(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を支持するための基礎であって、
基礎本体と、
下部アンカプレート及び前記構造物を連結した少なくとも１つのアンカボルトと、
前記少なくとも１つのアンカボルトにかかる荷重を測定する磁気ひずみ荷重測定センサと、
を含み、
前記磁気ひずみ荷重測定センサが、前記基礎本体内に配置され、
前記磁気ひずみ荷重測定センサが、
前記少なくとも１つのアンカボルトの各々に対して設けられ、該少なくとも１つのアンカボルトの長さの方向にその長さが延びる少なくとも２つの磁気エンコーデッド鋼ロッドと、
前記少なくとも２つの磁気エンコーデッド鋼ロッドに近接して配置された磁場センサと、
を含み、
前記少なくとも２つの磁気エンコーデッド鋼ロッドが、前記少なくとも１つのアンカボルトの第１の位置及び第２の位置に固定連結される、
基礎。
【請求項２】
該基礎の４つの側部におけるアンカボルトには、荷重測定センサが備えられ、
前記４つの側部の２つが、それぞれ互いに対向している、
請求項１に記載の基礎。
【請求項３】
請求項１または２に記載の基礎と、
前記基礎によって支持されたタワーと、
を含む、風力タービン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎、特にタワーのような背高の、重量のある又は大型の構造物の支持用のコンクリートピア基礎のような補強コンクリート基礎に関する。さらに、本発明は、基礎内の引張応力を測定する方法に関する。より具体的には、本発明は、風力タービン用の基礎並びに該基礎の構成要素内の引張応力を測定する方法に関する。特に、本発明は、構造物、例えば風力タービンを支持するための基礎並びに該基礎内の引張応力を測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力線、通信システム、街路照明、道路信号、橋脚、商業看板、高速道路標識、スキーリフト及び風力タービンを支持するために使用することができる、例えばタワーなどのような構造物用の基礎を最適化するためには、コンクリート基礎内に含まれた補強ボルトの荷重を測定することが、望ましい。基礎内の荷重測定値は、重量及び寸法に関して基礎を最適化するために使用することができ、また構造物の稼動による疲労を評価するために使用することができる。
【０００３】
多くの場合、大型の基礎は、大量の補強鋼（鉄筋）及びそれら鉄筋を包み込むための大量のコンクリートを必要とする。そのような基礎は、極めて高い圧縮力及び引張力を受ける可能性がある。その結果、基礎にはまた、アプセット（転倒）力が加わる可能性がある。従来では、アンカプレートに連結されたボルトは、公称トルク値まで締付けられる。公称トルク値は、例えばボルトナットにおいて測定することができる。摩擦及びその他の製作観点に照らして、この方法では、所望の精度を得ることができない。例えば、一旦ボルトが締付けられると、ボルトの以前の状態を測定することはできない。特に構造構成要素の多くは、それらがコンクリートなどに埋め込まれると、それらにアクセスすることができないので、荷重測定を実施するのは難しい。ボルトの引張応力の測定は、ボルトの長さ及び引張状態に起因する共振周波数シフトの超音波測定と特別な摩擦ナットを使用してのボルトナットにおける摩擦測定とによって実施することができる。しかしながら、これらの方法は、オフラインでしか実施することができない。基礎によって支持された構造物の構成要素に対しても、同様の観点が当てはまる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記のことを考慮して、独立請求項１による基礎と、独立請求項７及び独立請求項８による風力タービンと、独立請求項１０による基礎アンカボルト内の引張応力を測定する方法とを提供する。
【０００５】
本発明の別の態様、利点及び特徴は、従属請求項、詳細な説明及び添付の図面から明らかである。
【０００６】
第１の実施形態によると、構造物を支持するための基礎を提供する。本基礎は、基礎本体と、下部アンカプレート及び構造物を連結した少なくとも１つのアンカボルトと、少なくとも１つのアンカボルトにかかる荷重を測定するようになった磁気ひずみ荷重測定センサとを含み、磁気ひずみ荷重測定センサは、基礎本体内に配置される。
【０００７】
別の実施形態によると、風力タービンを提供する。本風力タービンは、基礎本体と、下部アンカプレート及び構造物を連結した少なくとも１つのアンカボルトと、基礎本体内に配置されかつ少なくとも１つのアンカボルトにかかる荷重を測定するようになった磁気ひずみ荷重測定センサと、基礎によって支持されたタワーとを含む。
【０００８】
さらに別の実施形態によると、風力タービンを提供する。本風力タービンは、タワー、該タワーによって支持されたナセル、該ナセルに連結されたハブ、及び該ハブに連結された少なくとも１つのロータブレードから成る群の少なくとも１つの構造構成要素を含み、該構造構成要素の少なくとも１つに対して、少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドが連結され、該少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドは、少なくとも１つの構造構成要素の第１の位置及び該少なくとも１つの構造構成要素の第２の位置に固定連結され、磁場センサが、少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドに近接して配置される。
【０００９】
さらに別の実施形態によると、基礎のアンカボルト内の引張応力を測定する方法を提供する。本方法は、基礎内に磁気ひずみ荷重センサを埋め込むステップと、磁気ひずみ荷重センサの信号配線に外部アクセスするようになったプラグを設けるステップと、プラグに対して測定電子機器を接続するステップと、アンカボルトの引張応力を測定するステップとを含む。
【００１０】
当業者に対する本発明のその最良の形態を含む完全かつ実現可能な開示は、添付の図を参照しながら本明細書の残りの部分においてより具体的に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の様々な実施形態、すなわち図に示した本発明の１つ又はそれ以上の実施例について詳細に説明することにする。各実施例は、本発明の説明のために示しているものであり、本発明の限定を意図するものではない。例えば、１つの実施形態の一部として例示しかつ説明した特徴部は、その他の実施形態において又は該その他の実施形態と共に使用して、さらに別の実施形態を得ることができる。本発明は、そのような修正又は変更を包含することを意図している。
【００１２】
一般的に、コンクリートは、コンクリートピア基礎内で圧縮荷重を支える。引張荷重は、基礎内に含まれた補強バーによって支えることができる。アンカボルトは一般的に、支持構造物を基礎に取付けるために使用される。アンカボルトは、補強鋼（鉄筋）マトリックス又は鉄骨構造内に配置することができる。従って、例えばアンカボルトが引き抜かれるのを防止するために、各ボルトの頂部に着脱可能なテンプレートを使用しまた各ボルトの底部に別個のアンカプレートを使用することが可能である。モジュール全体には、コンクリートを流し込むことができる。基礎がタワーのような構造物を支持する時、基礎に作用する引張荷重及び圧縮荷重は変化する。支持構造物にかかる傾動力又は転倒力により発生する可能性がある引張荷重は、アンカボルトによって基礎の頂部付近に加わり、アンカプレートに対する作用点の下方の基礎の大部分に作用する。従って、基礎内における引張荷重及び圧縮荷重は、ボルトアンカプレート付近に境界を有し、この境界において、コンクリートにかかる荷重が、支持構造物の力に依存して圧縮荷重から引張荷重に変化する。
【００１３】
図１は、構造物２０を支持する基礎１００の実施形態を示している。図１は、例えば風力タービンのタワーの下部セクション又は他のいずれかのタワーの下部セクションとすることができる構造物２０の下部セクションを示している。基礎１００は、基礎本体１０２を含む。異なる実施形態によると、基礎本体１０２は、例えば基礎本体１０２内に設置されたコンクリート及び補強バー（鉄筋）又は鉄骨構造で作られた１つ又はそれ以上のセクションを含むことができる。
【００１４】
鉄筋マトリックスを組立て又は事前組立てしかつ基礎のボリュームをコンクリートなどで満たすためには、多大な労働が必要となる可能性がある。さらに、一般的な円筒形の基礎は、基礎用の穴を形成するために、ドリルの使用を必要とする。従って、基礎が稼働条件下で支持構造物に対して十分な安定性及び稼働安全性を依然としてもたらすような範囲内で、基礎中の材料の量を減少させる要望が存在する。
【００１５】
図１は、基礎本体１０２内に埋め込まれたアンカプレート１０４を示している。アンカボルト１１０は、アンカプレート１０４に固定され、かつアンカプレートから基礎１００の上部分まで延びる。構造物２０はまた、アンカボルト１１０に固定される。従って、構造物２０とアンカプレート１０４との間の連結が得られる。
【００１６】
アンカボルト１１０はまた、引張ボルト又は補強ボルトと呼ぶことができる。本明細書に記載した他の実施形態と組合せることができる典型的な実施形態によると、アンカボルトは一般的に、基礎の中心から半径方向に間隔を置いて配置された並列対として設けることができる。別の実施形態によると、アンカボルトの内側リングは、アンカボルトの外側リングよりも僅かに小さい直径を有することができる。例えば、１８個の内側アンカボルト及び１８個の外側アンカボルトすなわち合計３６個のアンカボルトを、リング状の形状で設けることができる。他の実施形態によると、３６個よりも多いアンカボルト、例えば合計７２個又は９６個のアンカボルトでさえ、設けることができる。さらに異なる実施形態によると、ボルトのリングは、数センチメートル離れた直径を有することができる。
【００１７】
ボルト１１０の下端部は、ナット１１３内にアンカボルトを螺合することによってアンカプレート１０４に固定し、埋め込みリングとすることができる。アンカボルト１１０の上部分は、該アンカボルト上に螺合したナット１１２によって固定することができる。
【００１８】
構造物２０の第１のすなわち下部分を基礎に取付ける時に、アンカボルト１１０は、ナット１１２を締付けることによって、引張りを受ける。従って、構造物２０を基礎１００に押し付けるためには、事前引張（初期引張）荷重が加わる。アンカボルト１１０にかかるこれらの事前引張荷重は、支持構造物の稼動時に発生する可能性がある荷重又は構造物２０全体の建設により発生する可能性がある荷重とは等しくない。
【００１９】
事前引張荷重は、所望の値で加えなければならない。さらに、事前引張荷重は、基礎が完全には作り上げられていない場合或いは基礎のコンクリートがアンカボルト１１０と相互に作用し始めた場合に、時間の経過と共に変化する可能性がある。アンカボルトに対して所望の事前引張荷重値を与えるためには、例えばナット１１２の締付けの間に、アンカボルト１１０内の引張応力を監視することが望ましい。コンクリート基礎本体内に含まれたアンカボルト（引張ボルト又は補強ボルト）内の引張応力を測定する検知方法は、荷重測定センサ１２０によって行うことができる。従って、例えば、時間的に安定な測定を行うことができる。
【００２０】
本明細書に記載した他の実施形態と組合せることができる幾つかの実施形態によると、荷重測定センサ１２０は、磁気ひずみ効果に基づいた測定器を構成する。従って、アンカボルト１１０にアクセスする必要なしに、引張応力測定に適用することができる。従って、長期にわたって高い安定性で測定を行うことができる。
【００２１】
本明細書に記載した他の実施形態と組合せることができる本明細書に記載した実施形態によると、強磁性材料のボルト又は強磁性材料のロッドは、材料が磁場センサによって検知することができる永久的に磁気的にエンコードした（永久磁気エンコードデッド）領域を有するようにエンコードすることができる。異なる実施形態によると、磁場センサは、エンコーデッド強磁性物体に近接近させて配置された１つ又はそれ以上の受動検知素子、例えばコイル、巨大磁気抵抗センサ、磁気光学センサ、フラックスゲートセンサ又は光ファイバセンサを含むことができる。例えば、本明細書に記載した実施形態の場合には、０．０ｍｍ〜１０ｍｍ、例えば７ｍｍよりも小さいボルト又はロッドまでの距離の範囲内に磁場センサを配置することができる。従って、異なる実施形態によると、その距離は、長期間にわたって例えば０．３ｍｍ又はそれ以下の偏差でほぼ一定の値になるようになっている。さらに、直接接触測定の場合には、ボルト又はロッドと磁場センサとの間に、電気絶縁シートを設けることができる。
【００２２】
図２に示したように、幾つかの実施形態によると、磁気ひずみ荷重測定センサ１２０は、アンカボルト１１０上に設けられた第１及び第２のナット２１２を含むことができる。これらのナットは、固定位置に設けられる。例えばフェライト鋼で作られた磁気エンコーデッド鋼ロッド２１４が、ナット２１２間に設けられる。ナット２１２は、アンカボルト１１０上の第１の固定位置及び第２の固定位置に設けられるので、アンカボルト１１０の伸長は、磁気エンコーデッド鋼ロッド２１４に伝達する。磁気エンコードの観点から、鋼ロッド２１４の引張応力は、磁場センサ２１６によって測定することができる。従って、アンカボルト１１０上の引張及び／又は圧縮荷重は、荷重測定センサ１２０によって測定することができる。
【００２３】
本明細書に記載した他の実施形態と組合せることができる幾つかの実施形態によると、１つのロッド又はボルトにおいて、複数の磁場センサを使用することができる。これにより、示差測定を行うことが可能になる。一例として、示差測定を行う１つの方法は、鋼ロッドの磁気エンコーデッドセクションの上方のセンサによる測定磁場を該鋼ロッドの磁気エンコーデッドセクション内のセンサによる測定磁場と比較することとすることができる。また、複数の磁場センサは、単一のセンサが時間の経過と共に機能しなくなるような状況において信頼性を向上させるのを可能にすることができる。
【００２４】
本明細書に記載した実施形態では、ナット１１２の締付けの間すなわち例えば風力タービンのような構造物２０の建設の間及び／又は構造物２０の稼動の間に、アンカボルトの引張応力を連続的又は定期的に監視することができる。本明細書に記載した実施形態に照らして、この監視は、例えば基礎本体内にコンクリートを流し込むことによって基礎１００が製作完了すると直ちにアンカボルト１１０への直接アクセスだけ（頂部からのみの）が一般的に制限されることになったとしても、可能である。
【００２５】
さらに本明細書に記載した実施形態によると、例えば鋼ロッド２１４の磁気エンコードは、センサの設置前に１度実施されると、将来の稼動の間に同一のエンコーデッド領域を有する同一のエンコーデッド状態に維持されるので、測定信号の過剰なドリフトなしに引張状態の測定が可能になる。
【００２６】
図２は、磁気ひずみ荷重測定センサ１２０の実施形態を示しており、この実施形態では、少なくとも２つの磁気エンコーデッドロッドが、アンカボルト１１０の長さの方向に延びるように配置されている。従って、アンカボルトの引張応力を測定することが可能であり、この引張応力は、図２に示すエンコーデッドロッドの両方における引張に対応している。他の実施形態によると、アンカボルト１１０の曲げモーメントを測定することもまた、可能である。従って、曲げモーメントは、図２に示すそれぞれのエンコーデッドロッド２１４における異なる引張応力値に対応することになる。さらに別の実施形態によると、１つのみの磁気エンコーデッドロッドを含む荷重測定センサ１２０を設けて、それによって、減少した荷重情報すなわち引張応力のみを得ることができるようにすることもまた可能にすることができる。さらに別の実施形態によると、アンカボルト１１０の周りに、３つ、４つ又はそれ以上の鋼ロッドを設けることができる。従って、例えば、一般的に互いに対して垂直である２つの方向の曲げモーメントを付加的に測定することができる。
【００２７】
本明細書に記載した典型的な実施形態によると、基礎のアンカボルト１１０は、１ｍ〜３ｍ、例えば２ｍの範囲内の長さを有することができる。一般的に、幾つかの実施形態によると、アンカボルト１１０自体を磁気エンコードしかつ該アンカボルト１１０に直接近接させてすなわち近接近させて磁場センサを設けることが可能になる。アンカボルトに沿って異なる位置に異なる磁場センサを設けることによって、応力又は曲げモーメントのような異なる荷重を測定することができる。幾つかの実施形態によると、磁場センサは、磁気エンコーデッドロッド又はボルトに対して堅固に取付けることができる。
【００２８】
しかしながら、ボルト又はロッドをエンコードするのには、強磁性材料が必要であるので、アンカボルト全体を所望の材料で形成するのは困難となる可能性がある。従って、図２に関して上述したように、アンカボルト１１０の荷重が伝達される磁気エンコーデッドロッド２１４を設けることによって、必要となる強磁性材料の量を減少させることができる。従って、検知方法に関係なく、アンカボルトの材料を選択することが可能になる。従って、さらに別の選択肢として、２つ又はそれ以上のほぼ全体を磁気エンコードしたロッドは、異なる風力タービン寸法に対してさえも、同一の材料、設計、（小型の）寸法を有することができ、また／又は磁場センサは、常に同一の方法でロッド表面に直接取付けることができることが可能になる。このことにより、現場での校正を省略し、又は少なくとも大幅に減らすことができるので、大量生産が可能になり、従って製造費用の低減を行うことができる。
【００２９】
本明細書に記載した他の実施形態と組合せることができる幾つかの実施形態によると、磁気エンコーデッドロッド２１４は、１ｃｍ〜１０ｃｍ、一般的には３ｃｍ又は５ｃｍの長さを有することができる。磁気エンコーデッドロッドは、荷重測定センサが単位長さ当たりの伸長又は引張応力を得ることができるので、アンカボルトの長さ全体に沿って必ずしも延びる必要はない。さらに別の実施形態によると、アンカボルトに付加した磁気エンコーデッドロッドの使用により、磁気エンコードを改善及び／又は簡素化することができる強磁性材料の特定の選択が可能になる。このことは、測定システムの費用のさらなる低減をもたらすことができる。
【００３０】
本明細書に記載した他の実施形態と組合せることができる別の実施形態によると、荷重測定センサ１２０のために、カプセル又はハウジング２１８が設けられる（図２参照）。一般的に、ハウジング２１８は、ゴム又は発泡体のような軟質材料のものとすることができるスリーブの形態として形成することができる。軟質のスリーブは、アンカボルト１１０の伸長又は移動が荷重測定センサ１２０によって妨げられないように、基礎本体１０２に対する荷重測定ユニット１２０の幾らかの移動を可能にする。例えばコイルのような受動素子によって構成することができる磁場センサに接続されたワイヤ２２２は、ハウジング２１８から外方に延びている。従って、センサ信号処理は、測定を実施している時すなわち外部プラグ（電源を備えた）が接続された時に、実行される。
【００３１】
図３は、基礎本体１０２を有する円形の基礎１００を示している。図３に示すアンカプレートは、基礎を上方から見た時、基礎本体１０２内に埋め込まれ、コンクリートなどによって覆われている。図３に示すように、幾つかの実施形態によると、１２時の位置、３時の位置、６時の位置及び９時の位置におけるアンカボルト１１０には各々、該アンカボルト１１０の内側及び外側リング位置において荷重測定センサ１２０が設けられる。従って、４つの位置の２つが、それぞれ互いに対向しており、例えば基礎１００の北、東、南及び西の位置に設置することができる。
【００３２】
風力タービンのような構造物が基礎上に配置されている場合に、斜動又は転倒（転覆）モーメントが、基礎において構造物から加わる可能性がある。これは、例えば稼動状態、構造物の重心、並びに／或いは構造物に対する風又は他の環境の影響に基づいて発生する可能性がある。これらの転倒モーメントは、基礎の４つの位置の各々に異なる荷重を生じる可能性がある。従って、４つの異なる位置における荷重を測定することによって、構造物によってもたらされた荷重を求めることができる。異なる実施形態によると、基礎の水平面の全ての方向での異なるアンカボルトに対して異なる引張応力を引き起こす荷重を測定するために、少なくとも３つの荷重測定ユニットが設けられる。図３に示すように、４つ又はそれ以上の荷重測定センサは、それぞれ基礎の対向する及び直角に位置する側部に設けることができる。
【００３３】
図４は、その上に構造物２０を設けた基礎本体１０２を有する基礎１００の一部分を示している。基礎本体１０２内に、例えばアンカリングの形態のアンカプレート１０４が埋め込まれ、アンカボルト１１０は、例えばナット１１３によってアンカプレート１０４に固定されかつ該アンカプレート１０４から構造物２０の下端部まで延びる。構造物２０は、ナット１１２によってアンカボルトに、従って基礎に固定される。本明細書に記載した他の実施形態と組合せることができる別の実施形態によると、荷重測定センサ１２０は、ワイヤ４１２によってプラグ４１４に接続され、プラグ４１４は、基礎の外部からアクセス可能であって荷重測定センサ１２０を測定電子機器１２２に接続する。従って、本明細書に記載した実施形態によると、磁気エンコーデッドロッド又はボルト及びコイルを含むことができる磁場センサのような受動素子のみが、基礎内に埋め込まれる。従って、能動電子機器は、コンクリートによる荷重、湿度又はその他の影響を受けない。磁場センサは、コイルのような受動素子によって構成することができる。従って、センサ信号処理は、測定を実施している時すなわち外部プラグ（電源を備えた）が接続された時に、実行される。
【００３４】
さらに別の実施形態によると、ワイヤ４１２は、最大１ｍ又は２ｍまでの長さを有することができる。従って、プラグ４１４は、基礎１００の上部分においてアクセスできるように設置することができる。基礎上に取付けられた風力タービンのタワーの場合には、プラグ４１４は、例えば風力タービンの中空タワー内に設置することができる。さらに別の実施形態によると、磁場センサには、無線誘電型ＩＣ又はＲＦ−ＩＤ型通信用コンポーネントのような無線信号伝送用の送信機を備えることができる。従って、コンクリート内のワイヤは、省略することができる。
【００３５】
本明細書に記載した実施形態によると、測定結果への永久的アクセスを可能にすることによってコンクリート基礎のアンカボルト又は引張ボルト内の引張応力を測定することができることは、幾つかの選択肢を可能にする。アンカボルトにかかる引張荷重は、構造物の下部分を基礎に締付ける間に、監視することができる。引張応力の連続的な又は定期的な監視は、基礎を改善することを可能にし、大量の鋼バー、鉄筋又は引張バーの必要性を排除することができ、かつ必要になるコンクリートの量を大幅に減少させることができる。アンカボルトの引張応力の連続的な又は定期的な監視によって、早期に構造物内で発生する可能性がある潜在的な問題の検出が可能になる。そのような問題は、例えば基礎内の非対称荷重、時間の経過における予想外の荷重変化、及び／又は基礎の補強構造における損傷の検出である可能性がある。基礎の荷重分布の簡単かつ直接的な測定はさらに、風力タービンのような構造物が稼動している場合とそのような構造物が建設されているが稼動してはいない場合との両方において、構造物の稼動状態に関する情報を提供することができる。さらに、保守などのために、基礎内の引張応力における長期間安定性について示すことができる。さらに、ボルト内の実応力に関する情報を集めることによって、完全張力限度までボルトを利用するのを助けることができ、またボルトが引張力をアンカプレートの上方のコンクリートに伝達しているか否かを示すことができる。
【００３６】
本明細書に記載した実施形態による基礎は、電力線、通信システム、街路照明、道路信号、橋脚、商業看板、高速道路標識、スキーリフト及び風力タービンに使用することができる構造物又はタワーのために使用することができる。図５は、基礎１００を含む風力タービン５００の実施例を示している。風力タービン５００のタワー２０は、基礎１００によって支持され、アンカプレート１０４から延びるアンカボルト１１０に固定される。基礎上の１つ又はそれ以上の位置における或いは１つ又はそれ以上のアンカボルト１１０内における荷重は、本明細書に記載した実施形態による荷重測定ユニットによって監視することができる。図５は、４つの荷重測定ユニット１２０を示している。タワー２０の頂部には、ナセル２２が設けられる。ナセル２２は、その上にロータブレード２８が取付けられたハブ２６を支持する。
【００３７】
図６には、風力タービン５００の変更実施形態を示している。上述した構成要素に加えて、風力タービン５００のタワー２０内には、荷重測定ユニット６００が設けられる。図２に関して説明した荷重測定ユニットと同様に、荷重測定ユニット６００は、磁気エンコーデッドロッド６１４及び磁場センサ６１６を含む。異なる実施形態によると、磁気エンコーデッドロッド６１４は、２つの固定位置において取付け要素６１２によってタワー壁に取付けることができる。さらに別の異なる実施形態によると、取付け要素６１２は、タワー壁に溶接し、タワー壁に接着し、又はタワー壁にネジ止めするなどすることができる。風力タービン５００のタワー２０に作用する荷重により、磁気エンコーデッドロッド６１４上に圧縮応力又は引張応力が伝達される。従って、タワーの荷重測定は、１つ又はそれ以上の、例えば４つの荷重測定センサ６００によって行うことができる。
【００３８】
本明細書に記載した他の実施形態と組合せることができるさらに別の実施形態によると、荷重測定ユニット６００は、タワー内の異なる高さ位置に、或いは風力タービン５００の他の構造要素、例えばナセル、ハブ、又はロータブレードなどに設けることができる。従って、荷重測定ユニットは、現存する風力タービン内に又は風力タービンの製作後に容易に設置することができる。取付け要素によって付加される測定システムは、あらゆる時点において風力タービン上に設けることができ、その据付の間に風力タービン内に統合する必要はない。
【００３９】
さらに別の実施形態によると、図６に示すロッド６１４を設けることに加えて又は設けることに代えて、タワーなど内の圧縮応力及び／又は引張応力を測定するために、タワーの壁の一部分又は別の構成要素を磁気エンコードすることができる。
【００４０】
さらに別の実施形態によると、同様な荷重測定はまた、風力タービン以外の他の用途にも適用することができる。さらに、荷重測定ユニット６００は、使用する基礎の種類に関係なく適用することができる。すなわち、荷重測定ユニットはまた、荷重測定ユニットがない状態の基礎が風力タービンを支持している場合にも設けることができる。
【００４１】
次に、図７に関して、基礎内の荷重を測定する方法の異なる実施形態について説明する。ステップ７０２において、コンクリートなどで基礎本体を満たす前に、基礎内に磁気ひずみ測定センサを設ける。ステップ７０４において、基礎が満たされ、それによって、荷重測定センサは基礎内に埋め込まれる。ステップ７０６において、基礎の外部で荷重測定センサの磁場センサに配線するようになったプラグを設ける。従って、基礎のアンカボルト内の引張応力のドリフト抵抗測定は、連続的又は定期的ベースで行うことができる。従って、幾つかの実施形態によると、基礎内には、受動センサ素子のみが埋め込まれる。
【００４２】
ステップ７０７によると、基礎上の構造物の建設の間に事前引張荷重を監視するために、１つ又はそれ以上の磁気ひずみ荷重測定センサを使用することができる。事前引張荷重の正確な監視を行うことによって、構造物の建設の間又はその後の構造物の耐用期間の間に、アンカボルトの事前引張荷重の変化を検出することが可能になる。
【００４３】
さらに別の又は付加的な実施形態によると、ステップ７０８において、測定電子機器は、アンカボルト内の引張応力を測定するようになったプラグに接続することができる。これは、例えば風力タービンのような構造物の保守の間に行うことができる。従って、ステップ７１０において、アンカボルト内の引張応力の正確な測定は、週間、月間又は年間ベースで行うことができる。荷重測定ユニットの僅かなドリフトを踏まえて、アンカボルトの荷重の変化を検出することができる。従って、異なる位置において測定するために、１つの能動電子測定器を使用することができる。望ましくない測定結果が検出された場合には、対応措置を取ることができる。
【００４４】
さらに別の実施形態によると、それに代えて又はそれに加えて、アンカボルトにかかる引張応力を連続的に又は準連続的に監視するようになった能動測定電子機器を基礎の外部に永久的に設けることができる。例えば、基礎の１つ又はそれ以上の位置における引張応力値は、秒、分又は時間のベースで（例えば、１秒毎、１分毎、又は１時間毎に）、監視することができる。そのような信号は、構造物全体の制御ユニットのためにフィードバックすることができる。例えば、風力タービンが稼動している場合には、風力タービンの制御ユニットに対してフィードバックを行うことができる。従って、風力タービンの異なる要素の制御による荷重変化により、制御ユニットに対する直接フィードバックを得ることができる。
【００４５】
上述したように、異なる実施形態によると、風力タービンのような構造物の引張応力荷重測定は、２つの異なる状態について検討することができる。基礎上の荷重は、風力タービンの稼動の間に測定することができ、或いは風力タービンは、静止状態の下で基礎上の荷重を測定することができるように、停止することができる。
【００４６】
本明細書に記載した異なる実施形態によると、構造物を支持するための基礎を提供する。本基礎は、基礎本体と、下部アンカプレート及び構造物を連結した少なくとも１つのアンカボルトと、基礎本体内に配置されかつ少なくとも１つのアンカボルトにかかる荷重を測定するようになった磁気ひずみ荷重測定センサとを含むことができる。異なる任意選択的な設計によると、磁気ひずみ荷重測定センサは、少なくとも１つのアンカボルトに近接して配置された磁場センサを含むことができ、或いはそれに代えて又はそれに加えて、磁気ひずみ荷重測定センサは、少なくとも１つのアンカボルトに連結されかつ該少なくとも１つのアンカボルトの長さの方向にその長さが延びる少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドと、少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドに近接して配置された磁場センサとを含むことができる。
【００４７】
他の実施形態のいずれかと組合せることによって形成することができるさらに別の実施形態によると、基礎本体内に埋め込まれている磁場センサの一部分は、受動素子から構成される。この場合に、一般には、基礎本体の外部にある電源は、磁場センサに接続される。
【００４８】
従って、さらに別の実施形態によると、少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドは、少なくとも１つの引張ボルトの第１の位置及び少なくとも１つのアンカボルトの第２の位置に固定連結されることが可能になる。さらに別の典型的な実施形態によると、少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドは、少なくとも１つの引張ボルト上に設けられた第１のナットに対して該少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドを固定することによって、第１の位置に固定連結することができ、また少なくとも１つの引張ボルト上に設けられた第２のナットに対して該少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドを固定することによって、第２の位置に固定連結することができる。さらに別の又は付加的な変更として、少なくとも２つの磁気エンコーデッド鋼ロッドは、少なくとも１つのアンカボルトの各々に対して設けることができ、また少なくとも１つの磁場センサは、少なくとも２つの磁気エンコーデッド鋼ロッドの各々に近接して配置することができる。
【００４９】
本明細書に記載した実施形態のいずれかと組合せることができる典型的な実施形態によると、少なくとも３６個のアンカボルトを設けることができる。別の任意選択的な要素として、少なくとも３６個のアンカボルトの少なくとも３つのアンカボルトには、荷重測定センサを備えることができる。
【００５０】
本明細書に記載した実施形態のいずれかと組合せることができるさらに別の実施形態によると、基礎の４つの側部におけるアンカボルトには、荷重測定センサを備えることができ、４つの側部の２つが、それぞれ互いに対向している。本明細書に記載した実施形態のいずれかと組合せることができるさらに別の実施形態によると、磁気ひずみ荷重測定センサは、少なくとも１つのアンカボルト内の引張応力を測定するようになっている。
【００５１】
本明細書に記載した実施形態のいずれかと組合せることができる他の実施形態によると、信号アクセスのために基礎の外部に配置されかつ磁気ひずみ荷重測定センサに接続されたワイヤを終端処理するようになったプラグを設けることができる。それに代えて又はそれに加えて、基礎本体内での荷重測定ユニットの移動を可能にするようになった該荷重測定ユニット用のハウジングを設けることができる。
【００５２】
幾つかの実施形態によると、本明細書に記載した実施形態のいずれかによる基礎を有する風力タービンを提供することができる。従って、一例として、信号アクセスのために基礎の外部でタワー内に配置されかつ測定センサに接続したワイヤを終端処理するようになったプラグを設けることが可能になる。
【００５３】
本明細書に記載した実施形態のいずれかと組合せることができる幾つかの実施形態によると、風力タービンを提供する。本風力タービンは、タワー、該タワーによって支持されたナセル、該ナセルに連結されたハブ、及び該ハブに連結された少なくとも１つのロータブレードから成る群の少なくとも１つの構造構成要素を含むことができ、該構造構成要素の少なくとも１つに対して、少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドが連結され、該少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドは、少なくとも１つの構造構成要素の第１の位置及び該少なくとも１つの構造構成要素の第２の位置に固定連結され、また本風力タービンはさらに、少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドに近接して配置された磁場センサを含むことができる。１つの実施形態によると、構造構成要素は、タワーとすることができ、少なくとも１つの磁気エンコーデッド鋼ロッドは、タワーの壁に近接して延びる。別の実施形態によると、任意選択的に、本明細書に記載した実施形態のいずれかによる基礎を設けることができる。
【００５４】
さらに別の実施形態によると、基礎アンカボルト内の引張応力を測定する方法を提供する。本方法は、基礎内に磁気ひずみ荷重センサを埋め込むステップと、磁気ひずみ荷重センサの信号配線に外部アクセスするようになったプラグを設けるステップと、プラグに対して測定電子機器を接続するステップと、アンカボルトの引張応力を測定するステップとを含む。付加的な選択肢によると、この測定するステップは、連続的に又は準連続的にかつ／或いは週間、月間又は年間ベースで定期的に行うことができる。従って、一例として、測定電子機器は、１つよりも多いプラグに連続的に接続することができる。別の実施形態によると、この測定するステップは、構造物の基礎への締付けの間及び／又は基礎上での構造物の製作の間に行うことができる。
【００５５】
従って、本明細書に記載した実施形態のいずれかと組合せることができる幾つかの実施形態によると、締付けの間のボルト内の引張荷重を測定するために、この測定を使用することができる。従って、別の変更形態として、正しい事前引張荷重が達成された瞬間に、締付けプロセスを終了することができる。
【００５６】
本明細書は、最良の形態を含む実施例を使用して本発明を開示しまたさらに当業者が本発明を製作しかつ使用するのを可能にする。様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明が特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の修正で実施することができることは、当業者には分かるであろう。特に、上記した実施形態の相互に非排他的な特徴部は、互いに組合せることができる。本発明の特許性がある技術的範囲は、特許請求の範囲によって定まり、かつ当業者が想起するその他の実施例を含むことができる。そのようなその他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有するか又はそれらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲の技術的範囲内に属することになることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本明細書に記載した実施形態によるアンカボルト及びアンカボルト引張応力測定器を有する基礎の概略側面図。
【図２】本明細書に記載した実施形態によるアンカボルト内の引張応力を測定するための荷重測定センサの概略図。
【図３】本明細書に記載した実施形態によるアンカボルト及びアンカボルト引張応力測定器を有する基礎の概略平面図。
【図４】本明細書に記載した実施形態によるアンカボルト及びプラグに接続された配線を備えたアンカボルト引張応力測定器を有する基礎を示す概略図。
【図５】本明細書に記載した実施形態によるアンカボルト及びアンカボルト引張応力測定器を備えた基礎を有する風力タービンを示す概略図。
【図６】本明細書に記載した実施形態によるアンカボルト及びアンカボルト引張応力測定器を備えた基礎と本明細書に記載した実施形態によるそのタワー内に例示したさらに別の荷重測定器とを有する風力タービンを示す概略図。
【図７】本明細書に記載した実施形態による基礎アンカボルト内の引張応力を測定する別の方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００５８】
２０  構造物／タワー
２２  ナセル
２６  ハブ
２８  ロータブレード
１００  基礎
１０２  基礎本体
１０４  アンカプレート
１１０  アンカボルト
１１２  ナット
１１３  ナット
１２０  （磁気ひずみ）荷重測定センサ
１２２  電子機器
２１２  ナット
２１４  鋼ロッド
２１６  磁場センサ
２１８  ハウジング／カプセル
２２２  配線
４１２  ワイヤ
４１４  プラグ
５００  風力タービン
６００  荷重測定ユニット
６１２  取付け要素
６１４  磁気エンコーデッドロッド
６１６  磁場センサ
【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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