(57)【要約】【課題】潤滑油や水などの環境に影響されず、回転軸の変位を高精度に監視することができる状態監視装置を提供する。【解決手段】本開示は、軸受の異常を検出する状態監視装置に関する。状態監視装置は、軸受によって支持される回転軸２０が変位すると接触度合いが変化するように回転軸２０の周面に対向するように配置された摩擦部材１４６と、摩擦部材１４６に接触する状態監視センサ１４５とを備える。状態監視センサ１４５は、ＡＥセンサまたは加速度センサである。好ましくは、摩擦部材１４６は、回転軸２０に対して、軸受に働く軸受荷重の作用する側に配置される。【選択図】図３
2018159621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定輪がハウジングに固定された軸受の異常を検出する状態監視装置であって、
前記軸受によって支持される回転軸が前記ハウジングに対して変位すると接触度合いが変化するように前記回転軸の周面に対向するように配置された摩擦部材と、
前記摩擦部材に接触する状態監視センサとを備え、
前記状態監視センサは、ＡＥセンサまたは加速度センサである、状態監視装置。
【請求項２】
前記摩擦部材は、前記回転軸に対して、前記軸受に働く軸受荷重の作用する側に配置される、請求項１に記載の状態監視装置。
【請求項３】
前記ハウジングに前記摩擦部材および前記状態監視センサを固定するステーをさらに備える、請求項１または２に記載の状態監視装置。
【請求項４】
前記状態監視センサと前記ステーとの間に配置された振動を遮断する防振材をさらに備える、請求項３に記載の状態監視装置。
【請求項５】
前記摩擦部材と前記回転軸との摩擦時に、前記回転軸１回転当たりの前記摩擦部材の摩耗量は、前記回転軸１回転当たりの前記軸受の摩耗量に比べ大きい、請求項１または２に記載の状態監視装置。
【請求項６】
前記状態監視センサの出力を受け、前記軸受に異常が生じたか否かを判定する演算処理装置をさらに備え、前記演算処理装置は、前記状態監視センサから得られた特徴量が第１しきい値より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、前記軸受に異常が発生したと判定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の状態監視装置。
【請求項７】
前記状態監視センサの出力を受け、前記軸受に異常が生じたか否かを判定する演算処理装置をさらに備え、
前記演算処理装置は、
第１運転期間において前記状態監視センサから得られた特徴量に基づいて第１しきい値を決定し、前記特徴量が前記第１しきい値より小さい状態に遷移した前記第１運転期間よりも後の第２運転期間において前記状態監視センサから得られた特徴量に基づいて、第２しきい値を決定し、
前記第２運転期間の後に前記状態監視センサから得られた特徴量が前記第２しきい値より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、前記軸受に異常が発生したと判定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の状態監視装置。
【請求項８】
状態監視装置によって固定輪がハウジングに固定された軸受の異常を検出する状態監視方法であって、
前記状態監視装置は、
前記軸受によって支持される回転軸が前記ハウジングに対して変位すると接触度合いが変化するように前記回転軸の周面に対向するように配置された摩擦部材と、
前記摩擦部材に接触する状態監視センサとを備え、
前記状態監視センサは、ＡＥセンサまたは加速度センサであり、
前記状態監視方法は、
第１運転期間において前記状態監視センサから得られた特徴量に基づいて第１しきい値を決定するステップと、
前記特徴量が前記第１しきい値より小さい状態に遷移した前記第１運転期間よりも後の第２運転期間において前記状態監視センサから得られた特徴量に基づいて、第２しきい値を決定するステップと、
前記第２運転期間の後に前記状態監視センサから得られた特徴量が前記第２しきい値より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、前記軸受に異常が発生したと判定するステップとを備える、状態監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸受の異常を検出する状態監視装置および状態監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両や発電用風車等の回転部品の異常を早期に発見し、メンテナンスするために、実稼動状態で回転部品の異常診断を行なう状態監視装置が知られている（特許文献１：特開２００６−１０５９５６号公報）。このような状態監視装置によって、回転部品が組み込まれた装置を人手によって分解して確認しなくても、遠隔地からでも異常診断が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５９５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軸受の状態監視装置は、加速度、速度、変位、音、ＡＥ（Acoustic  Emission）を計測するセンサをハウジングやケースなどの固定部品に設置し状態監視をすることが多い。
【０００５】
しかし、ｄｎ値（内径×回転速度）が２００００以下となるような低速回転の場合には、従来の状態監視装置では検知が難しい。たとえば、加速度、速度および音を検出する場合は応答が小さいので異常検知が難しい。またＡＥを検出する場合は、損傷部以外からの信号、例えばクリープ、保持器と軌道輪の接触、転動体と保持器の接触などによる信号が外乱となって異常検知が難しい。よって、変位センサを用いることが考えられるが、変位センサでも、渦電流型は温度ドリフトが大きいため高精度な異常検知が難しく、高精度測定が可能なレーザー型や静電容量型は潤滑油や水などの環境の影響が大きいため、軸受の状態監視用には問題がある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、潤滑油や水などの環境に影響されず、回転軸の変位を高精度に監視することができる状態監視装置および状態監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示は、固定輪がハウジングに固定された軸受の異常を検出する状態監視装置に関する。状態監視装置は、軸受によって支持される回転軸がハウジングに対して変位すると接触度合いが変化するように回転軸の周面に対向するように配置された摩擦部材と、摩擦部材に接触する状態監視センサとを備える。状態監視センサは、ＡＥセンサまたは加速度センサである。
【０００８】
好ましくは、摩擦部材は、回転軸に対して、軸受に働く軸受荷重の作用する側に配置される。
【０００９】
好ましくは、状態監視装置は、軸受のハウジングに摩擦部材および状態監視センサを固定するステーをさらに備える。
【００１０】
より好ましくは、状態監視装置は、状態監視センサとステーとの間に配置された振動を遮断する防振材をさらに備える。
【００１１】
好ましくは、摩擦部材と回転軸との摩擦時に、回転軸１回転当たりの摩擦部材の摩耗量は、回転軸１回転当たりの軸受の摩耗量に比べ大きい。
【００１２】
好ましくは、状態監視装置は、状態監視センサの出力を受け、軸受に異常が生じたか否かを判定する演算処理装置をさらに備える。演算処理装置は、状態監視センサから得られた特徴量が第１しきい値より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、軸受に異常が発生したと判定する。
【００１３】
好ましくは、状態監視装置は、状態監視センサの出力を受け、軸受に異常が生じたか否かを判定する演算処理装置をさらに備える。演算処理装置は、（ｉ）第１運転期間において状態監視センサから得られた特徴量に基づいて第１しきい値を決定し、（ｉｉ）特徴量が第１しきい値より小さい状態に遷移した第１運転期間よりも後の第２運転期間において状態監視センサから得られた特徴量に基づいて、第２しきい値を決定し、（ｉｉｉ）第２運転期間の後に状態監視センサから得られた特徴量が第２しきい値より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、軸受に異常が発生したと判定する。
【００１４】
本開示の他の局面に係る方法は、状態監視装置によって固定輪がハウジングに固定された軸受の異常を検出する状態監視方法である。状態監視装置は、軸受によって支持される回転軸がハウジングに対して変位すると接触度合いが変化するように回転軸の周面に対向するように配置された摩擦部材と、摩擦部材に接触する状態監視センサとを備える。状態監視センサは、ＡＥセンサまたは加速度センサである。状態監視方法は、（ｉ）第１運転期間において状態監視センサから得られた特徴量に基づいて第１しきい値を決定するステップと、（ｉｉ）特徴量が第１しきい値より小さい状態に遷移した第１運転期間よりも後の第２運転期間において状態監視センサから得られた特徴量に基づいて、第２しきい値を決定するステップと、（ｉｉｉ）第２運転期間の後に状態監視センサから得られた特徴量が第２しきい値より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、軸受に異常が発生したと判定するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の状態監視装置であれば、低速運転の軸受について、潤滑油や水などの環境に影響されずに高精度な異常検知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態に従う状態監視装置が適用される風力発電装置の構成を概略的に示した図である。
【図２】主軸を支持する軸受にかかる軸受荷重の向きを説明するための模式図である。
【図３】実施の形態１の状態監視装置の構成を示す図である。
【図４】実施の形態１の状態監視装置の測定データを示す図である。
【図５】実施の形態１において、演算処理装置が実行する異常判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図６】実施の形態１の変形例の状態監視装置の構成を示す図である。
【図７】実施の形態１の変形例の状態監視装置の測定データを示す図である。
【図８】実施の形態２の状態監視装置の測定データを示す図である。
【図９】実施の形態２において、演算処理装置が実行する異常判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】実施の形態２の変形例の状態監視装置の測定データを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００１８】
［風力発電装置全体の構成］
図１〜図２を参照して、本実施形態に係る状態監視装置を適用可能な装置の一例である風力発電装置の構成を説明する。なお、風力発電装置は、一例であり、鉄道車両やスピンドルなどの軸受にも本実施の形態に係る状態監視装置は適用可能である。
【００１９】
図１は、この発明の実施の形態に従う状態監視装置が適用される風力発電装置の構成を概略的に示した図である。図１を参照して、風力発電装置１０は、回転軸２０と、ハブ２５と、ブレード３０と、増速機４０と、発電機５０と、制御盤５２と、送電線５４とを備える。また、風力発電装置１０は、主軸用軸受（以下、単に「軸受」と称する。）６０と、データ処理装置８０とをさらに備える。増速機４０、発電機５０、制御盤５２、軸受６０及びデータ処理装置８０は、ナセル９０に格納され、ナセル９０は、タワー９２によって支持される。
【００２０】
回転軸２０は、風力発電装置の主軸であり、軸受６０によって回転自在に支持され、ナセル９０内で増速機４０の入力軸に接続される。そして、回転軸２０は、風力を受けたブレード３０により発生する回転トルクを増速機４０の入力軸へ伝達する。ブレード３０は、回転軸２０の先端のハブ２５に取り付けられており、風力を回転トルクに変換して回転軸２０に伝達する。
【００２１】
軸受６０は、ナセル９０内において固定され、回転軸２０を回転自在に支持する。軸受６０は、転がり軸受によって構成される。たとえば、図２、図３に示すように自動調芯ころ軸受を用いることができるが、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、玉軸受等によって構成しても良い。なお、これらの軸受は、単列のものでも複列のものでもよい。
【００２２】
増速機４０は、回転軸２０と発電機５０との間に設けられ、回転軸２０の回転速度を増速して発電機５０へ出力する。発電機５０は、増速機４０の出力軸に接続され、増速機４０から受ける回転トルクによって発電する。
【００２３】
制御盤５２は、インバータ（図示せず）等を含んで構成される。インバータは、発電機５０による発電電力を系統の電圧及び周波数に変換し、系統に接続される送電線５４へ出力する。
【００２４】
回転軸２０を支持する軸受６０からは、状態監視センサからの信号がデータ処理装置８０に送信される。なお、ここでは軸受６０からの信号を代表的に示したが、他の軸受からも併設される状態監視センサからの信号がデータ処理装置８０に送信される。
【００２５】
図２は、主軸を支持する軸受にかかる軸受荷重の向きを説明するための模式図である。図２を参照して、軸受６０は、ハブ２５側に設置された軸受６０Ａと、図１の増速機４０側に設けられた軸受６０Ｂとを含む。
【００２６】
回転軸２０の先端には、ブレード３０およびハブ２５に働く重力Ｇが作用する。このため、軸受６０には軸受荷重ＦＡが重力と同じ向きに作用する。一方、軸受６０Ａが支点となるので、重力Ｇが作用すると軸受６０Ｂには軸受荷重ＦＢが重力と逆向きに作用する。
【００２７】
このように、軸受には、使用される場所によって、軸受荷重が作用する向きが異なる場合がある。しかし、軸受が使用される場所が定まれば、軸受荷重が作用する向きはほとんど決まるので、軸受荷重が作用する向きは軸受を用いる設備の組立時には予めわかっている。
【００２８】
軸受荷重が作用する方向に対して軸受の外輪に負荷域が発生する。軸受の内輪や転動体は回転しているので均一に摩耗することが期待されるが、軸受の外輪は固定されているので、負荷域となる部分でより多く摩耗が進行する。その結果、回転軸は軸受荷重の向きに変位することが考えらえる。
【００２９】
以下の実施の形態では、回転軸の変位を検出することができる状態監視装置について詳しく説明する。この状態監視装置は、軸受に対して軸受荷重が作用する側（負荷域側）に回転軸よりも摩耗しやすい摩擦部材を配置し、この摩擦部材に発生するＡＥまたは振動に基づいて軸受の回転軸の変位を検出する。
【００３０】
［実施の形態１］
図３は、実施の形態１の状態監視装置の構成を示す図である。図３を参照して、実施の形態１の状態監視装置１００は、軸受１６０の摩耗等の状態を監視するものであって、摩擦部材１４６と、摩擦部材１４６に接触する状態監視センサ１４５とを備える。
【００３１】
軸受１６０は、回転軸２０とハウジング１２０および軸受押さえ１２１に囲まれている。ハウジング１２０は、図示しないが、ナセルなどに固定されている。軸受１６０は、内輪１３１と、外輪１３２と、複数の転動体１３３（たとえばたる形のころ）とを含む。内輪１３１はその外周面に複数の転動体１３３と接触している転走面を有しており、外輪１３２はその内周面に複数の転動体１３３と接触している転走面を有している。
【００３２】
内輪１３１はその転走面よりも内側において回転軸２０と嵌め合わされており、外輪１３２はその転走面よりも外側においてハウジング１２０と嵌め合わされている。内輪１３１と回転軸２０とは、一体として回転可能に設けられている。軸受１６０は、固定輪である外輪１３２がハウジング１２０に固定されている。摩擦部材１４６は、軸受１６０によって支持される回転軸２０がハウジング１２０に対して軸受荷重方向に変位すると接触度合いが変化するように回転軸２０の周面に対向するように配置されている。状態監視センサ１４５は、ＡＥセンサまたは加速度センサである。また、軸受１６０は、図２の軸受６０Ａに相当する。
【００３３】
摩擦部材１４６は、回転軸２０に対して、軸受１６０に働く軸受荷重ＦＡの作用する側（外輪の負荷域側）に配置される。
【００３４】
摩擦部材１４６は、摩耗し易くＡＥや振動加速度が発生し易い材質が好ましい。また、摩擦部材１４６は、相手材（回転軸２０）を損傷させにくい材質がより好ましい。また、軸受１６０の摩耗を検出するためには、摩擦部材１４６は、摩擦部材１４６と回転軸２０との摩擦時に、回転軸２０の１回転当たりの摩擦部材１４６の摩耗量が、回転軸２０の１回転当たりの軸受１６０（内輪、外輪、転動体）の摩耗量に比べ大きいものを選択する。たとえば、摩擦部材１４６として、カーボン材、樹脂、各種強化材を複合した樹脂、銅合金、アルミニウム合金、チタン合金、金属焼結体、金属粉末の圧縮成形体、樹脂粉末の圧縮成形体を使用することができる。
【００３５】
状態監視装置１００は、ステー１４１と、防振材１４３と、防振材カバー１４２と、演算処理装置８１とをさらに備える。ステー１４１は、軸受６０のハウジング１２０および軸受押さえ１２１に、摩擦部材１４６および状態監視センサ１４５を固定する。防振材１４３は、状態監視センサ１４５とステー１４１との間に配置され、ステー１４１からセンサに伝わるＡＥおよび振動を遮断し、または減衰させる。演算処理装置８１は、状態監視センサ１４５の出力を受け、軸受に異常が生じたか否かを判定する。演算処理装置８１は、状態監視センサ１４５から得られた特徴量がしきい値Ａより小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、軸受１６０に異常が発生したと判定する（図４、図５、図７参照）。演算処理装置８１は、たとえば、図１のデータ処理装置８０の内部に設置することができる。なお、データ処理装置８０から遠隔地でデータを受信するコンピュータを演算処理装置８１として用いても良い。
【００３６】
上記に説明したように、状態監視装置１００は、回転軸２０の変位を検知する装置である。このため、摩擦部材１４６は、回転軸２０に接触または近接させて設置される。摩擦部材１４６には、ＡＥセンサまたは加速度センサである状態監視センサ１４５が接着される。ステー１４１は、状態監視センサ１４５をハウジング１２０または軸受押さえ１２１に固定する。摩擦部材１４６は、回転軸２０の変位に伴い、摩耗が進行する位置に設置する。
【００３７】
軸受１６０は、稼働時間が長くなると、転動体１３３や内輪１３１、外輪１３２が摩耗する。これらの摩耗が生じると、軸受荷重によって、回転軸２０は、軸受荷重が作用する向きに変位する。すなわち、回転軸２０の変位は、軸受１６０の内輪１３１と外輪１３２間の距離が変化することに伴い生じる。
【００３８】
回転軸２０が変位すると、摩擦部材１４６が摩耗してＡＥや振動加速度が発生し、摩擦部材１４６に直接接着した状態監視センサ１４５により高感度に回転軸２０に変位が生じたことを検知できる。この変位の検知によって、軸受１６０に摩耗等による損傷が生じたことを高感度に検知可能である。
【００３９】
また、状態監視装置１００は、状態監視センサ１４５とステー１４１との間に振動を遮断するための防振材１４３と、防振材カバー１４２とを備える。防振材１４３により、ステー１４１を介して状態監視センサ１４５に伝達されるＡＥおよび振動加速度を遮断できる。このため、軸受１６０や他の部分において発生しているＡＥおよび振動が状態監視センサ１４５において検出されにくくなる。このため、摩擦部材１４６から発生するＡＥや振動加速度をより高感度に測定できる。
【００４０】
図４は、実施の形態１の状態監視装置の測定データを示す図である。図４のデータは、図２の軸受６０Ａのように、軸受荷重の向きが鉛直下向きの場合を模擬したものであり、以下の測定条件において得られるものである。
＜測定条件＞
装置構成：図３に示す構成
摩擦部材材質：カーボン材
状態検知センサ：ＡＥ（エンベロープ処理した時間波形を電圧出力）
軸受：自動調心ころ軸受（内径５６０mm、外径８２０mm、幅１９５mm）
回転軸の変位：最大０．１mmまで、比較のために別の変位計で観測
回転速度：２０回転／分（１回転の時間３秒）
サンプリング速度：１００ｋＨｚ
データ長さ：１５秒
測定間隔：１０分
実施の形態１では、運転開始時に摩擦部材１４６を回転軸２０と接触させずに、その相対距離を０．０６mmにして設置した。正常状態の軸受１６０が運転の途中で回転軸２０の変位が増加し始める状態を再現するために、一定回転速度運転の途中で荷重を徐々に増加させるようにした。図４中には、変位Ｘ１、実効値Ｅ１、変動係数Ｃ１が示されている。変位Ｘ１は、回転軸２０の軸受荷重の向きを正とする変位を示す。実効値Ｅ１は、データ長さ１５秒に含まれる状態監視センサ１４５の出力のサンプリング値の各々を二乗した値の平均値の平方根である。また、変動係数Ｃ１は、上記サンプリング値の標準偏差を算術平均で割ったものであり、相対的なばらつきを表す。
【００４１】
実効値Ｅ１および変動係数Ｃ１のプロットは、データ長さ１５秒間で算出した値を１０分間隔でプロットしたものであり、回転軸２０の変位Ｘ１は摩擦部材１４６近傍で、比較のために他の変位計を用いて測定した瞬時値である。
【００４２】
軸受１６０は運転時間２時間前後から摩耗が進行し、回転軸２０の変位Ｘ１が徐々に増大する。実施の形態１では、運転開始初期の摩擦部材１４６が回転軸２０に接触していない状態の初期期間で得られる実効値Ｅ１に基づいて、しきい値Ａを決定する。たとえば、初期期間の平均値や標準偏差を考慮し、しきい値Ａを決定することができる。
【００４３】
摩擦部材１４６を回転軸２０と接触させずに近接させる場合、摩擦部材１４６と回転軸２０が接触したら異常とみなせるように、設置の際に摩擦部材１４６と回転軸２０との距離を正確に把握し、その距離を異常として検出する軸受の内輪と外輪間隙間の変化量に合わせる。運転開始直後の摩擦部材１４６は回転軸と接触していないため摩耗しない。この摩耗のない期間は、軸受に異常はなくＡＥや振動加速度のレベルおよびその変動が小さいため、異常検知のためのしきい値を生成する期間として適している。
【００４４】
図５は、実施の形態１において、演算処理装置が実行する異常判定処理を説明するためのフローチャートである。図３〜図５を参照して、まず、ステップＳ１において、演算処理装置８１は、運転初期期間における状態監視センサ１４５の出力信号をサンプリングして、初期値データを得る。そして、ステップＳ２において、演算処理装置８１は、初期期間に得られた初期値データの平均値、標準偏差σ等を算出し、これらに基づいてしきい値Ａを決定する。たとえば、平均値＋３σをしきい値Ａとすることができる。なお、この初期期間は、通常は軸受の摩耗により回転軸に変位が発生しない期間とし、適宜実験的に予め定めておくことができる。
【００４５】
そして、ステップＳ３において、演算処理装置８１は、以降の実効値Ｅを監視して、実効値Ｅがしきい値Ａよりも大きいか否かを判断する。Ｅ＞Ａでなければ再びステップＳ３の処理が実行される一方、Ｅ＞Ａであれば、ステップＳ４に処理が進められる。ステップＳ４では、演算処理装置８１は、軸受１６０に異常が発生したと判定し、必要に応じて記録や報知を行ない、ステップＳ５で処理を終了する。
【００４６】
このようにしきい値Ａを定めることにより、バックグラウンドノイズによって軸受の異常発生を誤検出してしまうことを避けることができる。また、実施の形態１では、運転開始時からの軸受の回転軸２０の変位（軸受の磨耗による内輪と外輪の隙間の変化量）が初期の隙間０．０６mm分以上に増加したことが正確に検知できる。
【００４７】
［実施の形態１の変形例］
実施の形態１の変形例では、転がり軸受に代えてすべり軸受に同様の検出処理を実行した例を説明する。
【００４８】
図６は、実施の形態１の変形例の状態監視装置の構成を示す図である。図６を参照して、状態監視装置１０１は、摩擦部材１４６と、摩擦部材１４６に接触する状態監視センサ１４５とを備える。摩擦部材１４６は、すべり軸受である軸受１６０Ａによって支持される回転軸２０が変位すると接触度合いが変化するように回転軸２０の周面に対向するように配置されている。状態監視センサ１４５は、ＡＥセンサまたは加速度センサである。
【００４９】
軸受１６０Ａは、回転軸２０とハウジング２２０および軸受押さえ２２１に囲まれている。軸受１６０Ａは、バックメタル一体型の構造であり、バックメタルの内側に摺動部材が配置され、そのさらに内側に回転軸２０が貫通している。また軸受１６０Ａは、外側においてハウジング２２０と嵌め合わされている。バックメタルの内側に配置された摺動部材は、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene,  PTFE）等の樹脂材料を使用することができる。また、摺動部材として、金属粉を主成分とする多孔質焼結体を用いても良い。である。摺動部材の気孔に油を含浸しているため、動作中は油が軸受内部で循環して潤滑の役目を果たす。
【００５０】
摩擦部材１４６は、回転軸２０に対して、軸受１６０Ａに働く軸受荷重ＦＡの作用する側（バックメタルの負荷域側）に配置される。摩擦部材１４６、防振材１４３、防振材カバー１４２、ステー１４１については、実施の形態１と同様であるので説明は繰り返さない。
【００５１】
図７は、実施の形態１の変形例の状態監視装置の測定データを示す図である。図７のデータは、以下の測定条件において得られるものである。
＜測定条件＞
装置構成：図６に示す構成
摩擦部材材質：カーボン材
状態検知センサ：ＡＥ（エンベロープ処理した時間波形を電圧出力）
軸受材質：ＰＴＦＥ複合材（内径１００mm、幅５０mm）
荷重：５０ｋＮ
回転速度：２０回転／分（１回転の時間３秒）
サンプリング速度：１００ｋＨｚ
データ長さ：１５秒
測定間隔：１５時間（hour）
図７中には、変位Ｘ２、実効値Ｅ２、変動係数Ｃ２が示されている。変位Ｘ２は、回転軸２０の軸受荷重の向きを正とする変位を示す。実効値Ｅ２は、データ長さ１５秒に含まれる状態監視センサ１４５の出力のサンプリング値の各々を二乗した値の平均値の平方根である。また、変動係数Ｃ２は、上記サンプリング値の標準偏差を算術平均で割ったものであり、相対的なばらつきを表す。
【００５２】
実効値Ｅ２および変動係数Ｃ２のプロットは、データ長さ１５秒間で算出した値を１５時間（hour）間隔でプロットしたものであり、回転軸２０の変位Ｘ２は摩擦部材１４６近傍で、比較のために他の変位計を用いて測定した瞬時値である。正常状態の軸受が運転の途中で内外輪間の変位が増加し始める状態を再現するために、一定回転速度運転の途中で荷重を徐々に増加させるようにした。
【００５３】
軸受１６０Ａは運転時間２７０時間（hour）前後から摩耗が急増し、回転軸２０の変位Ｘ２が徐々に増大する。実施の形態１の変形例では、運転開始初期の摩擦部材１４６が回転軸２０に接触していない状態の初期期間で得られる実効値Ｅ２に基づいて、しきい値Ａを決定する。たとえば、初期期間の平均値や標準偏差を考慮し、しきい値Ａを決定することができる。
【００５４】
なお、しきい値Ａの算出処理および異常判定処理については、図５のフローチャートの処理と同様であるので説明は繰り返さない。
【００５５】
このように、すべり軸受に対しても、同様な状態監視装置を実現できる。
［実施の形態２］
実施の形態１では、運転開始直後の摩擦部材１４６は回転軸２０と接触していないため摩耗しない。しかし、回転軸２０と摩擦部材１４６との間が空きすぎると、回転軸２０が変位を開始してからしばらくしなければ摩擦部材１４６は回転軸２０と接触しないので、軸受の異常検出が遅れてしまう可能性がある。したがって、回転軸２０と摩擦部材１４６との隙間をどのように設定するかが難しかった。
【００５６】
実施の形態２では、運転開始直後は、摩擦部材１４６を回転軸２０に接触させた状態とする状態監視方法を用いる。装置の構成は、図３で説明したものと同じである。
【００５７】
図８は、実施の形態２の状態監視装置の測定データを示す図である。図８のデータは、図４と同様の測定条件で得られるものである。ただし、運転開始当初から、摩擦部材１４６を回転軸２０と接触させる点が実施の形態２は実施の形態１と異なる。
【００５８】
図８に示すように、運転期間は、運転開始初期の予備運転期間Ｔ１と、その後のしきい値生成期間Ｔ２と、判定期間Ｔ３とを含む。
【００５９】
運転開始当初に摩擦部材１４６を回転軸２０と接触させる場合、この接触力はステー１４１などの摩擦部材１４６を支えている部品の剛性によって決まる。したがって、予備運転期間Ｔ１では、運転開始直後には摩擦部材１４６は大きく摩耗するが、摩耗に伴って接触力が低下することで摩擦部材１４６の摩耗進行は停滞するしきい値生成期間Ｔ２に移行する。しきい値生成期間Ｔ２への移行を判定するために、予備運転期間Ｔ１の初期において、サンプリングしたＡＥ，振動加速度などの特徴量のデータに基づいて、しきい値Ａ１を決定する。そして、特徴量がしきい値Ａ１より低下したことに基づいて、予備運転期間Ｔ１からしきい値生成期間Ｔ２に移行したと判定される。
【００６０】
この停滞するまでの期間（予備運転期間Ｔ１）は、運転開始から数百回転から数万回転程度であり軸受に異常はないが、摩擦部材１４６が磨耗することに伴い、ＡＥや振動加速度のレベルおよびその変動は大きい。
【００６１】
一方、摩耗が停滞している期間（しきい値生成期間Ｔ２）は、軸受に異常はなくＡＥや振動加速度のレベルおよび変動が小さいため、異常検知のためのしきい値Ａ２を生成する期間として適している。
【００６２】
図８では、運転時間２時間（hour）から回転軸の変位が徐々に増大する。実効値や変動係数が低く安定した運転時間１．５時間（hour）付近で、異常を検知するためのしきい値Ａ２を生成することにより、軸受の内輪と外輪間の隙間が増加しはじめる時期を正確に検知できる。
【００６３】
実施の形態２で用いられる状態監視方法は、運転開始初期における測定データの特徴量（Ｅ３）に基づいてしきい値生成期間Ｔ２を決定する工程（Ｓ１１〜Ｓ１４）と、しきい値生成期間Ｔ２で軸受の異常を検知するためのしきい値Ａ２を算出する工程（Ｓ１５，Ｓ１６）と、そのしきい値Ａ２に基づいて軸受の異常を検知する工程（Ｓ１７，Ｓ１８）とを有することが特徴である。以下に、状態監視方法で実行される異常判定処理について説明する。
【００６４】
図９は、実施の形態２において、演算処理装置が実行する異常判定処理を説明するためのフローチャートである。図３、図８、図９を参照して、まず、ステップＳ１１において、演算処理装置８１は、運転初期期間（予備運転期間Ｔ１の初期）における状態監視センサ１４５の出力信号をサンプリングして、初期値データを得る。そして、ステップＳ１２において、演算処理装置８１は、初期期間に得られた初期値データを平均値、標準偏差σ等を算出し、これらに基づいてしきい値Ａ１を決定する。たとえば、平均値−３σとか、平均値の１／１０をしきい値Ａとすることができる。なお、この初期期間は、通常は軸受の摩耗により回転軸に変位が発生しない期間であり、かつ摩擦部材１４６が回転軸２０に当接しており摩擦部材１４６にＡＥが発生する期間である。
【００６５】
ステップＳ１３では、演算処理装置８１は、状態監視センサ１４５から得られる特徴量Ｅがしきい値Ａ１より小さくなるか否かを判断する。Ｅ＜Ａ１が成立しない間は（Ｓ１３でＮＯ）、図８において予備運転期間Ｔ１が終了しておらず、しきい値Ａ２を決定するためのしきい値生成期間Ｔ２には遷移していないので、再びＳ１３の処理が実行される。
【００６６】
ステップＳ１３において、Ｅ＜Ａ１が成立した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、演算処理装置８１は、ステップＳ１４において、特徴量の変化ΔＥが判定値Ｂ１よりも小さくなったか否かを判断する。図８において、Ｅ３の値が低下した後落ち着いてから、しきい値Ａ２を生成することが好ましいからである。
【００６７】
ΔＥ＜Ｂ１が成立しない間は（Ｓ１４でＮＯ）、再びステップＳ１３に処理が戻される。一方、ΔＥ＜Ｂ１が成立した場合（Ｓ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５に処理が進められる。
【００６８】
ステップＳ１５では、演算処理装置８１は、しきい値生成期間Ｔ２における状態監視センサ１４５の出力信号をサンプリングして、しきい値Ａ２生成用のデータを得る。そして、ステップＳ１６において、演算処理装置８１は、しきい値生成期間Ｔ２に得られたデータの平均値、標準偏差σ等を算出し、これらに基づいてしきい値Ａ２を決定する。たとえば、平均値＋３σをしきい値Ａ２とすることができる。なお、このしきい値生成期間Ｔ２は、Ｅ＜Ａ１かつΔＥ＜Ｂ１が成立してから開始し、終了時点は適宜実験的に予め定めておくことができる。
【００６９】
そして、ステップＳ１７において、演算処理装置８１は、以降の実効値Ｅを監視して、実効値Ｅがしきい値Ａ２よりも大きいか否かを判断する。Ｅ＞Ａ２でなければ再びステップＳ１７の処理が実行される一方、Ｅ＞Ａ２であれば、ステップＳ１８に処理が進められる。ステップＳ１８では、演算処理装置８１は、軸受１６０に異常が発生したと判定し、必要に応じて記録や報知を行ない、ステップＳ１９で処理を終了する。
【００７０】
以上説明したように、状態監視装置１００は、状態監視センサ１４５の出力を受け、軸受に異常が生じたか否かを判定する演算処理装置８１を備える。演算処理装置８１は、（ｉ）予備運転期間Ｔ１（第１運転期間）の初期において状態監視センサ１４５から得られた特徴量に基づいて第１しきい値Ａ１を決定し、（ｉｉ）特徴量が第１しきい値Ａ１より小さい状態に遷移した予備運転期間Ｔ１よりも後のしきい値生成期間Ｔ２（第２運転期間）の初期において状態監視センサ１４５から得られた特徴量に基づいて、第２しきい値Ａ２を決定し、（ｉｉｉ）しきい値生成期間Ｔ２の後に状態監視センサ１４５から得られた特徴量が第２しきい値Ａ２より小さい状態から大きい状態に遷移した場合に、軸受１６０に異常が発生したと判定する（図８〜図１０）。
【００７１】
実施の形態２の状態監視装置によれば、予備運転期間において、摩擦部材１４６が回転軸２０に接触するかしないかぎりぎりのところまで磨耗しているので、運転開始からの経過時間２時間（hour）前後の摩耗が急増する現象を時間遅れ少なく直ちに捉えることができる。
【００７２】
［実施の形態２の変形例］
実施の形態２の変形例では、転がり軸受に代えてすべり軸受に対して実施の形態２の検出処理と同様の処理を実行した例を説明する。すべり軸受と状態監視装置の構成については、図６で示しているので、ここでは説明を繰り返さない。
【００７３】
図１０は、実施の形態２の変形例の状態監視装置の測定データを示す図である。図１０のデータは、図７のデータと同様の測定条件において得られるものである。
【００７４】
図１０中には、変位Ｘ４、実効値Ｅ４、変動係数Ｃ４が示されている。変位Ｘ４は、回転軸２０の軸受荷重の向きを正とする変位を示す。実効値Ｅ４は、データ長さ１５秒に含まれる状態監視センサ１４５の出力のサンプリング値の各々を二乗した値の平均値の平方根である。また、変動係数Ｃ４は、上記サンプリング値の標準偏差を算術平均で割ったものであり、相対的なばらつきを表す。
【００７５】
実効値Ｅ４および変動係数Ｃ４のプロットは、データ長さ１５秒間で算出した値を１５時間（hour）間隔でプロットしたものであり、回転軸２０の変位Ｘ４は摩擦部材１４６近傍で、比較のために他の変位計を用いて測定した瞬時値である。
【００７６】
軸受１６０Ａは運転時間２７０時間（hour）前後から摩耗が急増し、回転軸２０の変位Ｘ４が徐々に増大する。実施の形態２の変形例では、予備運転期間Ｔ１において、摩擦部材１４６が回転軸２０に接触するかしないかぎりぎりのところまで磨耗しているので、運転時間２７０時間（hour）前後の摩耗が急増する現象を時間遅れ少なく直ちに捉えることができる。
【００７７】
なお、しきい値Ａ２の算出処理および異常判定処理については、図９のフローチャートの処理と同様であるので説明は繰り返さない。
【００７８】
このように、すべり軸受に対しても、同様な状態監視装置を実現できる。
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。
【００７９】
たとえば、図１等では、風力発電装置の軸受に適用した例を示したが、鉄道車両やスピンドルなどの軸受にも本実施の形態の状態監視装置を適用可能である。特に、すべり軸受は小型の機械に好適に使用される。
【００８０】
また、軸受荷重が作用する方向が変化する可能性がある場合や、不定の場合には、複数の摩擦部材を異なる位置に設けるようにして、監視を行なってもよい。
【００８１】
また、測定データの特徴量として、ＡＥの実効値の例を示したが、特徴量として他の物理量を使用しても良い。たとえば、特徴量として、ＡＥや振動加速度等の一般的な実効値、最大値、最小値、尖度、歪度、変動係数（標準偏差／平均値）、標準偏差、分散、ピーク・トゥ・ピーク値などを使用することができる。
【００８２】
なお、測定データの特徴量は、回転軸２０の摩擦部材１４６との接触面における回転振れや表面粗さ分布による悪影響を避けるため、回転軸が少なくとも１回転以上のデータ長さで算出することが好ましい。また、特徴量を、バンドパスフィルタ処理後に算出したり、ＦＦＴ処理で周波数領域に変換してから算出したりしてもよい。
【００８３】
さらに、軸受の異常を検知するためのしきい値は、しきい値生成期間全体で算出した特徴量に基づいて決定したり、まずしきい値生成期間を分割して複数の小期間で特徴量を算出し、再度その値を全体期間で特徴量を算出し、その特徴量に基づいて決定したりしてもよい。
【００８４】
また、超高温、超低温、液体、真空雰囲気などの苛酷環境で使用する軸受の場合、センサを保護するために、長尺な摩擦部材１４６を用いたり、摩擦部材１４６とセンサの間をＡＥや振動加速度を伝達しやすい材質の長尺部品で接続したりして、軸受や摩擦部材１４６とセンサとの距離を大きく離してもよい。
【００８５】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８６】
１０  風力発電装置、２０  回転軸、２５  ハブ、３０  ブレード、４０  増速機、５０  発電機、５２  制御盤、５４  送電線、６０，６０Ａ，６０Ｂ，１６０，１６０Ａ  軸受、８０  データ処理装置、８１  演算処理装置、９０  ナセル、９２  タワー、１００，１０１  状態監視装置、１２０，２２０  ハウジング、１２１，２２１  軸受押さえ、１３１  内輪、１３２  外輪、１３３  転動体、１４１  ステー、１４２  防振材カバー、１４３  防振材、１４５  状態監視センサ、１４６  摩擦部材。
【図１】
2018159621.tif 000003
【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】
2018159621.tif 000009
【図８】
2018159621.tif 000010
【図９】
2018159621.tif 000011
【図１０】
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