００２８】
本発明の第１の変形形態によれば、カメラは、回転羽根とは反対側のロータハブ領域に配置され、およびロータハブ領域に取り付けられる。第１の変形形態では、カメラは、好ましくは位置検出手段の一部を構成する。第２のカメラは、この場合には不可欠とは限らない。
【００２９】
本発明の第２の変形形態によれば、カメラにしっかりと接続され、好ましくはカメラの視野に配置される少なくとも１つのミラーを備え、少なくとも１つのミラーによって内部マーキングから放出される光が、カメラの方向に反射される。第２の変形形態の改良形態によれば、カメラに接続されて、好ましくはカメラの視野に配置される複数のミラーを備え、複数のミラーによって内部マーキングから放出される光がカメラの方向に反射される。第２の変形形態および／またはその改良形態では、カメラは好ましくは位置検出手段の一部を構成する。第２のカメラは、この場合には不可欠とは限らない。
【００３０】
本発明の第３の変形形態によれば、第２のカメラが備えられ、特にカメラは互いに非常に近接して配置される。カメラは、好ましくは１つの構造ユニットを形成するように結合される。特に、第２のカメラは評価デバイスに接続される。
【００３１】
第１の変形形態、第２の変形形態および／または第３の変形形態は互いに組み合わされてもよい。
内部マーキングは、好ましくはそれぞれが光源、または光源によって照らし出された反射体として構成される。本発明の改良形態によれば、内部マーキングは、それぞれは、好ましくは１つまたは複数の光源によって光が結合される導光導波路、例えば、導光ファイバー、特にグラスファイバーなどの端部に形成される。１つの光源または複数の光源は、例えば、１つまたは複数の発光ダイオードで形成される。反射体は、好ましくは逆方向に反射するように構成されるので、逆反射体とも称することができる。
【００３２】
好ましくは、（第１の）カメラまたは第２のカメラは、内部マーキングの少なくとも１つの画像を撮像し、これを特に画像データの形態で第２の位置情報として評価デバイスに提供する。好ましくは、評価デバイスは、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、内部マーキングに対するカメラの相対位置、または画像データから第２のカメラの相対位置を演算する。２つのカメラは互いに関連した位置に取り付けられているので、評価デバイスを使用して、演算された内部マーキングに対する第２のカメラの相対位置から、内部マーキングに対するカメラの相対位置を得ることが可能である。第２のカメラが備えられる場合には、内部マーキングから第２のカメラによって得られる画像は、外部マーキングからカメラによって得られる画像とは好ましくは異なる。または、カメラが１つだけ使用される場合には、内部マーキングおよび外部マーキングからカメラによって得られる画像は、好ましくは共通の画像である。
【００３３】
本発明の実施形態によれば、回転羽根は、外部マーキングが配置される空洞を備える。カメラは、好ましくは空洞の中に配置される。または、カメラは、ロータハブの中に配置されてもよい。他のカメラすなわち第２のカメラは、好ましくは空洞の中に配置される。または、他のカメラすなわち第２のカメラは、ロータハブの中に配置されてもよい。好ましくは、内部マーキングは、空洞の中に配置される。
【００３４】
内部マーキングは好ましくは回転羽根、羽根軸受またはロータハブに取り付けられる。本発明の改良形態によれば、内部マーキングは、ロータハブに強固に取り付けられ、特にロータハブに接続されている羽根軸受の一部に取り付けられる。従って、（第１の）カメラまたは第２のカメラを使用することで、ロータハブおよび／または内部マーキングに対する回転羽根の羽根軸の周りの（第１の）カメラおよび／または第２のカメラの回転を追加的に検出できる。例えば、ロータハブに対してそれらの回転羽根が羽根軸の周りに回転すると、回転が発生する。特に、（第１の）カメラまたは第２のカメラを使用することで、回転羽根に対する、回転羽根の羽根軸の周りの回転羽根の回転を追加的に検出できる。好ましくは、評価デバイスを使用して、ロータハブに対する、回転羽根の羽根軸の周りの回転羽根の回転を追加的に決定できる。
【００３５】
本発明は、さらに、風によってロータシャフトの周りを回転できるロータを備える風力タービンに関し、風力タービンは、ロータハブと、ロータハブに取り付けられ、ロータハブから離れてロータシャフトに対して横方向または実質的に横方向に延在する羽根軸の方向に延在する少なくとも１つの回転羽根と、ロータと機械的に結合し、ロータによって駆動される少なくとも１つの電気発電機と、回転羽根の屈曲を光学的に計測するための本発明によるデバイスと、を備える。
【００３６】
本発明による風力タービンは、本発明によるデバイスに関連して説明してきたすべての実施形態に従って改良することができる。
本発明は、さらに、本発明によるデバイスによって風力タービンの回転羽根の屈曲を光学的に計測するための方法に関する。
【００３７】
本発明は、さらに、風力タービンの回転羽根の屈曲を光学的に計測するための本発明によるデバイスの使用に関する。
好ましくは、羽根屈曲は以下の方法で決定され、方法は、第２の位置情報を評価することによって、羽根根元に対するカメラの相対位置が演算される第１の工程と、第１の位置情報を評価することによって、外部マーキングに対するカメラの相対位置が演算される第２の工程と、第１の工程および第２の工程で演算される位置から、外部マーキングに対する羽根根元の相対位置が決定される第３の工程と、を含む。
【００３８】
上述された工程は、好ましくは評価デバイスによって実施される。
本発明は、好ましい実施形態および図面を参照して以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】風力タービンの模式図である。
【図２】図１で参照できる本発明の第１の実施形態によるデバイスを備えるロータの概略図および部分図である。
【図３】本発明の第２の実施形態によるデバイスを備えるロータの概略図および部分図である。
【図４】本発明の第３の実施形態によるデバイスを備えるロータの概略図および部分図である。
【図５】本発明の第４の実施形態によるデバイスを備えるロータの概略図および部分図である。
【図６】本発明の第５の実施形態によるデバイスを備えるロータの概略図および部分図である。
【図７】第５の実施形態の変更によるデバイスを備えるロータの概略図および部分図である。
【図８】カメラによって撮像された画像の概略図である。
【図９】実施形態の変形形態によるデバイスの光源および反射体を示す。
【図１０】実施形態の別の変形形態によるデバイスの光源および光導波路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１では、風力タービン１が見られ、底部２の上に立つタワー３は機械筐体４に接続され、機械筐体４の端部は底部２から離れて対向する。機械筐体４は、搬送機５を備え、搬送機５の上で、ロータ６がロータシャフト７の周りを回転可能に支持され、ロータ６は、ロータハブ８と回転羽根９および１０を備え、回転羽根９および１０はロータハブ８に接続され、および回転羽根９および１０のそれぞれはロータハブ８に対して、それぞれの羽根軸１１または１２の周りに回転可能である。各回転羽根９および１０は、羽根角度調整駆動部１３または１４に機械的に結合し、羽根角度調整駆動部１３または１４によって、各回転羽根が関連する羽根軸の周りに回転できる。ロータ６は、機械的に発電機１６に結合され、発電機１６は、機械筐体４の中に配置され、および搬送機５に取り付けられている。ロータ６は、風１５によってロータ６のロータシャフト７の周りを回転し、ロータ６の回転エネルギーの大部分が発電機１６によって電気エネルギーに変換される。風力タービン１を制御して動作させるために、風力タービン制御システム１７が設けられ、それによって特に羽根角度調整駆動部が制御される。
【００４１】
図２は図１の方向Ａから見たロータ６の概略図および部分図であり、第３の回転羽根１８が、ロータハブ８上で羽根軸受１９によって羽根軸２０の周りを回転可能に支持される（図１では、回転羽根１８はロータハブ８で隠れている）。回転羽根９および１０と同様に、回転羽根１８も概略的に示される羽根角度調整駆動部５８に機械的に結合し、羽根角度調整駆動部５８によって羽根軸２０の周りを回転できる。回転羽根９および１０のための羽根軸受２１および２２も図示されている。
【００４２】
図２は、さらに本発明によるデバイス（計測デバイス）５６を示し、計測デバイス５６は、以下に説明される第１の実施形態によるロータ６と、完全にまたは少なくとも部分的に一体となる。羽根軸受１９に取り付けられる回転羽根１８の端部は、羽根根元２３と称され、２つの発光内部マーキング２４および２５は、羽根根元２３の領域に配置されて回転羽根１８に取り付けられる。または、内部マーキング２４および２５は、羽根軸受１９に取り付けられてもよい。羽根根元２３から空間的に離れて、カメラ２７は、回転羽根１８の空洞２６に配置されて回転羽根１８に取り付けられる。しっかりとカメラ２７に接続されている２つのミラー２８および２９は、内部マーキング２４および２５によって放出される光をカメラ２７の感光性表面３０上に反射する。内部マーキング２４から放出される光のビーム経路が３１で示され、内部マーキング２５から放出される光のビーム経路が３２で示される。
【００４３】
羽根根元２３およびカメラ２７から空間的に離れて、２つの発光外部マーキング３３および３４が、空洞２６に配置されて回転羽根１８に取り付けられる。外部マーキング３３および３４から放出される光が、カメラ２７の感光性表面３０に当たり、外部マーキング３３から放出される光のビーム経路が３５で示され、および外部マーキング３４によって放出される光のビーム経路が３６で示される。
【００４４】
カメラ２７が概略図である評価デバイス３７に電気的に接続され、評価デバイス３７は、回転羽根１８の中、ロータハブ８の中、または風力タービン１の別の適切な位置に取り付けられる。例えば、評価デバイス３７は、風力タービン制御システム１７によって形成されてもよい。カメラ２７によって撮像された画像４５（図８参照）は、電子画像データ３８の形態で評価デバイス３７に供給され、画像データ３８は、外部マーキング３３および３４に対するカメラ２７の相対位置に依存する第１の位置情報、および内部マーキング２４および２５に対するカメラ２７の相対位置に依存する第２の位置情報を含む。
【００４５】
評価デバイス３７は、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、羽根根元２３に対するカメラ２７の相対位置、および外部マーキング３３および３４に対するカメラ２７の相対位置を演算する。演算された位置から、次に評価デバイスは外部マーキング３３および３４に対する羽根根元２３の相対位置を決定し、この相対位置は回転羽根の屈曲１８を特徴付ける。
【００４６】
図３では、本発明の第２の実施形態による計測デバイス５６を備える、ロータ６の概略図および部分図が示され、第１の実施形態と類似または同一の特徴には、第１の実施形態と同一の参照番号が付与される。カメラ２７に加えて、空洞２６の中に感光性表面４０を備えるカメラ３９が設けられ、感光性表面４０には内部マーキング２４および２５によって放出される光が当たる。カメラの視野は、この場合には特に相互に反対方向または実質的に相互に反対方向に延びる。各カメラ２７および３９は、評価デバイス３７に電気的に接続され、電子画像データ３８または４１を評価デバイス３７に伝送する。カメラ２７の画像データ３８は、外部マーキング３３および３４に対するカメラ２７の相対位置に依存する第１の位置情報を含み、カメラ３９によって提供される画像データ４１は、羽根根元２３に対するカメラ３９の相対位置に依存する第２の位置情報を含む。カメラ２７および３９は、互いに関連しあって固定して配置され、小型の構造ユニットを形成する。
【００４７】
画像データ４１から、評価デバイス３７は、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、羽根根元２３に対するカメラ３９の相対位置を演算する。２つのカメラは互いに関連した位置に取り付けられ、この位置は、羽根根元２３に対するカメラ２７の相対位置も特徴付けるので、羽根根元２３に対するカメラ２７の相対位置が評価デバイス３７によって演算される。さらに、評価デバイス３７によって、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、外部マーキング３３および３４に対するカメラ２７の相対位置が画像データ３８から演算される。続いて、評価デバイス３７は、演算された位置から外部マーキング３３および３４に対する羽根根元２３の相対位置を決定し、この相対位置は、回転羽根の屈曲１８を特徴付ける。従って、第２の実施形態によればミラーは要求されない。
【００４８】
図４では、本発明の第３の実施形態による計測デバイス５６を備える、ロータ６の概略図および部分図が示され、先の実施形態と類似または同一の特徴には、先の実施形態と同一の参照番号が付与される。第３の実施形態は、第２の実施形態の変形であり、内部マーキング２４および２５並びに第２のカメラ３９の代わりに、張力または伸張センサ４２および４３が、保持部材５７に配置され、保持部材５７によって、カメラ２７は、羽根根元２３または羽根軸受１９に取り付けられる。センサ４２および４３を使用することで、保持部材５７の機械的変形が検出できるので、評価デバイス３７に電気的に接続されているセンサ４２および４３は、変形データ４４を評価デバイス３７に提供する。カメラ２７の画像データ３８は、外部マーキング３３および３４に対するカメラ２７の相対位置に依存する第１の位置情報、センサ４２および４３によって提供さる変形データ４４は、羽根根元２３に対するカメラ２７の相対位置に依存する第２の位置情報を含む。
【００４９】
変形データ４４から、評価デバイス３７は、羽根根元２３に対するカメラ２７の相対位置を演算する。少なくとも１つの画像評価方法を使用することによって、評価デバイス３７は、画像データ３８から外部マーキング３３および３４に対するカメラ２７の相対位置を演算する。演算された相対位置から、次に評価デバイス３７は、外部マーキング３３および３４に対する羽根根元２３の相対位置を決定し、この相対位置が回転羽根の屈曲１８を特徴付ける。
【００５０】
図５では、本発明の第４の実施形態による計測デバイス５６を備えるロータ６の概略図および部分図が示され、先の実施形態と類似または同一の特徴には、先の実施形態と同一の参照番号が付与される。第４の実施形態は、第１の実施形態の変形形態を形成し、カメラ２７は、回転羽根１８の反対側のロータハブ８の側面に配置されて、ロータハブ８に取り付けられる。内部マーキング２４および２５によって放出される光は、カメラ２７の感光性表面３０に直接当たるので、ミラーは必要ない。第４の実施形態のさらなる説明は、第１の実施形態の説明で参照される。
【００５１】
図６では、本発明の第５の実施形態による計測デバイス５６を備える、ロータ６の概略図および部分図が示され、先の実施形態と類似または同一の特徴には、先の実施形態と同一の参照番号が付与される。カメラ２７に加えて、感光性表面４０を備えるカメラ３９が提供され、カメラ３９は、回転羽根１８または羽根根元領域２３の羽根軸受１９に取り付けられる。この場合には、カメラ２７は、カメラの視野３９に配置される。各カメラ２７および３９は、評価デバイス３７に電気的に接続されて、電子画像データ３８または４１を評価デバイス３７に伝送する。この場合には、カメラ２７の画像データ３８は、外部マーキング３３および３４に対するカメラ２７の相対位置に依存する第１の位置情報を含み、カメラ３９によって提供される画像データ４１はカメラ２７に対するカメラ３９の相対位置に依存する第２の位置情報を含む。カメラ３９は、好ましくは羽根根元２３に関連する位置に固定される。
【００５２】
画像データ４１から、評価デバイス３７は、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、カメラ２７に対するカメラ３９の相対位置を演算する。カメラ３９は羽根根元領域２３に配置されているので、この位置が羽根根元２３に対するカメラ２７の相対位置も特徴付け、羽根根元２３に対するカメラ２７の相対位置が評価デバイス３７によって演算される。さらに、評価デバイス３７によって、少なくとも１つの画像評価方法を使用して、外部マーキング３３および３４に対する、カメラ２７の相対位置が画像データから演算される。続いて、評価デバイス３７は、演算された位置から外部マーキング３３および３４に対する羽根根元２３の相対位置を決定し、この相対位置が回転羽根の屈曲１８を特徴付ける。従って第５の実施形態によれば、ミラーは要求されない。
【００５３】
図７では、本発明の第５の実施形態の変更による計測デバイスを備える、ロータ６の概略図および部分図が示され、羽根軸受１９は、ボルト６５によってロータハブ８に強固に接続されている羽根軸受部分６６、およびボルト６７によって強固に回転羽根１８に接続されている羽根軸受部分６８を含む。羽根軸受１９は、この場合にはボール軸受部で構成され、羽根軸受１９のボールは概略的に示され、および６９で示される。カメラ３９を支える保持部材７０は、図示されるボルト６５の上に配置され、およびナット７１によってボルト６５にしっかりとねじ止めされるので、カメラ３９は羽根軸受部分６６に強固に保持され、従って、ロータハブ８にも強固に保持される。それらの羽根軸２０の周りの回転羽根１８の回転は、羽根軸２０の周りのカメラ２７の回転にもなるので、それらの羽根軸２０の周りの回転羽根１８の回転は、カメラ３９によっても観察できる。従って評価デバイス３７は、好ましくは、ロータハブ８に対する羽根軸２０の周りの回転羽根１８のねじれ角も演算する。
【００５４】
図８では、第１の実施形態および／または第４の実施形態によるカメラ２７によって撮像された画像４５が概略図で示され、領域４６および４７は、回転羽根１８が非屈曲状態での外部マーキング３３および３４の画像を示す。回転羽根１８が屈曲する場合には、画像４５の外部マーキングの画像は、矢印５９および６０で示されるように変位する。この場合には、領域４８および４９は、回転羽根１８が屈曲状態にある外部マーキング３３および３４の画像を明らかに示す。従って画像４５の外部マーキングの画像の位置は、第１の位置情報を示す。画像４５の領域４６および４７の位置が分かるので、領域４６および４７に対する領域４８および４９の変位も評価デバイス３７によって決定される。
【００５５】
画像４５の領域５０および５１は、カメラ２７の最初の位置での内部マーキング２４および２５の画像を示す。カメラ２７が羽根根元２３に対して変位すると、画像４５の内部マーキングの画像は、矢印６１および６２で示されるように変位する。この場合には、領域５２および５３は、カメラ２７が変位した後の内部マーキング２４および２５の画像を明らかに示す。従って画像４５の内部マーキングの画像の位置は、第２の位置情報を示す。画像４５の領域５０および５１の位置が分かるので、領域５０および５１に対する領域５２および５３の変位も評価デバイス３７によって決定できる。
【００５６】
先の実施形態では、本発明の第１の変形形態によるマーキング３３および３４およびオプションのマーキング２４および２５は、好ましくは、それぞれが光源で形成される。本発明の第２の変形形態によれば、少なくとも１つ、複数またはすべてのマーキングは１つまたは複数の光源５５によって照らし出される反射体５４によって形成され、これは図９で概略的に示され、反射体５４の形態でマーキング３３を示す。光源５５から放出される光は６３で示される。
【００５７】
本発明の第３の変形形態によれば、少なくとも１つ、複数またはすべてのマーキングは、その中に１つまたは複数の光源５５光６３が結合する光導波路６４で形成され、これは図１０で概略的に示され、光導波路６４の形態でマーキング３３を示す。
【００５８】
反射体または光導波路として構成される各マーキングに、別々の光源が供給されてもよい。しかしながら、いくつかまたはすべての反射体、若しくは光導波路に同一の光源が供給されるようにすることも可能である。例えば、外部マーキング３３および３４に対しては、共通または別々の光源がそれぞれ供給されてもよい。さらに、内部マーキング２４および２５に対しては、共通または別々の光源がそれぞれ供給されてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  風力タービン
２  底部
３  タワー
４  機械筐体
５  搬送機
６  ロータ
７  ロータシャフト
８  ロータハブ
９  回転羽根
１０  回転羽根
１１  羽根軸
１２  羽根軸
１３  羽根角度調整駆動部
１４  羽根角度調整駆動部
１５  風
１６  発電機
１７  風力タービン制御システム
１８  回転羽根
１９  羽根軸受
２０  羽根軸
２１  羽根軸受
２２  羽根軸受
２３  羽根根元
２４  内部マーキング
２５  内部マーキング
２６  回転羽根の空洞
２７  カメラ
２８  ミラー
２９  ミラー
３０  カメラの感光性表面
３１  ビーム光路
３２  ビーム光路
３３  外部マーキング
３４  外部マーキング
３５  ビーム光路
３６  ビーム光路
３７  評価デバイス
３８  画像データ
３９  カメラ
４０  カメラの感光性表面
４１  画像データ
４２  張力または伸張センサ
４３  張力または伸張センサ
４４  変形データ
４５  カメラで撮像された画像
４６  屈曲が無い外部マーキングの画像
４７  屈曲が無い外部マーキングの画像
４８  屈曲がある外部マーキングの画像
４９  屈曲がある外部マーキングの画像
５０  変位が無い内部マーキングの画像
５１  変位が無い内部マーキングの画像
５２  変位がある内部マーキングの画像
５３  変位がある内部マーキングの画像
５４  反射体
５５  光源
５６  計測デバイス
５７  保持部材
５８  羽根角度調整駆動部
５９  画像変位
６０  画像変位
６１  画像変位
６２  画像変位
６３  光源からの光
６４  光導波路
６５  ボルト
６６  羽根軸受部分
６７  ボルト
６８  羽根軸受部分
６９  羽根軸受のボール
７０  保持部材
７１  ナット
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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